1.2_Principios_de_Medicion

I Programa deDiplomado en Automatizacin Industrial

Dr. Ing. Csar Chinguel Arrese

Mdulo 1

Principios de Medicin

Contenido

1. Medida de Temperatura

2. Medida de Presin

3. Medida de Nivel

4. Medida de Caudal

5. Medida de MasaES

QU

EM

A

TEMPERATURA

Rangos de temperatura

5:34 p.m. Instrumentacin industrial 4

TE

MP

ER

AT

UR

A

TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

Principios variaciones en volumen o en

estado de los cuerpos (slidos, lquidos o gases);

variacin de resistencia de un conductor (sondas de resistencia);

variacin de resistencia de un semiconductor (termistores);

f.e.m. creada en la unin de dos metales distintos (termopares);

intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo (pirmetros de radiacin);

TE

MP

ER

AT

UR

A

Temperatura

De bulbo

RTD (Pt100 0C 100 )

Termistores (Semiconductores)

Termopares E, J, K, RS, T

Pirmetros

TE

MP

ER

AT

UR

A

TERMMETROS DE VIDRIO

Mercurio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 35 hasta + 280 C

Mercurio (tubo capilar lleno de gas). . - 35 hasta + 450 C

Pentano C5H12. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . - 200 hasta + 20 C

Alcohol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 110 hasta + 50 C

Tolueno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 70 hasta + 100 C

Precisin 1% del rango.

Indican la T como diferencia entre el coeficiente de dilatacin del vidrio y del lquido empleado. El componente se dilata con la temperatura. Los ms comunes son:

TE

MP

ER

AT

UR

A

BIMETLICOS

Constan de dos lminas metlicas con diferentecoeficiente de dilatacin, unidas slidamente porsus extremos.

Muy usados como termostatos

Cuando por efecto de la T se dilatan, sedeforman producindose un desplazamientomecnico cuya fuerza se emplea para mover unaaguja indicadora o activar un mecanismo decontrol.

Helicoidales

Rango: 0 a 500C

Precisin: 1%

TE

MP

ER

AT

UR

A

TERMMETRO DE BULBO y CAPILAR

La variacin de T produce la expansin o contraccin del fluido lo que deforma el recinto que lo contiene.La deformacin es apreciada por un muelle Bourdon ytransmitida a un indicador o transmisor

Rango: (-40C a +425C) Precisin: 1%

TE

MP

ER

AT

UR

A

Al calentarse un metal habr una mayor agitacin trmica, dispersndose ms los electrones y reducindose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitacin, y mayor resistencia. Por lo general, la variacin es bastante lineal en mrgenes amplios de temperatura.

R0 es la resistencia a la temperatura de referencia T0 T es la desviacin de temperatura respecto a T0 (T = T T0) es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a

0 C, interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura.

Los materiales empleados para la construccin de sensores RTD suelen ser conductores tales como el cobre, el nquel o el platino. Las propiedades de algunos de stos se muestran en la siguiente tabla:

TERMORESISTENCIA- RTDsT

EM

PE

RA

TU

RA

Criterios a tener en cuenta:

Resistente a la corrosin y ambientes hostiles comportamiento lineal, alta sensibilidad, fciles de fabricar , estabilidad. Usuales: Pt y Ni

El platino el ofrece mejores prestaciones, alta resistividad para un mismo valor hmico, la masa del sensor ser menor, por lo que la respuesta ser ms rpida margen de temperatura mayor alta linealidadsin embargo, su sensibilidad () es menor. Un sensor muy comn es el Pt100 (RTD de platino con R=100 a 0 C). En la siguiente tabla se muestran valores estndar de resistencia a distintas temperaturas para un sensor Pt100 con = 0.00385 / / K.

