VARIABLES DE MEDICION TEMPERATURA

VARIABLES DE MEDICION TEMPERATURA

1. #1 TEMPERATURA

   • DEFINICION: Se define como el grado de calor o frio de un cuerpo referido a una escala de temperatura ay 3 tipos de temperatura #1 Punto de ebullicion del agua y esta a 100°C, a 212°F, a373°K, y 672°R tan bien ay el punto de congelación que esta a los 0°C, en 23°F, en 373°K, y en 492°R y el ultimo que está en cero absoluto que está en los −273°C, en −460°F, 0°K y 0°R
     • Ay diferentes instrumentos para medir la temperatura • TERNOMETROS DE VIBRIO • TERNOMETROS DE BIMETALICOS • BULBO O CAPILAR
       • VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS HISTRUMENTOS Termómetros de vibro  Ventajas, Bajo costo, Medición simple, Larga vida Desventajas, Frágil, Difícil de leer, Características, rango de medición es de 130 a 300°C, Exactitud de 1 a 2%     
       •    Termómetro de bimetálico   Ventajas, lectura en cuadrante, menor costo   Desventajas, menos preciso que el de vidrio, descalibra   Características, rango de medición de los menos 60 a 420°C, exactitud de 1 a 2%   
       •    BULBO O CAPILAR   Ventajas, no requiere energía auxiliar, buen tipo de respuesta   Desventajas, Mayor tamaño de bulbo que los eléctricos   Características, rango de medición de menos 180 a 420°C, exactitud de 1 a 2%   
       • TERMOCUPLAS O TERMOPAES • Efecto de Seebeck • Efecto Peltier • Efecto Thomson
         •    Efecto Seebeck   Si se tienen 2 conductores diferentes formando un circuito cerrado y una de las uniones está a una temperatura T1 y la otra a una temperatura diferente T2, aparece una fuerza electromotriz que da lugar a la aparición de una corriente que se mantiene mientras las temperaturas sigan siendo diferentes. Si se abre el circuito aparece una tensión entre los terminales   
         •    Efecto Peltier   Si se hace circular una corriente por el termopar, una de las uniones se calienta y la otra se enfría. Además, si se invierte el sentido de la circulación de la corriente, la unión que se calienta y la que se enfría se invierten.   
         •    Efecto Thomson    Cuando se hace circular una corriente constante a través de un conductor en el que uno de sus extremos se mantiene a diferente temperatura que el otro, se produce una transferencia de calor proporcional, aproximadamente, al producto de la corriente por el gradiente de temperatura . Si se invierte el sentido de la circulación de la corriente, también se invertirá el sentido de la transferencia de calor. (Existe para un solo material y no necesita la existencia de una soldadura)   
         • RTD (Resistente Temperatura Detector)
           • CARACTERISTICAS GENERALES CARACTERISTICAS GENERALES Los metales se caracterizan por tener coeficientes térmicos positivos de variación de la resistencia eléctrica; al aumentar en los mismos la energia interna aumenta su resistividad. Esta propiedad se utiliza desde hace mucho tiempo en el diseño y construcción de sensores de temperatura de resistencia metálica, que se designan con las siglas RTD (Resístame Temperature Detector).
           • TERNOMETROS DE RESISTENCIA RTD
             • CARACTERÍSTICAS GENERALES  CARACTERÍSTICAS GENERALES En equilibrio térmico, el hilo presentado una resistencia RTa proporcional a la temperatura Ta . Si la temperatura del medio crece hasta Tb > Ta , la resistividad ρ, incluso en alguna medida, la longitud ly el área A en el hilo cambia como producto de la dilatación del metal. Si consideramos los cambios en las dimensiones pequeñas en comparación con el cambio de la resistividad ρ, entonces la resistencia del hilo R cambiará linealmente con la resistividad y ésta, a su vez, con la temperatura. Ante un cambio en la temperatura del medio ΔT se producirá un cambio ΔR en la resistencia del RTD linealmente dependiente de éste. Metales Resistividad (ρ)
