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Control de Procesos Industriales 13/09/2015

Rof. Ronald Tello Vásquez 1

SENSORES INDUSTRIALESPRESIÓN Y FLUJOControl de Procesos Industriales

Prof. Ronald Tello Vásquez

Definición de presión :Es la fuerza aplicada, o distribuida sobre una superficie.

PRESION

A

F



PRESION

psig

psia

1 psi = = 6,895 kPa1 psi = 0,0689 bares14,7 psi = 1 atmósfera 14,7 psi = 1,013 Bar

PRESION Presión absoluta

Se mide con al cero absoluto de presión

Presión atmosféricaEs la presión ejercida por la atmósfera terrestre

Presión manométrica o relativaDiferencia entre la presión absoluta y la atmosférica.

VacíoPresión medida por debajo de la atmosférica



ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDIDA DIRECTA

Miden la presión comparándola con la ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas.

Ejemplos

Barómetro cubeta, Manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado.

MEDIDA DE LA PRESIÓN

hP

senLh

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDIDA DIRECTA




Ventajas: Medición y construcción simple. Bajo costo. Pueden medir bajas presiones y vacío. 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 paralelismo.

Elementos primarios elásticos

Se deforman por la presión interna del fluido que contienen.Ejemplos: Tubo de Bourdon,el elemento en espiral, elhelicoidal, el diafragma y elfuelle




ELEMENTOS PRIMARIOS ELÁSTICOS




MANÓMETROS Dispositivo que sirve para

medir la presión de gases olíquidos contenidos enrecipientes cerrados. Existen,básicamente, dos tipos: los delíquidos y los metálicos.

Los manómetros de líquidosemplean, por lo general, comolíquido manométrico elmercurio, que llenaparcialmente un tubo enforma de U.

En los manómetros metálicosla presión da lugar adeformaciones en una cavidado tubo de Bourdon


Ventajas:

Pueden usarse en un amplio rango de presiones, desde vacíohasta presiones por encima de 2000 psi, se utiliza aceroinoxidable u otros materiales de alta resistencia. Son elementos robustos y flexibles para la mayoría deaplicaciones donde se requiere indicación de presión. Bajo costo. No requieren alimentación eléctrica o neumática..

Limitaciones:

Dependiendo del elemento pueden ser sensibles a lasvibraciones. El material puede perder sus condiciones iniciales porsobrecargas frecuentes o incompatibilidad química del fluido. Requieren calibración frecuente.



TRANSDUCTORES RESISTIVOS

Consisten en un elemento elástico (tubo Bourdon o cápsula) que varía la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión. Puede utilizarse también galgas extensiometricas

El puente de Wheastonees muy utilizado.

TRANSDUCTORES DE INDUCTANCIA

Inductancia VariableNúcleo Magnético en un Campo electromagnético

Bobinado se alimenta con AC y se va midiendo la variación de corriente debido a la fem auto inducida



TRANSDUCTOR DE RELUCTANCIA VARIABLE

Reluctancia VariableNúcleo Magnético en un Campo Magnético

•Se alimenta con una f.e.mconstante.

•Al cambiar la posición de la armadura varía la reluctancia y por tanto el flujo magnético.

•Esta variación del flujo da lugar a una corriente inducidaen la bobina

TRANSDUCTORES CAPACITIVOS•Consta de dos membranas exteriores y un fluido en contacto con undiafragma sensor, situado entre las dos armaduras de un condensador.

•El fluido transmite la presión soportada por las membranas al diafragma,el cual se desplaza hacia un lado o hacia otro proporcionalmente a lapresión diferencial. Esto hace que varíe la constante dieléctrica entre lasplacas del condensador.



TRANSDUCTORES PIEZOELÉCTRICOS

Son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por laacción de una presión, general una señal eléctrica.

CAUDAL

Medidores de presión diferencialPlaca orificioTubo VenturiTubo Pitot

Medidores de velocidadMedidor de turbinaMedidor electromagnéticoMedidor VortexRotámetroMedidor de ultrasonidos

Medidores másicosMedidor másico térmicoMedidor de Coriolis



MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL

• Al restringir el paso de fluido se produce una caída de presión estática.

PLACA ORIFICIO

Es una placa con un orificio (generalmente afilado aguas arriba y biselado aguas abajo).

Se usa con líquido limpios y gases. Los fluidos sucios producen erosión del filo de la placa. Se usan orificios excéntricos:

En la parte alta, para permitir el paso de gases al medir líquidos. En la parte baja, para dejar pasar sólidos suspendidos.



TUBO DE VENTURI

• Se utiliza cuando es importante limitar la caída de presión.• Consiste en un estrechamiento gradual cónico y una descarga con salida también suave.

