Instrumentación 3

Instrumentación 3

1. La presión es la variable más comúnmente medida, junto con la temperatura, en plantas de proceso y esto es debido a que puede reflejar la fuerza motriz para la reacción o transferencia de fase de los gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o líquidos; la cantidad másica de un gas en un volumen determinado; etc.

2. La presión es la variable más comúnmente medida, junto con la temperatura, en plantas de proceso y esto es debido a que puede reflejar la fuerza motriz para la reacción o transferencia de fase de los gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o líquidos; la cantidad másica de un gas en un volumen determinado; etc.

   • El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, sino también provocan la destrucción del equipo adyacente y pone al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitos, fluidos inflamables o corrosivos.
     • Elementos primarios de medición de presión La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocida que puede ser la de una columna líquida
       • Un resorte, un émbolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión. Presión = Fuerza / Área = kg / cm² =lb / plg²
         • Sistema de unidades – Instrumentación
           • La unidad internacional de presión es el Pascal (Pa), el cual caracteriza una presión uniforme que actúa sobre un área de un metro cuadrado y crea sobre esta área una fuerza perpendicular de 1 Newton 1 Pa = 1 N/m²
             • Tipos de presiones Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión cero de un vacío absoluto.
               • Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que rodea la tierra (barométrica) sobre todos los objetos que se hallan en contacto con ella.
                 • Presión relativa (manométrica): Presión mayor a la presión atmosférica, es la presión medida con referencia a la presión atmosférica, conocida también como presión relativa o presión positiva.
                   • Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones. Vacío: Presión menor a la presión atmosférica, medida por abajo de la presión atmosférica. Cuando el vacío se mide con respecto a la presión atmosférica se le conoce como presión negativa, el vacío también puede medirse con respecto al “cero absoluto” como una presión absoluta menor a la presión atmosférica.
                     • Manómetros Es el nombre genérico de los instrumentos que miden presión. Generalmente se usa para designar a los instrumentos que miden presión arriba de la presión atmosférica. La forma más tradicional de medir presión en forma precisa utiliza un tubo de vidrio en forma de, donde se deposita una cantidad de líquido de densidad conocida (para presiones altas, se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga dimensiones razonables
                       • sin embargo, para presiones pequeñas el manómetro en U de mercurio sería poco sensible). Este tipo de manómetros tiene una ganancia que expresa la diferencia de presión entre los dos extremos del tubo mediante una medición de diferencia de altura (es decir, una longitud).
                         • Manómetro de U El manómetro de u conforma un sistema de medición absoluto y no depende de calibración por lo que se considera un patrón de medición de presión. Su desventaja principal es la longitud de tubos necesarios para una medición de presiones altas y no se utiliza en un sistema de transmisión remota.

3. Manómetros mecánicos El manómetro es el instrumento local utilizado para medir presión y su elemento sensor generalmente es un Bourdon. Los manómetros contienen órganos medidores que se deforman bajo la influencia de una presión elástica. Este movimiento se transmite a un mecanismo indicador.

   • Debido a su resistencia y fácil manejo, los manómetros están ampliamente difundidos en el campo de la medición de presión. Los órganos medidores están construidos normalmente con aleaciones de cobre o aceros aleados.
     • Manómetros de diafragma Los diafragmas son láminas elásticas onduladas de forma circular. Por una cara soportan la presión a medir. La curvatura de la membrana es una medida de la presión.
       • Las láminas elásticas tienen una fuerza de retorno relativamente grande por lo que la influencia de los equipos adicionales es por este motivo inferior que en los aparatos con tubo de Bourdon. Para la corrosión se pueden proteger de las substancias corrosivas mediante la cobertura o anteposición de láminas de plástico.
         • Manómetros tipo fuelle Los fuelles son elementos expandibles y contraíbles, que tienen la forma de un acordeón. Con el fin de tener mayor duración y mejorar su exactitud, el movimiento del fuelle es restringido por medio de un resorte calibrado.

