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
5:34 p.m. Instrumentacin industrial 14
TE
MP
ER
AT
UR
A
Ejercicio
5:34 p.m. Instrumentacin industrial 15
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
5:34 p.m. Instrumentacin industrial 21
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
NIVEL
Presin hidrosttica
Propiedades elctricasdel lquido
NIV
EL
FlotadorN
IVE
L
NIV
EL
NIV
EL
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
SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema ultrasnico)
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.
SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema ultrasnico)
NIV
EL
Espuma puede o no causar problemas dependiendo del tipo de espuma presente
SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema ultrasnico)
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
SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema radar y microondas)
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
SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema radar y microondas)
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
SENSORES DE NIVEL DE LQUIDO(sistema radar y microondas)
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
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
CA
UD
AL
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
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
CA
UD
AL
CA
UD
AL
CA
UD
AL
Principio de funcionamientoC
AU
DA
L
CA
UD
AL
CA
UD
AL
CA
UD
AL
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
CA
UD
AL
CA
UD
AL
AplicacionesC
AU
DA
L
CA
UD
AL
CA
UD
AL
CA
UD
AL
CA
UD
AL
CA
UD
AL
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
MASA
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
MA
SA
MA
SA
MA
SA
MEDIDOR DE CORIOLISCLCULO FLUJO MSICO
MA
SA
MEDIDOR DE CORIOLISCLCULO FLUJO MSICO
MA
SA
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