Temperatura (C) 0 20 40 60 80 100

Resistencia PT100 () 100 107.79 115.54 123.24 130.87 138.50

TERMORESISTENCIA- RTDsT

EM

PE

RA

TU

RA

RTD PT100

100 a 0C Rango: -200 C a +500 C Precisin: 0.2% PT100. Sensibilidad 0.385 ohmios/C Para medir la variacin de resistencia en el detector se

usan circuitos basados en el puente de Wheatstone

Clase 2B 0,60C 0,24

Clase B 0,30C 0,12

Clase A 0,15C 0,06

Clase 1/3B

0,10C 0,04

Clase 1/5B

0,06C 0,02

Clase 1/10B

0,03C 0,01

TE

MP

ER

AT

UR

A

Puente

V

R R

RRt

Pt100

Cuando el puente est equilibrado, la tensin V es nula. Si se modifica Rt la tensin V cambia.T

EM

PE

RA

TU

RA

Ejercicio


TE

MP

ER

AT

UR

A

Conexin a tres hilos

V

R R

RRt

Pt100

La longitud de los hilos de conexin influye en la medida (5 )

El tercer hilo hace que se sume la misma resistencia a cada rama y se compensa el desequilibrio producido en el puente: se compensa.

TE

MP

ER

AT

UR

A

TERMISTOR NTC y PTC

Rt, resistencia en ohmios a latemperatura absoluta Tt

Ro, resistencia en ohmios a latemperatura absoluta dereferencia To

, constante dentro de unintervalo moderado detemperaturas.

Semiconductores o cermicos

Alta sensibilidad 100 ohmios/grado (la PT100: 0.385 ohmios por grado)

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura.Su funcionamiento se basa en la variacin de laresistividad que presenta un semiconductor con latemperatura. El trmino termistor provienede Thermally Sensitive Resisto r

Para los termistores NTC, al aumentar latemperatura, aumentar tambin la concentracinde portadores, por lo que la resistencia ser menor,de ah que el coeficiente sea negativo.

Para los termistores PTC, en el caso de unsemiconductor con un dopado muy intenso, steadquirir propiedades metlicas, tomando uncoeficiente positivo en un margen de temperaturalimitado. Usualmente, los termistores se fabrican apartir de xidos semiconductores, tales como elxido frrico, el xido de nquel, o el xidode cobalto.

oTtTeRR ot

11

TE

MP

ER

AT

UR

A

NTC Negative temperature coeficient

No lineal

Rango de T pequeo.

til para T ambiente

Muy baratos y pequeos

Menos precisin

Problemas de estabilidad

TE

MP

ER

AT

UR

A

PRINCIPIOS

Efecto Seebeck: al unir dos cables demateriales diferentes formando uncircuito, se presenta una corrienteelctrica cuando las uniones seencuentran a diferente temperatura.

TERMOCUPLA

Metal A

Metal B

Efecto Thomson: un gradiente de

temperatura en un conductor

metlico est acompaado por un

gradiente de voltaje, cuya magnitud y

direccin depende del metal que se

est utilizando.

eAB

+

-

Tensin Seebeck

TE

MP

ER

AT

UR

A

Se puede medir el voltaje, que es proporcional a la diferencia de temperaturas

Seal de salida muy baja: milivoltios. Necesita acondicionamiento de la seal.

Sensibilidad baja: microvoltios por grado

Aguantan altas temperaturas (p.e. calderas)

Bastante lineales

CARACTERISTICAS DE LA TERMOCUPLA

Termopar J: Hierro y Constatan (Cu-Ni).Afectado por corrosinRango: 0C a +750CPrecisin: 0.5%

Termopar K: Cromo y Alumel (Al-Ni).Buena resistencia a la oxidacinRango: 0C a +1.300C y 600C a 1.000C en atm.

oxidantesPrecisin: 1%

Termopar R: Platino y Platino-13% Rodio.Termopar S: Platino y Platino-10% Rodio.Rango de medida ms amplio (0C a +1.600C), pero ms caros.Precisin: 0.5%Termopar W: Volframio-5% Renio y Volframio-26% Renio.Rango: 0C a +2.800C en atm. inertes o vaco.Precisin: 1%

TE

MP

ER

AT

UR

A

Termopares


TE

MP

ER

AT

UR

A

Tipos de Termopares

TE

MP

ER

AT

UR

A

Instrumentacin industrial

TE

MP

ER

AT

UR

A

T1T2

I

Consideracin de la unin fra

Vm = V(T2) - V(T1)

Establecer una rutina de medida

Usar cables de compensacin cuando sea necesario

Termopar

T

M

Medida:

Se opone una tensin conocida a la del termopar hasta que la salida del amp. diferencial es nula

MEDICIN CON TERMOPARES

TE

MP

ER

AT

UR

A

PIRMETRO

Un pirmetro, dispositivo capaz de medir la temperatura deuna sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella.