             • CURDAS DE RTDs
               • El valor de la resistencia RT para la temperatura de 0 ̊C grados se denomina R0 . Curva de calibración de un RTD de platino conocido como Pt100 para el valor de la resistencia R0 es 100 Ω.
               • En las RTD bobinadas
                 • el hilo conductor se bobina sobre un elemento conductor eléctrico y muy buen conductor del calor (cerámica). Este bobinado permite las dilataciones del hilo al cambiar la temperatura. La bobina está empaquetada con mica y colocada dentro de un tubo que le sirve de protección. En las RTD de bobina suspendida el hilo metálico se bobina helicoidalmente dentro de tubos de cerámica que son rellenos con materiales cerámicos en polvo y sellados con vidrio en sus extremos
                 • En las RTDs de rejilla metálica
                   • el hilo se dispone en un plano, permitiendo en este caso trabajar en la medida de temperatura de superficies. En la RTD de película metálica una fina capa de platino se deposita sobre un sustrato cerámico, cubierta por una película de vidrio fundido que sirve de protección 
                   • TERMISTORES
                     • Las NTC son resistencias de material semiconductor cuya resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura, y están constituidas por una mezcla de óxidos metálicos: Ni-Mn-O, Ni-Cu-Mn-0 y Ti-Fe-O. El incremento de temperatura aporta la energía necesaria para que se incremente el número de portadores capaces de moverse, lo que lleva un incremento en la conductividad del material.
                     • Características R-T de una NTC
                       • La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal. La sensibilidad (pendiente) es muy grande a baja temperatura y va disminuyendo conforme aumenta ésta. Una alta sensibilidad es la mayor ventaja de los termistores frente a otros sensores de temperatura. La resistencia nominal de un NTC que hace referencia a su valor resistivo a una temperatura de referencia, generalmente 25°C (298 K). Los valores de resistencia nominal más comunes varían entre 10 Ω y 20 MΩ.
                       • TERMISTORES PTC
                         • Cuando la temperatura se aproxima a Ts (temperatura de Curie), la resistencia del dispositivo se incrementa rápidamente. El coeficiente de temperatura se supone constante en esta zona y puede variar entre 15%/°C a 50%/°C según la PTC. Si la temperatura sigue aumentando, el coeficiente se hace de nuevo negativo. Ts puede modificarse alterando los materiales y el nivel de dopantes. En la mayoría de las PTC, Ts se sitúan entre 50°C y 160°C, se pueden encontrar temperaturas de Curie de 0°C o 300°C.
                         • CIRCUITOS INTEGRADOS
                           • Ventajas:  Salida lineal a la temperatura absoluta.  Bajo costo.  Alta sensibilidad.  Pequeñas Limitaciones:  Temperatura < 200 °C.  Respuesta lenta.  Uso limitado en la industria. Aplicaciones:  Protección de componentes electrónicos
                           • PIRÓMETROS DE RADIACIÓN
                             • Ventajas:  No hay contacto físico.  Rango amplio.  Respuesta rápida.  Medición áreas pequeñas o promedio áreas grandes.  Medición altas temperaturas < 3000 °C. Limitaciones:  Temperatura < 200 °C  Escala no lineal.  Puede afectarse la medición por las características del medio.  Costo elevado.