• Se usa para fluidos sucios y ligeramente contaminados.• El alto coste restringe su utilización.

TUBO DE PITOTEl tubo Pitot mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea,la presión dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad



TURBINA

• El fluido entra en el medidory hace girar un rotor a unavelocidad que es proporcionala la del fluido, y por tanto alcaudal instantáneo.

• La velocidad de giro del rotorse mide por conexiónmecánica (un sensor registrael número de vueltas) o porpulsos electrónicos generadospor cada giro.

• Son los más precisos(Precisión 0.15 - 1 %).

• Son aplicables a gases ylíquidos limpios de bajaviscosidad.

• Problemas: desgaste enpartes móviles

• Es poco sensible a losperfiles de velocidad yexigen conductividad delfluido de 5µΩ/cm.

• No originan caída depresión .

• Se usan para líquidosucios, viscosos. ycontaminados.

• Precisión: 0.25 - 1%

MEDIDOR ELECTROMAGNÉTICO



MEDIDOR VORTEX• La introducción de un cuerpo

romo en la corriente de un fluidoprovoca un fenómeno de lamecánica de fluidos conocidocomo vórtice o torbellino (efectode Van Karman).

• Los vórtices son áreas demovimiento circular con altavelocidad local.

• La frecuencia de aparición de losvórtices es proporcional a lavelocidad del fluido.

• Los vórtices causan áreas depresión fluctuante que sedetectan con sensores.

• Para poder usar este medidor esnecesario que el fluido tenga unvalor mínimo del número deReynolds (Re= ρ v D / µ).

• Indicado para gases y líquidoslimpios.

• Precisión: 1%

ROTÁMETROS

• Medidores de áreavariable en los que unflotador cambia suposición de formaproporcional al caudal

• Como indicadorvisual. Se le puedehacer acoplamientomagnético

• Instalación en vertical



MEDIDOR DE ULTRASONIDOS

• Emplean ondas ultrasónicas para determinar el caudal.• Son buenos para medir líquidos altamente contaminados o corrosivos,

porque se instalan exteriormente a la tubería.• Precisión: 2 - 5%

• Medidor a pulsos– Se introducen dos pulsos inclinados y simultáneamente, mediante

dos transmisores emisor- receptor, que reflejan en la tubería. Ladiferencia de tiempo para el mismo camino recorrido depende de lavelocidad del flujo.

MEDIDOR DE ULTRASONIDOS

• Medidor Doppler

– Emite ondas de frecuencia fija que reflejan en el fluido.– Como el fluido posee velocidad se produce una variación de

la frecuencia de la onda reflejada



MEDIDOR MÁSICO TÉRMICO

- Consiste en aportar calor en unpunto de la corriente y medir la Tª aguas arriba y aguas abajo.

– Si la velocidad del fluido fuese nula no habría diferencia de Tª, pero al existir velocidad la diferencia de Tª es proporcional al flujo másico existente.

– Lo más común es el diseño en bypass.

– Precisión: 1%

Q = m ce (t2 – t1)

MEDIDOR DE CORIOLIS

Tres bobinas electromagnéticas forman el sensor:

– La bobina impulsora hace vibrar los (dos) tubos, sometiéndolos a un movimiento oscilatorio de rotación alrededor del eje O-O’.

– Vibran a la frecuencia de resonancia (menos energía), 600-2000 Hz.

– Los 2 detectores electromagnéticos inducen corrientes eléctricas de forma senoidal, que están en fase si no circula fluido.

– El flujo atraviesa (dos) tubos en forma de U, estando sometido a una velocidad lineal "v" y una velocidad angular "ω" de rotación alrededor de O-O’, por lo que sufre una aceleración de Coriolis de valor a=2 ω x v



MEDIDOR DE CORIOLIS

La fuerza ejercida sobre el fluido como consecuencia de la aceleración cambia de signo con "v", por lo que se genera un par de fuerzas que produce una torsión de los tubos alrededor del eje RR'.

La torsión alrededor del eje R-R’ produce un desfase de tiempo Δt, entre las corrientes inducidas por los detectores electromagnéticos, que es proporcional al par de fuerzas ejercido sobre los tubos, y por tanto a la masa que circula por ellos.

Alta precisión: (0.2 - 0.5%)

La medida es independiente de la temperatura, presión, densidad, viscosidad y perfil de velocidades.

Mantenimiento casi nulo, lo que abarata su coste.

Se aplica a fluidos viscosos, sucios, corrosivos con Tª extrema alta o baja, y con altas presiones.

VIDEOS DE INTERÉS

https://youtu.be/2c6w-uRBwr8 https://youtu.be/jKMuNP4va6w https://youtu.be/YIJF9wvS68s https://youtu.be/TYzbQUW0vS0 https://youtu.be/T89G4Ht09Jw



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