ElementR4Ros Electronicos de Vacio
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7/23/2019 ElementR4Ros Electronicos de Vacio
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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL II
CHRISTIAN CARVAJAL
PRESION
Instrumentos de presin y campo de aplicacin
Elementos electrnicos de vaco
Son sensibles y se clasifican en:
Medidor McLeod
Mecnico- Tubo Bourdon, fuelle y diafragma Propiedades de un gas- Conductividad terminica
Trmicos-Termopar, Pirani, Bimetal
Ionizacin- Filamento caliente, ctodo frio
Medidor de McLeodse utiliza como aparato primario de calibracin, se basa en comprimir la
muestra de un gas de gran volumen conocido a un volumen ms pequeo y a ms presin
mediante una columna de mercurio. Su intervalo de medida es de 1 a 10-4 mmHG.
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El tubo Bourdon combina la medida de presin y vaco con la escala dividida en dos partes, a laizquierda el vaco (cm de Hg y pulgadas de mercurio) y a la derecha Kg/cm 2 (bar) y psi.
MEDIDORES DE CAUDAL
Placa-orificio, tobera y tubo Venturi
La placa orificio
Consiste en una placa per perforada instalada en la tubera. Tiene dos tomas una en la parte
inferior y otra en la posterior de la placa, captan esta presin diferencia proporcional al cuadrado
del caudal.
Posee diferente toma.
Tomas en la brida: ms usada porque la instalacin es cmoda
Tomas en la vena contraria: est situada en un punto donde la vena alcanza su dimetro
ms pequeo.
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Tomas radiales: son parecidas a la anterior solo que siempre estn fijadas la vena superior
y posterior.
Tomas en la cmara anular: estn situadas inmediatamente antes y despus del
diafragma.
Tomas en la tubera: se emplean cuando se desean aumentar el intervalo de medida de un
medidor de caudal dado.
El orificio o placa puede ser concntrico, excntrico o semental, con un pequeo orifico de purga
para los slidos o gases que puede contener el fluido. Su exactitud pude ser de 1% a 2%.
l tuvo Venturi.
Permite la medicin de caudales del 60% superiores a los de la placa orifico, en las mismas
condiciones y con perdida solo del 10% al 20% de la presin diferencial.
Posee una gran exactitud y permite el paso de fluidos con un porcentaje alto de slidos. El costo es elevado.
Precisin en el orden de 0,75%.
Rotmetro
Es un elemento de rea variable se caracteriza por el cambio de rea que se produce en el
elemento primario en movimiento y el cuerpo del medidor se asimilan a los de placa orifico, cuyo
dimetro inferior es variable dependiendo del caudal y de la fuerza.
En el rotmetro, un flotador cambia su posicin dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del
fluido. El flotador est en equilibrio entre su peso, la fuerza de arrastre del fluido y de la fuerza de
empuje del fluido sobre el flotador. El caudal depende del peso especfico del lquido, de su
viscosidad y de los valores de la seccin inferior del tubo, ya que la misma cambia segn sea el
punto de equilibrio del flotador.
El rotmetro al ser un diafragma de orifico variable, tendr como este, un coeficiente de descarga
que englobara el reparto desigual de velocidades.
Medidor magntico de caudal
La ley de Faraday estable que la tensin inducida a travs de cualquier conducto, al moverse este
perpendicularmente a travs de un campo magntico, es proporcional a la velocidad del
conductor.
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La seal captada por los electrodos rasantes con la superficie interior del tubo y diametralmente
opuestos, por lo que el medidor est libre de prdidas de carga en el fluido. La frmula indica que
la tensin generada (voltios) es proporcional a la velocidad del flujo de caudal. Sin embargo, para
que el instrumento pueda medir se requiere que el flujo tenga una conductividad elctrica mayor
de 3S/cm
D= distancia entre los electrodos
V= velocidad del movimiento del caudal
Las bobinas pueden ser alimentadas por una fuente de c.a generndose as una seal dentro del
campo de micro voltios a mili voltios. El sistema se utiliza en general en fluidos tales como aguas
negras, lquidos viscosos y en la industria del papel (15% de las instalaciones).
El sistema es fiable, rpido, representa inconvenientes al precisar peridicamente de ajuste de
cero con la tubera llena y sin flujo de caudal del lquido.
