INSTRUMENTACION 2
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SENSORES DE FLUJO
Placa-Orificio
Descripción
Este dispositivo consiste básicamente en una placa de
metal delgado, la cual tiene un orificio. Dependiendo de
las características del flujo a medir, el orificio toma
diferentes formas, tamaños y ubicación en la placa; así
por ejemplo, en la medición de flujos con porcentaje de
gases disueltos es recomendable el uso de la placa del
tipo excéntrico. Los Tipos de orificios son: placa-orifico
concéntrica, excéntrica y de segmento.
Aspectos Técnicos
Principio de Operación
El flujo que pasa a través de una tubería con una restricción, origina una presión
diferencial entre la entrada y salida de la placa.
Aplicaciones
Líquidos, gases, vapor, sólidos y combinaciones de ellos.
Rangos
Intervalo de medida entre el valor máximo y mínimo del caudal es de 3 a 1 y con
una precisión de 1%.
Ventajas
Diferentes tipos de orificios que sirven para líquidos, vapores, gases.
Simple
Costo relativo Bajo
Fácil remoción, adaptables a cualquier tamaño de tubería.
Desventajas
Caída de presión alta
No son adecuados para fluidos muy viscosos o bien sucios
Relación no lineal sino mas bien cuadrática
No son adecuados para flujos pequeños ni pulsantes
Tipos de Placa-Orificio
Las tomas conectadas en la parte
anterior y posterior de la placa captan la
presión diferencial la cual es
proporcional al cuadrado del caudal.
Esta presión diferencial puede medirse o
transmitirse con los instrumentos
llamados convertidores diferenciales.
Uno de estos convertidores es el
transmisor de diafragma, el mismo que
se utiliza en los medidores de nivel por
presión diferencial. Los instrumentos
transmisores o registradores de caudal miden realmente una presión diferencial y como el
caudal varía según la raíz cuadrada de la presión diferencial se debe utilizar un extractor
de raíz cuadrada.
Rotámetro
Descripción
Este instrumento es de área variable que consiste
básicamente en un flotador, de movimiento libre. El área
libre entre el flotador y la pared interior del tubo forman
un orificio anular. Conforme aumente el flujo se producirá
un movimiento ascendente del flotador; el flotador subirá
hasta el punto en que la fuerza ejercida por la presión se
iguala a su peso. Puesto que el peso de flotador es
constante, la diferencia de presión se mantendrá
constante para todo flujo.
Aspectos Técnicos
Principio de Operación
Se basa en que un flotador cambia su posición dentro de un tubo,
proporcionalmente al flujo del fluido.
Aplicaciones
Líquidos, gases y vapor
Rangos
Intervalo de medida entre el valor máximo y mínimo del caudal es de 10 a 1 y con
una precisión de 1 a 2%.
Ventajas
Comportamiento lineal
Baja caída de presión
Adecuada para flujos pequeños
Ideal para fluidos viscosos y sucios
Costo relativo Bajo
Desventajas
No sirve para flujos pulsantes
Debe instalarse verticalmente
Turbina
Descripción
Este tipo de sensor utiliza una turbina la cual es
accionada por el flujo a medir. La rapidez del giro del
rotor puede ser traducida de diversos modos. Una
forma de lograrlo es utilizar un sistema de
acoplamiento por varillas del tipo magneto mecánico.
Otro sistema ampliamente utilizado consiste en un
imán permanente más una bobina abierta. El
conjunto se monta en forma externa, pero en las
cercanías del rotor, de modo que el paso de cada
aleta del rotor provoca un cambio en el flujo
magnético de imán produciendo en la bobina una
señal pulsante. De este modo el numero de pulsos
por unidad de tiempo es representativo del flujo del fluido que se desea medir.
Aspectos Técnicos
Principio de Operación
Consiste en un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente
proporcional al caudal.
