Conceptos Básicos de Metrología en Presión - Inicio · MANÓMETRO Tubo de Bourdon . MANÓMETRO...

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  • Conceptos Bsicos de Metrologa en Presin

    Diciembre, 2014

    Ing. Luis Urbino Badilla Rojas

  • OBJETIVO GENERAL

    Introducir los conceptos metrolgicos relacionados con la magnitud

    de presin.

  • OBJETIVOS ESPECFICOS

    Proporcionar la terminologa, conceptos y definiciones metrolgicas y fsicas, respectivamente, de la magnitud de presin.

    Conocer algunos procedimientos de calibracin de los instrumentos para medir presin.

    Aprender el esquema para obtener las incertidumbres de una calibracin de presin.

  • TERMINOLOGA, CONCEPTOS Y DEFINICIONES

    PRESIN: fsicamente se define como la razn fuerza entre rea:

    P = F/A

    Las unidades de presin, en el Sistema Internacional, son:

    1 Newton/metro2 = 1 Pascal (1 N/m2 = 1 Pa)

  • PRESIN DIFERENCIAL: Es la diferencia de presiones entre dos valores de presin en trminos absolutos.

    PRESIN ABSOLUTA: Es la presin medida con referencia a la presin cero en trminos absolutos (vaco total).

    PRESIN RELATIVA: Es un tipo particular de presin diferencial, tomando a la presin atmosfrica como referencia.

  • GRFICO DE PRESIONES

  • UNIDADES DE PRESIN EN EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.I.)

    Smbolo Unidad Definicin

    bar bar 1 bar = 100 kPa

    kPa kilopascal 1 kPa = 1000 Pa

    mbar milibar 1 mbar = 100 Pa

    MPa megapascal 1 MPa = 106 Pa

    Pa pascal 1 Pa = 1 N/m2

  • METROLOGA

    Campo del conocimiento que estudia todos los problemas relativos a las mediciones. Se puede considerar como una ciencia independiente y completa por s misma, con sus aspectos tericos y prcticos, que tiene por finalidad establecer un conocimiento objetivo de nuestro mundo fsico.

  • Los principales campos que abarca son:

    Las unidades de medida y sus patrones (su establecimiento, reproduccin, conservacin y diseminacin).

    Las mediciones (sus mtodos, su ejecucin, la estimacin de su exactitud, etc.).

    Los instrumentos de medicin (sus propiedades examinadas desde el punto de vista de su utilizacin final).

    Los observadores (sus cualidades referidas a la ejecucin de mediciones).

  • CALIBRACIN

    Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especficas, la relacin entre los valores de las magnitudes determinadas por un instrumento de medicin, medida materializada o material de referencia y los correspondientes valores de la magnitud realizados por los patrones.

  • VERIFICACIN

    Revisin o prueba con respecto a una norma o documento legal (reglamento tcnico de cumplimiento obligatorio) para determinar si un instrumento o medio de medicin cumple con las especificaciones establecidas o recomendadas.

  • AJUSTE

    Operacin de llevar un instrumento de medicin o medida materializada hacia un estado de funcionamiento apropiado para su uso.

  • TRAZABILIDAD

    Propiedad del resultado de una medicin o del valor de un patrn tal que ste puede ser relacionado con referencias establecidas usualmente a patrones nacionales o internacionales, por medio de una serie ininterrumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbres determinadas.

  • PATRN PRIMARIO

    Patrn de una cantidad particular que tiene las cualidades metrolgicas ms altas en un campo dado. Nunca es calibrado por otro patrn de la misma magnitud.

    PATRN SECUNDARIO

    Patrn cuyo valor ha sido fijado por comparacin directa o indirecta con un patrn primario.

  • PATRN INTERNACIONAL

    Patrn primario reconocido por acuerdo internacional.

    PATRN NACIONAL

    Patrn reconocido por una decisin nacional para servir como base para asignar valores de esa magnitud especfica de ese pas.

    PATRN DE REFERENCIA

    Patrn generalmente de la mayor calidad metrolgica disponible en un lugar u organizacin dada y del cual se derivan las mediciones que se ejecutan.

  • PATRN DE TRABAJO

    Patrn que es utilizado rutinariamente para calibrar o comprobar medidas materializadas o materiales de referencia.

  • A modo de ejemplo presentamos algunos instrumentos que sirven como patrones en presin:

    Patrones de referencia: se utilizan medidores de presin de la ms alta exactitud, tales como:

    manmetros a pistn

    manmetros lquidos (tubos en U)

    vacumetros en base a friccin de gas

  • Patrones de trabajo: se utilizan en un nivel de menor exactitud:

    manmetros pistn de menor exactitud

    manmetros con base en sensores de cuarzo

    transductores con base en piezo resistividad

    manmetros con base en bandas extensiomtricas (strain gauge)

    manmetros con base en resortes (tubo Bourdon, fuelle, espira, diafragma, etc.)

  • BUENAS PRCTICAS DE LABORATORIO

    Etiquetado del manmetro en su recepcin de acuerdo al medio de transmisin de presin en su aplicacin.

    Limpieza interna y externa del manmetro antes de conectarlo al equipo de calibracin.

    Escogencia del medio transmisor de presin a ser utilizado en la calibracin.