En el 85% de las instalaciones se usa una fuente de tensin continua que exista peridicamente a
las bobinas que generan el campo magntico.
En las plantas pueden existir fuentes de seal de ruido que pueden perturbar el funcionamiento
de los medidores magnticos de caudal. Por ejemplo, motores.
MEDIDORES DE NIVEL
INSTRUMENTOS BASADOS EN LA PRESIN HIDROSTTICA
Medidor manomtrico
Medidor manomtrico
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Consiste en un sensor de presin piezoelctrico suspendido de la parte superior del tanque e
inmerso en el lquido. El sensor contiene un puente Wheaston y bajo la presin del lquido, el
sensor se flexa y la tensin que crea es captada por las galgas extensiometricas, dando un voltaje
que genera un desequilibrio en el puente y una seal que es proporcional a la presin aplicada, es
decir al nivel.
Puede ser acoplado a un transmisor electrnico o digital de 4-20 mA.
Medidor de tipo burbujeo
Medidor de tipo burbujeo
Emplea un tubo sumergido en el lquido a cuyo travs se hace burbujear aire mediante un
rotmetro con un regulador de caudal incorporado. La presin del aire en la tubera equivale a la
presin hidrosttica ejercida por la columna de lquido, es decir, al nivel.
El sistema puede emplearse en tanques cerrados.
El mtodo burbujeo es simple y da un buen resultado, en particular, en el caso de lquidos muy
corrosivos o con slidos en suspensin y en emulsiones.}
No se recomienda su empleo cuando el fluido de purga perjudica al lquido y para fluidosaltamente viscosos.
Medidor de presin diferencial
Consiste en un diafragma en contacto con el lquido que mide la presin hidrosttica en un punto
del fondo del tanque. En un tanque abierto, esta presin es proporcional a la altura del lquido en
ese punto y a su pero especifico.
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P= presin
H= altura del lquido sobre el instrumento
= densidad del liquido
g= 9,9m/
El diafragma forma parte de un transmisor neumtico, electrnico o digital de presin diferencial.
El tipo ms utilizado, el diafragma est situado en una brida que se monta rasante al tanque para
permitir, sin dificultades, la medida de nivel de fluidos, tales como pasta de papel y lquidos con
slidos en suspensin.
En el caso de que el tanque se ha cerrado y bajo presin abra que corregir la indicacin del
aparato para la presin ejercida sobre el lquido, debiendo sealar que la lectura ser muy pocoexacta si la presin es grande,
Medidores de presin diferencial en tanque cerrado
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MEDIDOR DE NIVEL DE RADAR O MIRCOONDAS
Medidor de nivel de radar
El sistema de radar de microondas se basa en la emisin continua de una onda electromagntica,
tpicamente dentro del intervalo de los rayos x (10GHz).
Radar de onda guiada
El sensor est situado en la parte superior del tanque y enva ondas hacia la superficie del lquido.
Una parte de la energa enviada se refleja en la superficie del lquido y la capta el sensor. Si la
constante dielctrica del lquido es baja, pude presentarse problemas en la medida ya que, en este
caso, la energa reflejada es muy pequea, en el agua existe una reflexin excelente.
Las ondas de radas tienes las mismas dificultades que los ultrasnicos, sus lecturas pueden ser
errneas debido a obstrucciones, tuberas internas, formacin de depsitos en la antena y
mltiples reflexiones dentro del tanque. Se han usado tcnicas de lgica difusa y algoritmos en eltransmisor, por lo que puesta en marcha es engorrosa y los cambios, en el proceso en el tanque
pueden dar problemas.
Radar de onda no guiada
Otro mtodo usado es el de radar de onda no guiada que dispone de una varilla o un cable para
guiar las microondas desde el sensor hasta la superficie del lquido y hasta el fondo del tanque y
que soluciona los inconvenientes del sistema anterior.
Con este mtodo minimiza la degradacin de la seal, ya que se enfoca ntegramente la energa a
travs de la varilla o cable, sin enviarla a travs del aire como en el caso del mtodo de onda
guiada, lo que permite medir niveles de lquidos de baja constante dielctrica
El sistema de medicin pro radar s adecuado para asfaltos, parafinas y productos muy densos o
viscosos.