El rango de temperatura se encuentra entre -50 gradoscelsius hasta +4000 grados celsius. (Metalesincandescentes)

Cualquier objeto con una temperatura superior a los0 Kelvin emite radiacin trmica. Esta radiacin ser captaday evaluada por el pirmetro.

Uno de los pirmetros ms comunes es el pirmetro deabsorcin-emisin, que se utiliza para determinar latemperatura de gases a partir de la medicin dela radiacin emitida por una fuente de referencia calibrada,antes y despus de que esta radiacin haya pasado a travsdel gas y haya sido parcialmente absorbida por ste. Ambasmedidas se hacen en el mismo intervalo de las longitudes deonda.

TE

MP

ER

AT

UR

A

PIRMETROS DE RADIACIN

W = ET4

1870C

1540C

1200C

1 2 3 4

% Energa radiada

Longitud de onda

(micras)

Se basan en la ley de Stefan-Boltzmann: todas las sustancias a cualquier Tpor encima del cero absoluto, radian energa como resultado de la agitacinatmica asociada con su T.

TE

MP

ER

AT

UR

A

PIRMETROS

Tipo de radiacin:

UV: 0,2 < < 0,45 m

CV: 0,45 < < 0,7 m

IR: 0,76 < < 100 m

Tipo de pirmetros:

pticos de radiacin parcial

radiacin total: captan toda o gran parte de radiacin emitida por el cuerpo (T

PIRMETROS

Ventajas

Ningn contacto fsico con el objeto

Respuesta rpida

Capacidad de medir muy altas temperaturas

Desventajas

Costo elevado, respuesta no lineal, variaciones en la emitancia del cuerpo causan lecturas errneas

TE

MP

ER

AT

UR

A

PIRMETRO PTICO

Lmpara de comparacin

Lente

Filtro

0 1 2 3

Se basan en el hecho

de comparar

visualmente la

luminosidad

del objeto radiante con

el filamento de una

lmpara incandescente.

Para ello se superponen

ambas ondas luminosas

y se vara la

corriente elctrica de la

lmpara hasta que deja

de ser apreciable a la

vista.

TE

MP

ER

AT

UR

A

PRESIN

MEDICIN DE PRESIN

Unidades

Presin: Fuerza por unidad de superficie Pascal: 1 N/m2 siendo el Newton la fuerza que aplicada a una masa

de 1 Kg, le comunica una aceleracin 1 m/s2

Psi.- Libras por pulgada cuadrada.

Pulgada columna de agua (Pulgada c. de a.)

Pulgada columna de Hg.

1 atmsfera = 1.01 barPR

ES

IN

CLASES DE PRESIN: Pa, Pd, Pg

VARIACIONES EN LA PRESINATMOSFRICA

PRESIN ATMOSFRICAESTNDAR

A'

A

D" D D'

C

C'B" B B'

CERO ABSOLUTO

La presin atmosfrica normalizada, 1 atmsfera, fue definida como la presin atmosfrica media al nivel del mar que se adopt como exactamente 101 325 Pa o 760 Torr. Sin embargo, a partir de 1982, la IUPAC recomend que si se trata de especificar las propiedades fsicas de las sustancias "el estndar de presin" deba definirse como exactamente 100 kPa o (750,062 Torr). Aparte de ser un nmero redondo, este cambio tiene una ventaja prctica porque 100 kPa equivalen a una altitud aproximada de 112 metros

La presin atmosfrica decrece a razn de 1 mm de mercurio o Torr por cada 10 m de elevacin en los niveles prximos al del mar.

Presin absoluta: Con respecto al cero absoluto . Presin en A

Presin relativa: Diferencia entre presin absoluta y atmosfrica. Presin en B

Presin atmosfrica: Ejercida por la atmsfera terrestre = 760 mm Hg (14.7 psia)

Presin diferencial: Diferencia de presin entre dos puntos. Presin entre C y C

Vaco: Diferencia entre presin atmosfrica y presin absoluta. Presin medida por debajo de la atmosfrica. Presin en D.

PR

ES

IN

ELEMENTOS MECNICOS

Se dividen en :

Elementos primarios de medida directa

Elementos primarios elsticos

PR

ES

IN

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDIDA DIRECTA

Barmetro cubeta

Manmetro en tubo de U

Manmetro de tubo inclinado

Manmetro de toro pendular

Manmetro de campana

PR

ES

IN

ELEMENTOS PRIMARIOS ELSTICOS

El tubo Bourdon: Tubo de seccin elptica que forma un anillo casi completo cerrado por un extremo y conectado a la fuente de presin por el otro.