2. #2 PRESION

   • Tipos de Medidores de Presión
     • MANÓMETROS DE COLUMNA LÍQUIDA
       • Este tipo de manómetros es la forma más sencilla de dispositivo para medir presiones, donde la altura, carga o diferencia de nivel, a la que se eleva un fluido en un tubo abierto vertical conectado a un aparato que contiene un líquido, es una medida directa de la presion en el punto de union y se utiliza con frecuencia para mostrar el nivel de liquidos en tanques o recipientes.
       • MANÓMETROS DE LÍQUIDO
         • TUBO EN U
           • Media diferencia de presión entre la presión del fluido y la presión atmosférica. Contiene mercurio, agua, aceite entre otros. Es preciso en el rango 500 [Pa] a 200 [Kpa]. Ventaja: Versatilidad. Desventajas: Longitud de tubo necesaria para medir presiones altas.
           • TUBO EN U INCLINADO
             • MANÓMETRO DE COLUMNA
               • MANÓMETROS DE LÍQUIDO
                 • Ventajas:  Medición y construcción sencilla.  Bajo costo.  Pueden medir bajas presiones y vacío hasta 1 mTorr.  Buena precisión.Aprox. 0,3%. Limitaciones:  Los cambios de temperatura provocan cambios de densidad.  El uso de mercurio está limitado por su toxicidad.  Para la medición es necesario tener en cuenta la tensión superficial del líquido(meniscos) y el error de paraleloje.
                 • MANÓMETROS MECÁNICOS
                   • MANÓMETROS MECÁNICOS TUBO BOURDON
                     • MANÓMETROS MECÁNICOS
                       • Ventajas:  Pueden usarse en un amplio rango de presiones, desde vacío hasta presiones tan altas como 80.000 PSIg.  Son elementos robustos y flexibles para la mayoría de aplicaciones donde se requiere indicación de presión.  Bajo costo.  No requieren alimentación eléctrica o neumática.. Limitaciones:  Excesivamente del elemento pueden ser sensibles a las vibraciones.  El material puede perder sus condiciones iniciales por sobrecargas frecuentes o incompatibilidad química del fluido.  Requieren calibración frecuente.
                       • Detector de Inductancias
                         • Transformador Diferencial
                           • Detector Fotoeléctrico
                             • Transductores Resistivos
                               • • En este tipo de Transductores se aprovecha un cambio de resistencia (del sensor o del circuito en que esta) para medir la presión del sistema. • Para esto el puente de Wheatstone es muy utilizado
                               • Transductores Magnéticos
                                 • Existen dos tipos de Transductores Magnéticos • Transductores de inductancia variable • Transductores de reluctancia variable
                                 • Transductores Capacitivos
                                   • • Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazar una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. • Pueden ser de dos tipos: • Capacidad fija • Capacidad variable
                                   • Galgas Extensométricas
                                     • • Se basan en la variación de longitud y de diámetro, por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión. • Puente de Wheastone es usado
                                     • Transductores Piezoeléctricos
                                       • Son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, general una señal eléctrica.
                                       • Tipos de Medidores de Presión Medidores Neumáticos
                                         • Medidor McLeod
                                           • Se utiliza como aparato de precisión en la calibración de los instrumentos restantes. Se basa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un volumen mas pequeño ya mayor presión mediante una columna de mercurio en un tubo capilar
                                           • Transductores Térmicos
                                             • Se basan en el principio de la proporcionalidad entre la energía disipada desde la superficie caliente de un filamento calentado por una corriente constante y la presión del gas ambiente cuando el gas esa a bajas presiones absolutas. • Transductor térmico de termopar • Transductor Pirani • Transductor bimetálico.
                                             • Transductores Térmicos Transductor térmico de termopar
                                               •  Contiene un filamento en V que lleva incorporado un pequeño termopar. Al pasar una corriente constante a través del filamento, su temperatura es inversamente proporcional a la presión absoluta del gas.
                                               • Transductores Térmicos Transductor Pirani
                                                 • • Utiliza un circuito de puente de Wheastone que compara las resistencias de dos filamentos de tungsteno, uno sellado en alto vacío en un tubo y el otro en contacto con el gas medido y por lo tanto pierde calor de conducción
                                                 • Transductor Bimetálicos
                                                   • • Utiliza una espiral bimetálica calentada por una fuente de tensión estabilizada. Cualquier cambio en la presión produce una deflexión de la espiral, que a su vez esta acoplada a un índice que señala la escala el vacío.
                                                   • Transductor de Ionización
                                                     • • Se basan en la formación de los iones que se producen en las colisiones que existen entre moléculas y electrones. La velocidad de formación de estos iones, es decir, la corriente iónica, varía directamente con la presión.
                                                     • Transductor de cátodo frío
                                                       • Se basa en el principio de la medida de una corriente iónica producida por una descarga de alta tensión. • Los electrones desprendidos del cátodo toman un movimiento en espiral al irse moviendo a través de un campo magnético en su camino hacia el ánodo