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Caractersticas de los medidores de radar son:
Repetibilidad + 1mm
Exactitud para tanques en general + 5mm
Exactitud para tanque de entrega a facturar + 1mm
TEMPERATURA
Termmetros de temperatura
Termmetros de temperatura dependen de la variacin de la resistencia conforme vari la
temperatura.
Consisten en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de
material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cermica.
El material que forma el conductor se caracteriza POR EL LLAMDO "COEFICIENTE DE
TEMPERATURA de resistencia" se expresa, a una temperatura especificada, la variacin de la
resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura.
Los materiales que forma el conductor de la resistencia deben poseer las siguientes caractersticas:
Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida
ser muy sensible.
Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada tanto mayor serla variacin por grado (mayor sensibilidad).
Relacin lineal resistencia-temperatura.
Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricacin de estirado y arrollamiento
del conductor en las bobinas de las sonda, a fin de obtener tamaos pequeos (rapidez de
respuesta).
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Estabilidad de las caractersticas durante de la vida til del material.
Partes de una termoresistencia
RTD
Fig Coeficientes de la sonda de resistencia Pt100 (IEC751 y ITS90)
En el montaje de dos hilos, la sonda de resistencia RTD se conecta a uno de los brazos del puente
de wheaston y se vara R2 hasta que se anula la desviacin del galvanmetro. En este instante se
cumple esta actuacin:
Para reducir el error pueden utilizarse hilos ms gruesos o bien sondas de resistencia de mayor
sensibilidad (1000 ohm en lugar de 100 ).
El montaje de tres hilos, la sonda se conecta mediante tres hilos al puente.
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Tipos de circuitos de puente de Wheatstone a son
TERMOPARES
Termopar
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Se basa en el efecto, descubierto por Srrbekk la circulacin de una corriente en un circuito cerrado
formado por los metales diferentes cuyas uniones (unin de medida o caliente y unin de
referencia o fra).
El efecto Peltier puede ponerse de manifiesto en el montaje como la figura.
La combi8nacion de los aspectos, el de Pielter y El Thomson, es la causa de la circulacin de la
corriente al cerrar el circuito en el termopar. Esta corriente puede calentar el termopar y afectar la
exactitud en la medida de la temperatura, por lo que, durante la medicin, debe hacerse mnimo
su valor.
Efectos Peltier y Thomson
Leyes de los termopares:
La ley del circuito homogneo. Un conductor metlico homogneo no puede sostenerse la
circulacin de una corriente elctrica por la aplicaxio0n exclusiva de calor.
Ley de los metales intermedios. Si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme
desde un punto de soldadura.
Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m generada por un termopar con sus uniones.
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Termopares ms comunes son:
Termopar tipo E, de nquel-Cromo/cobre-Nquel (constantan). Adecuado para -200C y 900C
sensibilidad de 68uv/C.
Termopar tipo T, de cobre/cobre-Nquel (constantan).temperaturas entre -200C y +2060C.
Termopar tipo j, de hierro/cobre-Nquel (constatan) -200C y 1200C.
Termopar tipo K, de Nquel-cromo (crome)/Nquel-Aluminio (alumel), para temperaturas de 500C
y 1250C.
Termopar tipo R, se emplea en atmosferas oxidantes y temperaturas de trabajo de hasta 150C,
poca sensibilidad 10uV/C.
Termopar tipo S, igual que el tipo R
Tipo B, adecuado para altas temperaturas hasta los 1800C poca sensibilidad.
Termopar tipo N, temperaturas de trabajo de 0C a 2316C.
Otros termopares usados recientemente son:
Tipo C (Tungsteno-5% Renio/Tungsteno-26% Renio) (ASTME 988), con temperaturas de trabajo
entre 0 C y 2320 C.
Tipo D (Tungsteno-3% Renio/Tungsteno-25% Renio) (ASTME 988), con temperaturas de trabajo
entre 0 C y 2495 C.
Tipo G (Tungsteno/Tungsteno-26% Renio), con temperaturas de trabajo entre 0 C y 2320 C.
Tipo L (Hierro/Cobre-Nquel) (DIN 43710), similar al por J, con temperaturas de trabajo entre
-200 C y +900 C.
Tipo U (Cobre/Cobre-Nquel) (DIN 43710), similar al tipo T, con temperaturas de trabajo entre
-200 C y +600 C.
BIBLIOGRAFIA:
Instrumentacin Industrial, 8va edicin- Antonio Creus