El elemento en hlice y espiral : Miden presiones con una mayor precisin ya que el movimiento de sus extremos cerrados es mayor.

El fuelle: Es un tubo fino sin soldadura, ondulado, de acero inoxidable o latn, que por efecto de la presin se estira o contrae con un desplazamiento considerable. Para conseguir una mayor duracin y precisin el movimiento est contrarrestado por un muelle.

PR

ES

IN

ELEMENTOS ELECTROMECNICOS

Transmisores electrnicosde equilibrio de fuerzas

Resistivos Magnticos Capacitivos Extensiomtricos Piezoelctricos

PR

ES

IN

Sensor de desplazamiento

Capacidad

Induccin

Potencimetro

PR

ES

IN

TRANSDUCTOR DIFERENCIAL CAPACITIVO

Adecuados para medidas estticas y dinmicas

La placa mvil es el diafragma situada entre dos placas fijas

Requieren amplificadores

Sensibles a variaciones de temperatura y aceleraciones transversales

Rango: 0,05-5 a 0,5-600 bar

PR

ES

IN

Se clasifican en :

A) de inductancia variable

B) de reluctancia variable

Susceptible a desgaste mecnico y a vibracin e interferencia magntica

TRANSDUCTOR MAGNTICO

PR

ES

IN

TRANSDUCTOR MAGNTICO DE INDUCTANCIA VARIABLE

Ncleo magnticomvil

Susceptible a desgaste mecnico y a vibracin

e interferencia magntica

PR

ES

IN

TRANSDUCTOR MAGNTICO DE RELUTANCIA VARIABLE

armaduramagnticamvil

PR

ES

IN

TRANSDUCTOR MAGNTICO

APLICACIONES

Tipo LVDT: Rango: 0-30 psig, 0-10000 psig. Puede detectar presin: absoluta, gage o diferencial (Linear Variable Differential Transformer.)

Tipo reluctivo: Deben ser excitados con c.a.. Alta seal de salida. Miden presin : 1 de agua a 10000 psig. Susceptibles a variaciones en el campo magntico.P

RE

SI

N

TRANSDUCTOR PIEZOELCTRICO

La seal elctrica generada por el cristal decae rpidamente. Aplicacin para medidas de presin dinmicas

PR

ES

IN

TRANSDUCTOR PIEZOELCTRICO

Electrosttico: medicin de la carga. Medida de transitorios. Rango: 0.1-10000 psig

Piezorresistivo: medicin de la resistividad del silicon. Rango: 3 a 14000 psig

Resonante: Medida de la frecuencia resonante de la carga electrosttica. Rangos: presin absoluta (0- 900 psia), presin diferencial (0-40 psid)

PR

ES

IN

Presin hidrosttica

Propiedades elctricasdel lquido

NIV

EL

FlotadorN

IVE

L

NIV

EL

Nivel: presin diferencial

LT

(p0 + gh) - p0

Se mide la diferencia de presin entre ambas ramas

Se supone la densidad constante

Condensacin en los tubos

NIV

EL

Capacitivos

Entre el electrodo y la pared del depsito se forma un condensador cuya capacidad depende del nivel de lquido

C=KA/D

D: distancia entre las placas

A: seccin transversal de las placas

K: constante dielctrica del medio entre placas

NIV

EL

NIV

EL

SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(basados en caractersticas elctricas del lquido

NIV

EL

NIV

EL

SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema basados en radiacin)

Ultrasonido f: 20 a 45 KHz

FM Radar f: 88a 108MHz- portadora 10GHz

Microondas f: 1 a 300GHz

Ventaja: Ausencia de partes mviles y de contacto fsico

NIV

EL

SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema basados en radiacin)

Pulso viaja a travs de una capa de gas y se refleja en cuanto hay una capa de densidad o cte. dielctrica diferente

NIV

EL

SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema ultrasnico)

NIV

EL

Nivel: Ultrasonidos

El tiempo entre la emisin y la recepcin de las ondas de alta frecuencia es proporcional al nivel

NIV

EL

NIV

EL


Emisin de impulsos a superficie reflectante a la velocidad del sonido.