3. #3 MEDICIÓN DE NIVEL

   • MEDICIÓN DIRECTA
     • Varilla o sonda: Consiste en una varilla o regla graduada, de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinacion del nivel se realiza por la lectura directa de la longitud mojada por el liquido. En el momento de la lectura, el tanque debe estar abierto a presión atmosférica. Se emplea en tanques de agua a presión atmosférica. Cinta y plomada: este sistema consta de una cinta graduada y un plomo en la punta. Se emplea cuando es dificil que la varilla tenga acceso al fondo del tanque. También se usa midiendo la distancia desde la superficie del líquido hasta la parte superior del tanque, obteniendo el nivel por diferencia. Visor de vidrio: consiste en un tubo de vidrio con su extremo inferior conectado al tanque generalmente mediante tres válvulas (dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo, para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una de purga). Funciona por principio de vasos comunicantes. El nivel de vidrio va acompañado de una regla graduada. Se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones más elevadas el vidrio es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.
     • MEDICIÓN POR PRESIÓN HIDROSTÁTICA
       • Manométrico: consiste en un manómetro conectado directamente a la parte inferior del tanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido que existe entre el nivel del tanque y el eje del instrumento. Sólo sirve para fluidos limpios, ya que los líquidos sucios pueden hacer perder la elasticidad del combustible. La medición está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido. Membrana: Usa una membrana conectada al instrumento receptor por un tubo estanco. El peso de la columna de líquido sobre el área de la membrana comprende el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido. El instrumento es delicado ya que una fuga del aire contenido en el diafragma destruiría la calibración del instrumento. Burbujeo: mediante un regulador de caudal se hace pasar por un tubo (sumergido en el depósito hasta el nivel mínimo), un pequeño caudal de aire o gas inerte hasta producir una corriente continua de burbujas. La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es una medida de la columna de líquido. Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos o con materiales en suspensión, ya que el fluido no penetra en el medidor ni en la línea de conexión.
       • MEDICIÓN POR PRESIÓN DIFERENCIAL
         • El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que permite medir la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. En un tanque abierto esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto ya su peso específico. El diafragma forma parte de un transmisor neumático o electrónico de presión diferencial. La precision de los instrumentos de presion diferencial es bastante buena. El material del diafragma debe ser compatible con el fluido que se encuentra en el tanque.
         • MEDICIÓN POR DESPLAZAMIENTO
           • El medidor de nivel por desplazamiento está basado en el principio de Arquímedes. Consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión, unido al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre hay una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque. El ángulo de rotación del extremo libre del tubo de torsión es función directa de la fuerza aplicada. Al subir el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño. El instrumento puede usarse en tanques abiertos y cerrados, a presión o vacío, con una buena sensibilidad,
           • MEDICIÓN POR CONDUCTIVIDAD
             • El medidor de nivel conductivo consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos. El líquido debe ser lo suficientemente conductor como para excitar el circuito electrónico. Cuando el líquido moja los electrodos se cierra el circuito electrónico y circula una corriente segura. El relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el circuito. El instrumento se usa como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza relés eléctricos o electrónicos, en función de la conductividad del líquido. Es versátil, sin móviles partes, su campo de medida es grande con la limitación física de la longitud de los electrodos. El líquido contenido en el tanque debe tener un mínimo de conductividad y si su naturaleza lo exige, la corriente debe ser baja para evitar el deterioro del producto. 
             • MEDICIÓN POR CAPACITANCIA
               • El medidor de nivel capacitivo mide la capacidad del condensador formado por el electrodoméstico sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido. En fluidos no conductores se emplea un electrodoméstico normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores. En fluidos conductores el electrodo está aislado normalmente con teflón interviniendo las adicionales entre el material transparente y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
               • MEDICIÓN POR ULTRASONIDO
                 • Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. La medicion se hace desde el exterior del tanque. Los sensores trabajan a frecuencias cercanas a 20 KHz. Estas ondas atraviesan el medio ambiente de gases o vapores con cierto amortiguamiento y se reflejan en la superficie del sólido o del líquido. Emisor Receptor Son usados ​​para todo tipo de tanque y liquido o lodo. Pueden usarse en áreas clasificadas. Son sensibles a la densidad de los fluidos y dan señales erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida (por ej.: líquido que forma espuma), ya que se crean falsos ecos de los ultrasonidos. 