Aplicaciones
Líquidos y gases
Rango
Intervalo de medida entre el valor máximo y mínimo del caudal es de 15 a 1 y
con una precisión de ±0,3%
Ventajas
Exactitud de medida Alta
Soporta amplios rangos de presión y temperatura
La sencillez con que se puede implementar un sistema totalizador de consumo o el
volumen total de fluido que ha pasado en un cierto intervalo de tiempo.
Desventajas
Requiere de un montaje especial sobre la línea (es intrusivo)
Costo relativo Alto
Limitaciones con líquidos viscosos
Líquidos limpios o filtrados
No debe vaciarse cuando cesa el caudal
Ultrasónico
Descripción
Este instrumento mide el caudal por
diferencia de velocidades de sonido. El
sonido atraviesa el fluido en forma más
rápida cuando va en dirección del flujo del fluido pero
cuando el sonido atraviesa en el sentido contrario es
más lenta. Los sensores están situados en una tubería
de la que se conoce el área y el perfil de la velocidad.
Se utilizan transductores piezoeléctricos tanto para la
emisión como para la recepción de las ondas
ultrasónicas.
Aspectos técnicos
Principio de Operación
Miden el caudal por diferencia de velocidades de
sonido al propagarse éste en el sentido del flujo
del fluido y en el sentido contrario.
Aplicaciones
Adecuados para la mayoría de los líquidos, en
particular con sólidos en suspensión.
Rangos
Intervalo de medida entre el valor máximo y
mínimo de 20 a 1 con una precisión de ± 2%.
Ventajas
No obstructivos ni invasivos.
Baja caída de presión
Bidireccionalidad.
No es necesario (en general) interrumpir suministro para montarlos en tuberías.
Desventajas
No son deseables partículas y burbujas muy grandes (son reflectores)
Sensibles a los cambios de densidad
Costo relativo Alto
Integración
Magnético
Descripción
Los sensores magnéticos de flujo fueron desarrollados para medir flujos volumétricos de
fluido que presentan buenas características de conducción eléctrica. Este dispositivo se
instala en forma externa a la cañería, razón por la cual resultan ser especialmente útiles
para medir fluidos difíciles de sensar.
Aspectos Técnicos
Principio de Operaciónò
Se basa en los dispositivos que utilizan un campo magnético perpendicular a la
dirección del flujo y la tensión inducida en un conductor, según la ley de Faraday.
Aplicaciones
A fluidos eléctricamente conductivos tales como: líquidos corrosivos, ácidos,
pulpas, detergentes, aguas residuales, pulpas rocosas, etc.
Rangos
Intervalo de medida entre el valor máximo y mínimo del caudal es de 100 a 1 y
con una precisión de ±0,5 a ±1%.
Ventajas
Pérdida de carga nula
Sensor de fluidos difíciles
Desventajas
Costo relativo Alto
Aplicación sólo a líquidos conductores (sobre un valor en mS/cm2) o
adecuadamente tratados para darles artificialmente la conductividad necesaria
Aparece ruido, especialmente en fluidos con partículas
Electrodo
Campo magnético
Sensores de Presión
Tubo de Bourdon
Descripción
En 1852 E. Bourdon patenta un sensor de presión a base de un
tubo curvado, sellado en uno de sus extremos, y de sección
ligeramente ovalado. El extremo del tubo es sellado y este se
estira bajo efecto de la presión lo cual es transmitido a la aguja
indicadora. El desplazamiento producido es función de la
longitud del tubo, del espesor de las paredes, de la forma
geométrica del sección, del modulo de elasticidad del material y
naturalmente de la presión. En las practica existen tres tipo
distintos de tubos de Bourdon: tipo C, el Helicoidal y el Espiral.
Aspectos Técnicos
Principio de Operación
Su principio de funcionamiento se basa en la ley física de que los cuerpos flexibles
deflectan por la acción de la presión.
Aplicaciones
Líquidos y vapores.
Rangos
0.5 a 6.000 bar con una precisión de ±0,5 a ±1% para el tipo C, 0.5 a 2.500 bar
para el espiral con precisión ±0,5 a ±1% y 0.5 a 5.000 bar para el tipo helicoidal
con la misma precisión.