Retardo en captacin depende del nivel del tanque

Inconvenientes: sensibilidad a densidad de lquidos. Cuando la superficie no es ntida (p.e. Espuma) se producen falsos ecosN

IVE

L

Superficies turbulentas causadas por agitacin, aereacin, burbujeo o llenado causan reduccin en el retorno de la seal. Gran parte se refleja

fuera del sensor.


NIV

EL

Espuma puede o no causar problemas dependiendo del tipo de espuma presente


NIV

EL

SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema radar y microondas)

Principio: propagacin de onda electromagntica

Diferencia de frecuencias entre seales de transmisin y retorno proporcional al tiempo empleado

Espuma es transparente para seal de radar.

Partes:Transmisor, antena, receptor, procesador de seal

NIV

EL

NIV

EL


Radar de no contacto:Usan pulsos de radar u ondas continuas en FM (FMCW). Pueden penetrar plstico y fibra de vidrio. Pueden ser aislados de los vapores del proceso por un sello.

Radar de contacto: Enva pulsos a travs de un cable a la interface vapor-lquido. Cambio en la cte. Dielctrica refleja parcialmente la seal. La porcin no reflejada viaja sobre el extremo de la sonda (referencia)

NIV

EL


Switchs de microonda de reflexin:Miden el cambio en amplitud de la seal reflejada.

Aire y vapor retornan un pequeo porcentaje de la seal (baja cte. Dielctrica). Agua y otros materiales de alta cte. Dielctrica retornan casi toda la seal.

Muchos switches pueden distinguir interfaces lquido-lquido o lquido slido con diferencias de 0.1 en cte. Dielctrica.

NIV

EL


tvd *2

e

cv

Espuma es transparente para seal de radar.

NIV

EL

sVt

D 2

DEL

t : tiempo de recorrido de la seal

Vs : velocidad de la seal

SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema time of fligth)

NIV

EL

NIV

EL

CAUDAL

Transmisores de Caudal

El caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo msico o masa que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo.

donde

Q Caudal ([L3T1]; m3/s)

A Es el rea ([L2]; m2)

Es la velocidad lineal promedio. ([LT1]; m/s)

Dada una seccin de rea A atravesada por un fluido con velocidad uniforme v, si esta velocidad forma con la perpendicular a la superficie A un ngulo , entonces el flujo se calcula como

En el caso particular de que el flujo sea perpendicular al rea A (por tanto = 0 y cos = 1) entonces el flujo vale

CA

UD

AL

Principio de funcionamiento:

Presenta una reduccin de la seccin de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energa cintica y, por consiguiente, su presin tiende a disminuir en una proporcin equivalente, de acuerdo con el principio de la conservacin de la energa, creando una diferencia de presin esttica entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.

Presin DiferencialC

AU

DA

L

CA

UD

AL

Medicin de caudal: Por presin diferencial

Placa orificio

Tobera

Precisin: 1% a 2%

CA

UD

AL

P1 P2

D

d)PP(g2

4

D

1Cq 21

2

4

2

Dd

CA

UD

AL

CA

UD

AL

Permite caudales 60% superiores a los de placa orificio Prdida de carga es de 30 a 80 % de la presin diferencial Aplicado para fluidos que arrastran bajo % slidos, menos los abrasivos

Costo 8 a 16 veces el de diafragma

Precisin: 0.95 a 1.5 %

CA

UD

AL

- Prdida de carga 10 a 20% de p. Dif.- Precisin: 0.75%

CA

UD

AL

CA

UD

AL

Tubos soldados enlos puntos de tangencia

Soldaduras

CA

UD

AL

Precisin: 1.5 a 4 %Aplicacin: Grandes caudalesde fluidos limpios. Baja prdidade carga.

CA

UD

AL

22112 VPP

121

2 PPV

Introduciendo un coeficiente de velocidad C

Resulta :

121

2 PPCV

CA

UD

AL

RotmetroC

AU

DA

L

CA

UD

AL

Anlisis de fuerzas

ACF d 2

2

Q = S.

CA

UD

AL

F = fuerza total en la placa;

= densidad del fluido;

= velocidad del fluido;

A = rea de la placa;

Cd = constante experimental.

CA

UD

AL

Caudalmetros tipo turbina

Pueden ser de turbina axial los cuales consisten en una turbina que gira con el lquido y las revoluciones a las que gira son proporcionales frente al caudal del lquido permitiendo de esta forma un medida del flujo cuantificable.