  • BUENAS PRCTICAS DE LABORATORIO NOTA: NUNCA contaminar con aceite u otros componentes orgnicos

    a los manmetros utilizados para medir presin de oxgeno o hidrgeno

    Contaminantes 50 ppm

    Emplear anteojos de seguridad al manipular equipo con presin neumtica

  • Manmetro de lquido, U-Tube

  • Micro-manmetro

  • Manmetros interferomtrico NPL, UK

  • Manmetro interferomtrico de mercurio, NPL, UK Gauge

  • Medidor de presin de pistn, Amagat circa 1893

  • Medidor de presin de pistn - Ruchholz 1882

  • Medidores de presin por deformacin

  • MANMETRO Tubo de Bourdon

  • MANMETRO de Diafragma

  • Sistemas de Tuberas

  • Tubo de cobre (Cu) Dctil, fcil de cortar

    Soplar slo con aire comprimido limpio

    Flexible; dobleces con herramientas apropiadas (para no estrangular

    el tubo al doblarlo)

    Fcil de conectar (variedad de conectores)

  • Tubo de cobre (Cu) Alcance: no existe dato, pero se puede hacer coincidir el alcance

    mximo 10 MPa Presin mxima de operacin 10 MPa (diseo de sistemas)

  • Tubo de acero inoxidable: Permite conexiones mejor selladas (ultra alto vaco)

    Soporta las mayores presiones 10 GPa (pero no las conexiones

    flexibles que existen)

    Limpio, mayor versatilidad en conexiones (ya prediseadas)

  • Tubo de PVC y otros plsticos:

    Buenos para presin positiva

    Evitar en aplicaciones de vaco (mayor desprendimiento de gas)

    Uso en ambos sistemas (pero las mangueras- alta presin- hidrulicas que se usan con aceite, son especiales y deben ser especficas para ese uso ya que el aceite disuelve el hule)

  • Aspectos a considerar para seleccionar un

    patrn

  • Alcance

    Incertidumbre

    Presin absoluta

    Presin relativa

    Presin positiva

    Vaco

    Preferiblemente 1/10 de la menor

    incertidumbre esperada para un equipo a

    calibrar. Puede ser 1/3 cuando un equipo

    es muy parecido al patrn

  • Condiciones de uso

    Equipo utilizado en la industria o

    slo en laboratorio. Condiciones

    locales: valor de la gravedad

    sobre el nivel de mar, densidad

    del aire, intervalo de temperatura,

    suministro local de electricidad,

    etc.

  • Balanzas de presin expresan exactitud respecto al rango de lectura

    Manmetros y transductores expresan exactitud respecto del alcance mximo

    Ejemplo:

    U = 200 Pa 0,1 % R (reading)

    U = 0,05% de 500 Pa (full scale)

  • Factores de influencia en la magnitud de

    presin

  • Factores del modelo de medicin

    gl: gravedad local

    Pn: presin nominal

    h: altura

    : densidad del fluido

    c: coeficiente (combinado del pistn y cilindro)

    tpistn-cilindro: temperatura

  • Otros:

    tamb: temperatura ambiente

    HR: humedad relativa

    Patm: presin atmosfrica

    m (slo para flotacin cruzada)

    Paralaje

  • Valores tpicos de incertidumbre de

    patrones de referencia

  • Rango de presin Valores tpicos de la

    incertidumbre expandida U

    en relacin con el valor medido

    10 9 mbar...10 6 mbar 10%...6%

    10 6 mbar...10 2 mbar 4%...1%

    10 2 mbar...10 mbar 0,5%...0,3%

    10 mbar...50 mbar 0,03%

    50 mbar... 1 bar 0,01%

    1 bar... 700 bar 0,008%

    700 bar... 2 000 bar 0,012%

    2000 bar...10 000 bar 0,07%

  • Procedimientos de calibracin

  • Medio Neumtico

    (modo relativo)

    Medio Hidrulico

    (modo relativo)

    1. Manmetro vs. Balanza de Presin

    2. Manmetro vs. Manmetro

    1. Manmetro vs. Balanza de Presin

    2. Manmetro vs. Manmetro

  • Procedimiento de operacin para la calibracin de Manmetros vs. Balanza de Presin, Medio Neumtico o Hidralico, Modo Relativo

    Bajar la presin hasta cero (presin relativa) Se realizan cuatro corridas: dos en ascenso y dos en descenso, de forma intercalada.

    Usualmente se calibran cinco puntos: uno al 10%, tres a 25%, 50% y 75%; uno en el mbito de 90% a 100%.

  • Ecuacin de balanza de presin en medio neumtico

    Ecuacin de balanza de presin en medio hidralico

    +

  • Ecuacin de balanza de presin calibrada en presin

    (cualquier medio)

    =

    1 0

    = 1 + 2 4

    2 2 3,086106

    Ecuacin de la gravedad local

    Donde

    = 9,806 65

    2

    = 0,005 302 4

    4 = 0,000 005 8

    = , ()

    = ()

  • Ecuacin general de una calibracin

    =

  • Clculo de incertidumbre

  • Lo que pide la gua para la expresin de la incertidumbre de medida (GUM): Factores de influencia. Confianza del 68% (k = 1) Combinarlos (factores de sensibilidad) Incertidumbre combinada TIPO A, criterio estadstico

    TIPO B, criterio no estadstico Incertidumbre expandida (k = 2; 95%)

  • Requisitos de la ISO/IEC 17025:2005 para certificados de

    calibracin

  • Ttulo: Informe de Ensayo o Certificado de Calibracin

    Nombre, direccin del laboratorio, ubicacin, lugar donde se realiz la calibracin

    Identificacin nica del documento

    Nombre y direccin del cliente

    Mtodo utilizado

    Descripcin (sin ambigedad) del objeto sometido a ensayo

    Fecha de recepcin del equipo

    Referencia del procedimiento utilizado

    Resultados del ensayo o calibracin

    Nivel de confianza

    Datos del patrn