Ventajas
Amplia disponibilidad de tubos Bourdon
Los tipos helicoidal y espiral tiene un mayor rango de desplazamiento, ideales para
registradores.
Tamaño pequeño
Gran duración
Desventajas
Mayor costo de construcción
Depende del material de construcción para cada zona de proceso
Celdas de Carga
Descripción
Las celdas de deformación (Strain-Gauge) están
construidos a base de elementos metálicos o de
materiales semiconductores. Los primeros tienen un comportamiento bastante lineal, pero
en cambio los que están hechos a base de semiconductores son bastante más sensibles,
sin embargo pecan de ser altamente no lineales. Comercialmente se les encuentra con
valores que varían entre los 60,120,240,350,500 y 1000 ohms, siendo las deformaciones típicas del orden de los 2(mm/m). Emplea como sensor primario un fuelle, el cual provoca
los movimientos en la lamina flexible de acuerdo a la presión ingresante.
Aspectos Técnicos
Principio de Operación
Se basa en que la propiedad del material varia su resistencia eléctrica por efecto
de la presión ejercida sobre ella.
Aplicaciones
También se emplean para medir el esfuerzo y sobre todo peso, como por ejemplo
en las correas transportadoras.
Rangos
Galgas extensiométricas, de 0-0.6 a 0- 10.000 bar con una precisión de ± 0.5 %.
Silicio difundido 0-2 a 0-600 bar, con una precisión de ± 0,2%.
Ventajas
Medición estática o dinámica
Resolución continua con pequeño desplazamiento
Simple equilibrio resistivo
No son afectados por campos electromagnéticos
Fácil compensación de temperatura
Desventajas
Mala estabilidad4Baja salida
Requiere de accesorios de acondicionamiento (puentes y fuentes).
Transductores Capacitivos
Descripción
Consiste de dos placas conductivas y un dieléctrico. A
medida que aumente la presión, las placas tienden a
apartarse, cambiando su capacitancia. El fluido medido
sirve de dieléctrico. La placa móvil tiene forma de
diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.
De este modo se tienen dos condensadores uno de
capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad
variable
Aspectos Técnicos
Principio de Operación
Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al
desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión
Rangos
El intervalo de medida es relativamente amplia, entre 0,05-5 a 0,5-600 kg/cm2 y
su precisión es del orden de ± 0,2 a ± 0,5%
Ventajas
Excelente respuesta de frecuencia
Fácil construcción
Bajo costo
Mide presiones estáticas y dinámicas
Resolución continua
Desventajas
Necesitan equilibrio reactivo
Sensible a cambios de temperatura
Alta impedancia de salida
lnadaptabilidad a aplicaciones estáticas
Cambio de Cero después de un choque extremo
Transductor Piezo-Eléctrico
Descripción
Este instrumento esta hecho a base de dos
materiales típicos tales como el cuarzo y el titanio
de bario, capaces de soportar temperaturas del
orden de 150oC en servicio continuo y de 230oC
en servicio intermitente. Son elementos ligeros, de
pequeño tamaño y de construcción robusta. Su
señal de respuesta a una variación de presión es
lineal y son adecuados para medidas dinámicas, y
además son capaces de responder a frecuencias de
hasta un millón de ciclos por segundo.
Aspectos Técnicos
Principio de Operación
Se basan en la generación de una fem cuando se deforman ciertos cristales por
causa de la presión aplicada en sus extremos, generando una señal eléctrica.
Rangos
El intervalo de medida esta entre 0,1 a 600 kg/cm2, con una precisión de ± 1%.
Ventajas
Alta respuesta de frecuencia
Autogeneración
Tamaño pequeño
Robusto
Lineales
Baja sensibilidad a vibraciones
Desventajas
Sensible a cambios de temperatura
Alta impedancia de salida
Señal de salida débil
Mala estabilidad
Cambio de Cero después de un choque extremo