CA

UD

AL

Caudalmetros tipo turbina

CA

UD

AL

Principio de funcionamientoC

AU

DA

L

CA

UD

AL

Cuando el par de bobinas es energizada, se genera un campo magntico, el cual debe ser perpendicular al eje del lquido conductor y al plano de los electrodos. El lquido debe considerarse como un nmero infinito de conductores movindose a travs del campo magntico y contribuyendo cada elemento al voltaje generado. El fluido debe tener alguna conductividad mnima ya que acta como un conductor.

En un conductor elctrico que se desplaza a travs de un campo magntico, se induce una tensin que es directamente proporcional a la velocidad del conductor, y a la magnitud de campo magntico.

VDBkE

Medidor MagnticoC

AU

DA

L

SCaudalmetros electromagnticos

N

S

B

En el conductor (lquido) que circula a una velocidad en el seno del campo B se induce una f.e.m proporcional a la velocidad, que se recoge en los electrodos

N

-

+

CA

UD

AL

MEDIDOR MAGNTICO DE CAUDAL

Es = K B l Ley de Faraday :

Es = tensin generada en el conductor;

K = constante;

B = densidad del campo magntico;

l = longitud del conductor;

= velocidad del movimiento.

CA

UD

AL

Mide flujo volumtrico.

No tiene partes en movimiento.

Mide flujo de lquidos con partculas de slidos en movimiento o lodos.

Alta confiabilidad por no tener partes en movimiento.

Aire en el lquido no daa el sensor.

Mantiene su precisin con el tiempo.

Medidor tipo Vortex

El medidor tipo Vortex es un ejemplo de un medidor de flujo oscilatorio. A baja velocidad, el el flujo permanece alineado, sin embargo al incrementar la velocidad, el fluido se separa de cada lado del cuerpo y se arremolina formando vrtices (torbellinos) corriente abajo del cuerpo. El nmero de vrtices generados es directamente proporcional a la velocidad del fluido. El Vortex crea una seal pulsante el cual puede ser medido.

CA

UD

AL

Caudalimetros Vortex

TORBELLINO Y VRTEX

dfSt

La frecuencia del torbellino es proporcional a la velocidad del fluido

St = nmero de Strouhal

f = frecuencia del torbellino

d = anchura del torbellino

= velocidad del fluido.

CA

UD

AL

CA

UD

AL

AplicacionesC

AU

DA

L

CA

UD

AL

Para fluidos limpios

A) Tiempo de trnsito

CA

UD

AL

v

emisor

receptor

v

receptor

emisor

a) haz nico b) desviacin del haz c) mtodo Doppler

TRANSDUCTORES ULTRASNICOS

D

tCV

2

.tg2

La velocidad del fluido est determinada por:

CA

UD

AL

TRANSDUCTORES ULTRASNICOS

V = velocidad del fluido

C = velocidad del sonido en el fluido

= ngulo de haz del sonido con relacin al eje longitudinal de latubera;

D = dimetro interior de la tubera;

t = diferencia entre los tiempos de trnsito del sonido aguas arriba yaguas abajo del fluido

CA

UD

AL

Tiempo de trnsito

CA

UD

AL

B) Para fluidos con slidos en suspensin

CA

UD

AL

CA

UD

AL

PrincipioC

AU

DA

L

CA

UD

AL

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Existen cinco tipos bsicos de medidores:

Disco oscilante

Pistn oscilante

Pistn alternativo

Rotativos

Diafragma

CA

UD

AL

MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE

CA

UD

AL

MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

CA

UD

AL

ACCESORIOS

Los medidores de desplazamiento puedeN tener varios tipos de transductores:

Transductor de impulsos microrruptor elctrico o neumtico

Transductor de impulsos por sensor magntico

Transductor de impulsos por disco ranurado

Generador tacomtrico

Transductor de impulsos fotoelctricoCA

UD

AL

CA

UD

AL

Medidor trmico Medidor Coriolis

MA

SA

Medidor msico de vapor: compensacin de Temperatura y Presin de Vapor

En gases Medidor Msico CompensacinMasa= f(volumen, densidad)Volumen=temperatura y presin