4. Manómetros con tubo de Bourdon Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación ε es una constante del material, conocida como el módulo de Young: E=Carga/ε

   • Si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según: Carga = E* ε De modo que, frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, será posible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes.
     • El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos que requieran medición de presiones, consiste de un tubo metálico achatado y curvado en forma de, abierto sólo en un extremo.
       • La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la sección oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo. Los manómetros de tubo de Bourdon se utilizan para presiones de medición de 0,6 bar a 4000 bar, principalmente en las clases 0,6 a 2,5.
         • La influencia de la modificación de la temperatura sobre la indicación está determinada fundamentalmente por la evolución de la temperatura del módulo de elasticidad del tubo de Bourdon. El error causado por la temperatura, según el material, está entre 0,3% y 0,4%.
           • Medidores electrónicos de presión Existen básicamente dos tipos: - Tipo Capacitivo - Tipo medidor de deformaciones o strain gage
             • Medidor tipo capacitivo El principio básico es la medición del cambio de capacitancia por el movimiento de un elemento elástico. Este elemento casi siempre es un diafragma cuyo movimiento es del orden de milésimas con una presión de referencia.
               • La señal de presión, referencia y medida, es aplicada por medio de dos diafragmas, que son los que están en contacto directo con el proceso.
                 • Medidor de deformaciones tipo Strain Gage

5. De acuerdo a la Ley de Hooke, cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza, este sufre una deformación. Un medidor de deformaciones, strain gage o galga de extensión es un dispositivo que utiliza la variación de su resistencia eléctrica para medir su presión y se construye sobre un metal de coeficiente de elasticidad dado, adosándole un alambre, una tira semiconductora o pistas conductoras.

   • Al deformarse el soporte de la galga o strain gage, se estira; o se comprime el sensor, variando así, su resistencia. El cambio de resistencia será, precisamente, el reflejo de la deformación sufrida. En términos de su caracterización, dada la resistencia R sin deformación, la aplicación de una fuerza F deformante producirá un cambio de resistencia.
     • Tipos físicos de medidores de esfuerzo Medidor de esfuerzo de hilo metálico. Son las más sencillas y se encuentran en configuraciones fijables. Normalmente están adheridas a una base de dimensiones estables.
       • Medidor de esfuerzo de láminas metálicas. Son las que se desarrollan por métodos de fotograbado. Se fabrican de forma similar a la producción de circuitos impresos en bases flexibles.
         • Medidor de esfuerzo de metal depositado. Son las aplicadas directamente sobre superficies mediante métodos de evaporización o bombardeo químico. Se usan en los diafragmas de los sensores de presión.
           • Medidor de esfuerzo Semiconductores. Son fabricados con silicio u otro metal semiconductor. Su cambio resistivo es menos lineal que las de metal y tiene gran dependencia en la temperatura. Se usan en la fabricación de sensores integrados de presión donde se implantan en micro diafragmas para sensar presión diferencial o presión barométrica. Los materiales empleados para la fabricación de medidor de esfuerzo son diversos conductores metálicos, como las aleaciones constantan, advance, karma, isoelastic, y también semiconductores como el silicio y el germanio. Las aleaciones metálicas tienen la ventaja de un bajo coeficiente de temperatura.
             • Medidor de esfuerzos En la práctica, el medidor de deformaciones va asociado con un fuelle o un diafragma. Los medidores tipo alambre y película son hechos de metales y aleaciones metálicas. El más reciente avance en este campo son los de película delgada.
               • Habitualmente se utilizan circuitos en puentes, compensados por temperatura, diseñados para los valores típicos de estas galgas (resistencias nominales de 120 Ω, 350 Ω, 600 Ω y 1000 Ω) utilizando corrientes que no excedan los 10 mA.
                 • Consejos de calibración para transmisores de presión Nunca desconecte o abra sin la confirmación de que es seguro Lea y siga las instrucciones Utilice el equipo apropiado Elimine fugas Drene todos los líquidos Calibre en la temperatura Calibre en la presión Problemas comunes para la calibración de presión Líneas conectadas Sobre rango Materiales de construcción.

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