4. #4 MEDICION DE FLUJO O CAUDAL

   • PLACA O ORIFICIO
     •  10  Consiste en una placa perforada instalada en la tubería. Dos tomas, captan esta presion diferencial.  Desventajas: • El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste y la acumulación de suciedad. • Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio. Para evitar esto se utilizan orificios excéntricos y segmentales  Ventajas: • Es económico. • El 50% de los medidores de caudal utilizados en la industria son PO
     • TOBERA
       •  La tobera consiste en una entrada de forma cónica y restringida mientras que la salida es una expansión abrupta. En este caso, la toma de alta presión se ubica en la tubería a 1 diámetro de la entrada aguas arriba y la toma de baja presión se ubica en la tubería al final de la garganta.  Desventajas:  Es más costosa que la PO  Ventajas: Con respecto a la PO:  Es menos propenso a la Obstrucción por lo cual tiene un mayor tiempo de vida útil.  La pérdida de presión permanente es menor.
       • MEDIDOR TIPO VENTURI
         •  Exactitud 0.75%Vm  Requerimientos:  No se ve afectado por partículas sólidas o burbujas.  La relación Qmax/Qmin es 60% mayor que en la PO  Calibración:  Debido a su forma aerodinámica la pérdida permanente de presión es de alrededor del 15% de la P causada por el instrumento.  Desventajas:  Es mucho más costoso que la PO  Ventajas:  La pérdida permanente de presión es mucho menor que la que ocasionan el orificio y la tobera. 
         • TUBO VENTURI VS PLACA ORIFICIO
           • Un orificio fijo puede sustituirse fácilmente para ajustarse a diferentes tasas de flujo, el diámetro del Venturi es entonces el rango de medición está limitado por la caída de presión causada por el Venturi. La placa orificio genera una gran pérdida permanente de presión debido a la presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la formación de remolinos lo cual reduce la pérdida permanente de presión. El orificio es económico y fácil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser cuidadosamente diseñado. Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente mientras que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.
           • TUBO PITOT
             • El tubo Pitot fue ideado por Henri de Pitot (1695-1771) y mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea, la presión dinámica.  E s sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección de la tubería, para su empleo es esencial que el flujo sea laminar, disponiéndolo en un tramo recto de tubería.  Si el eje del tubo está en el centro de la tubería, se considera C = 0 , 9 y se obtiene una exactitud del orden del ± 2 % al ± 5 % .
             • MEDIDORES DE VELOCIDAD
               • TURBINA
                 •  Exactitud 1%Vm  El fluido debe ser limpio y poco abrasivo.  Sirve para líquidos y gases.  Variabilidad del rango 30:1  No se utiliza para control.  Genera una caída de presión apreciable, pero menor que la PO
                 • MEDIDIRES ULTRASONICOS
                   •  Los transductores ultrasónicos de 1 haz tienen una exactitud del ± 2 % al ± 3 % . Con 2 haces, la exactitud ± 0, 5 % . Con 3 haces el instrumento diferencia el flujo laminar del turbulento, agregando un software inteligente, la exactitud llega al ± 0,3 %.
                   • MEDIDOR DE PLACA
                     •  El medidor de placa consiste en una placa instalada directamente en el centro de la tubería y al empuje o fuerza de impacto del fluido.
                     • MEDIDOR DE FLUJO MAGNETICO
                       •  Se usa donde los métodos comunes de medición no son aplicables.  Es el único instrumento de flujo que no se basa en un mecanismo de obstrucción para medir el flujo.  Pueden medir cualquier fluido que transmita la electricidad.  Es poco sensible a los perfiles de velocidad y exige conductividad del fluido de 5μΩ/cm.  No originan caída de presión.  Se usan para líquidos sucios, viscosos. y contaminados.  Precisión: 0,25 - 1%
                       • MEDIDOR ELECTROMAGNETICO
                         • Exactitud 0.5%Vm • No es intrusivo. • Se utiliza en tuberías de gran diámetro. • Se utiliza para fluidos limpios, y sucios en flujo laminar y turbulento. • El fluido debe ser conductor eléctrico. La tuberia debe ser de plastico en la seccion donde se coloca el medidor. • Requiere de altos costos de instalación y mantenimiento.
                         • MEDIDOR VORTEX
                           •  Un medidor de flujo es típicamente construido de acero inoxidable o de Hastelloy e incluye el cuerpo de choque, un sensor de vórtice y un transmisor electrónico.  Exactitud: Líquidos 0.75%Vm, gases 1%Vm  Es intrusivo  Se debe utilizar con fluidos limpios y poco abrasivos, en tuberías de diámetro entre 1 y 6”.  Variabilidad del rango 15:1, 25:1.  Susceptible a vibraciones. .  Operan con bajo consumo de energía  Requieren de poco mantenimiento. 
                           • MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
                             •  Miden el flujo directamente en términos de volumen en lugar de hacerlo indirectamente.  No tienen referencia de tiempo.  Al utilizar la fuerza del fluido, separe en partes la corriente que fluye de un volumen conocido y las contabliza.  El flujo total para cualquier período es el número acumulativo de unidades de volumen contabilizadas desde el inicio del flujo. 
                             • MEDIDORES DE FLUJO MASICO
                               • MEDIDOR CORIOLIS
                                 •  Los medidores de flujo por efecto Coriolis operan por aplicación de la segunda ley de Newton.  Fuerza = (Masa) * (Aceleración)  El fluido a ser medido se hace pasar a través de un lazo, el cual es forzado a vibrar a su frecuencia natural ya partir de esto se puede medir el flujo másico.  El elemento sensor de flujo esta armado por el lazo el cual puede tener diversas formas, dependiendo del fabricante. Por ejemplo, en forma U o en forma O.  La forma del lazo la determina la caída de presión, sensibilidad y estabilidad del cero del instrumento.