MA

SA

MA

SA

MEDIDOR DE CORIOLISCLCULO FLUJO MSICO

MA

SA

MA

SA

Flujo sin obstrucciones Lquido debe ser conductor

No es afectado por

viscosidad, presin,

temperatura, densidad

No adecuado para gases

Buena exactitud y amplio

rango (30:1)

Caro, particularmente en

pequeos tamaos

No restricciones en Re Puede ser sensible a perfil

asimtrico del flujo

Adecuado para lquidos

abrasivos, corrosivos, no

lubricantes

Se requiere calibracin

FLUJMETROS MAGNTICOS

MA

SA

Flujo sin obstrucciones Temperatura mxima 150C

Amplio rango Se requieren condiciones de flujo

particular (TOF: lquidos limpios,

Doppler:partculas o impurezas en

el vapor)

Fcil de instalar Exactitud no muy alta

Costo virtualmente independiente

del tamao de la tubera

Puede ser sensible a perfil

asimtrico del flujo

Medida de flujo es bidireccional Se requiere tubera de material

homogneo

FLUJMETROS ULTRASNICOS

MA

SA

No tiene partes mviles Sensibilidad del medidor a

conductividad de calor del

fluido, viscosidad y calor

especfico

Adecuado para gran tamao de

tubera (tipo insercin)

Requiere consumo de

energa

Buen rango (10:1) Mayormente se usa para gas

Exactitud: 1- 2 % FS Calor especfico del fludo

debe ser conocido y

constante

Bajas prdidas de presin

permanente

No debe haber prdida de

calor a travs de las paredes

de la tubera

FLUJMETROS MSICOS TRMICOS

MA

SA

Mide masa real de lquidos,

espumas y desechos

Altasprdidas de presin debido

a muy pequeo tamao del tubo

de vibracin

No intrusivo Muy caro en todos los tamaos

Alta exactitud: 5 % Constante de rigidez es

influenciada por la temperatura.

Requiere compensacin

Rango 30:1 Inadecuado para gases, en

especial a alta presin

Bidireccional Se requiere calibracin

FLUJMETROS MSICO: CORIOLIS

MA

SA

Bajo costo Relacin raz cuadrada de

presin/flujo

Fcil instalacin y/o

reemplazo

Altas prdidas de presin

permanente

No tiene partes mviles Baja exactitud

Adecuado para muchos gases

y lquidos

Rango de flujo limitado 4:1

Disponible en un amplio

rango de tamaos y modelos

Exactitud afectada por uso

y/o dao del elemento

primario de flujo con fluidos

corrosivos

FLUJMETROS DE PRESIN DIFERENCIAL

MA

SA

Buena exactitud Inadecuado para lquidos

sucios y abrasivos

Usualmente un amplio rango de

caudal

Requiere un tramo recto (up-

stream) de 10 veces o mayor

el dimetro de la tubera

Usado con lquidos, gases,

desechos industriales

Rango de tamao limitado

Mnimo mantenimiento (no hay

partes mviles)

Limitado para baja

velocidad (Re >10^4

Buena linealidad sobre un

amplio rango

Cadas de presin

apreciables

FLUJMETROS VORTEX

MA

SA

Tramo de tubera recta

Tipo de medidor Up-stream Down-stream

Magntico 5 veces el dimetro de tubera

2veces el dimetro de tubera

Msico 1 1

Vortex 10 25

Turbina 15 10

Placa orificio (rot: 0,5) 25 4

Placa orificio (rot: 0,7) 40 5

REQUERIMIENTOS DE TUBERA RECTA

MA

SA

Acondicionamiento de seal

Elemento o elementos de un sistema de medida o control que procesan la seal procedente de un transductor bien para adecuarla a un nuevo formato, bien para mejorar su calidad.

MA

SA

MA

SA

Formas de presentacinM

AS

A

Instrumentacin Inteligente

Lleva incorporado un microprocesador

Esto le dota de capacidad de clculo y almacenamiento de la informacin:

Datos del Instrumento

Datos dinmicos

Dispone de un sistema de comunicaciones digitales que pueden ser bidireccionales

Proporcionan nuevas funcionalidadesM

AS

A

Instrumentacin Inteligente

Totalmente digital: Buses de campo

Comunicaciones entre todos los elementos conectados al bus: instrumentos y sistemas de control

Hbrido: Combina transmisin de seal analgica y digital: Protocolo HART

Comunicaciones entre transmisores y sistemas de control

MA

SA

1.2_Principios_de_Medicion

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