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Sensores

Carlos ChavarríaGustavo González

SENSORES RTD

Abreviatura de “Resistance Temperature Detector”, aprovechan el

alto coeficiente de conductividad térmica de

los metales para su funcionamiento.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• Se establece la variación de la impedancia de un conductor respecto a su temperatura.

• Esto no indica que la cantidad de electrones conductores aumenta o disminuye, sino una mayor vibración de los iones del conductor impidiendo el flujo de los electrones.

• Relación matemática.

MATERIALES MÁS USADOS

CURVAS DE CALIBRACIÓN

TIPOS DE RTD

Los sensores RTDs se pueden clasificar con base a los siguientes criterios.•Forma.•Tamaño•Medio•Tipo de metal utilizado•R0•Precisión

SEGÚN SU FORMA

Bobinado: Diseñados con una cubierta cerámica con embobinado en el núcleo. La bobina del núcleo puede ser circular o plana, pero siempre acompañada de un aislante eléctrico.

Laminado: Se deposita una capa delgada de platino en un sustrato de cerámica. La capa de platino se cubre con una resina o con vidrio

SEGÚN SU FORMA

SEGÚN SU FORMA

Enroscado: Construidos a partir de una bobina helicoidal con un alambre de platino. Los conductores se insertan a través de un tubo de óxido de aluminio con 4 agujeros equiespaciados.

Anillo hueco: Utiliza un metal de composición abierta aumentando el fluido del contacto con masa térmica pequeña, lo que ayuda a proporcionar un tiempo de respuesta más rápido

SEGÚN SU FORMA

SEGÚN EL MEDIO

Se evidencian dos grandes grupos:•De inmersión en fluidos: Suelen ser bobinados, protegidos con una envolvente metálica que generalmente es acero inoxidable.

•De contacto superficial: Suelen ser de película delgada ensamblados sobre sustratos planos o flexibles para adaptarse a la forma de las superficies.

SEGÚN EL MEDIO

SEGÚN EL VALOR DE R0

SEGÚN LA PRECISIÓN.

• Para clasificar los RTDs en función de sus tolerancias existen ciertas normas, como la UNE-EN60751 que precisa dos clases de tolerancia para las RTDs de platino, los clase A y B. En la clase A, el error en la temperatura en °C se encuentra acotado en 0,15 ± 0,002T y en las de clase B en 0,3 ± 0,002T, donde T esta en Kelvin.

SEGÚN TIPO DE METAL

La linealidad es el factor importante en esta categoría.

En estos según sus características y propiedades se destacan los siguientes.

•Platino•Níquel•Cobre

VENTAJAS

• Salida de gran amplitud.• Rango amplio de medidas de temperatura. • Sensibilidad a cambios de temperatura alta.• Excelente linealidad.• Alta exactitud, estabilidad, repetibilidad y

resistencia de choques térmicos. • Sensibilidad 10 veces mayor a la de un

termopar

DESVENTAJAS

• Velocidad de reacción baja, comparada con un termopar o termistor.

• Afectados por el auto-calentamiento.• Inestables ante vibraciones o choques

mecánicos.

APLICACIONES

MEDIDORES DE FLUJO ULTRASÓNICOS

Los medidores de flujo ultrasónicos miden la velocidad del flujo por la diferencia de velocidad del sonido al propagarse ésta en el sentido del flujo y en sentido contrario

COMPONENTES PRINCIPALES

• Una unidad sensora compuesta

• Una unidad electrónica

• El herraje

CLASIFICACIÓN.

Principalmente se distinguen dos tipos de medidores de flujo ultrasónicos.

•De tiempo de tránsito

•De efecto doppler

MEDIDOR DE TIEMPO DE TRÁNSITO

Se introduce una onda sónica en la trayectoria del fluido de tal forma que dicha onda viaje alternativamente en el sentido del flujo en una dirección y se refleje en el sentido contrario a la dirección del flujo.

TIPOS DE MEDIDORES POR TIEMPO DE TRÁNSITO

Según la dirección y sentido de la onda ultrasónica, los medidores de flujo ultrasónicos por tránsito se clasifican en:

• Transmisión axial.

• Medidor de doble rayo.

• Medidor de multirayo.

• Medidor de rayo reflejado.

MEDIDOR DE DOBLE RAYO

MEDIDOR DE MULTIRAYO

MEDIDOR DE RAYO REFLEJADO

DE ACUERDO A LA INSTALACIÓN

Según la instalación del transductor a la tubería existen dos tipos de transductores.

•Transductores grapados.

•Transductores embebidos.

T. Embebido y grapado.

CONSIDERACIONES DE USO.

• La sección de tubería debe estar siempre llena de líquido.

• Se debe obtener del fabricante la distancia mínima para codos, tees, válvulas, bombas y todo accesorio instalado cerca del medidor.

• Típicamente se requieren de 10 a 20 diámetros aguas arriba y 5 diámetros aguas abajo.

• El líquido debe estar relativamente libre de sólidos y burbujas de aire.

• Dependiendo del fluido del proceso y temperatura, se debe seleccionar el material apropiado para el transductor.

MEDIDOR DE EFECTO DOPPLER

Principio de funcionamiento:

Cuando un haz ultrasónico se proyecta en un líquido homogéneo, parte de su energía acústica regresa de nuevo al transductor.

Dado que el fluido esta en movimiento relativo al transductor fijo, la transmisión de la onda sónica que se mueve por el fluido es recibida por el transductor a una frecuencia diferente de la que fue enviada.

TIPOS DE TRANSDUCTORES DE EFECTO DOPPLER.

TIPOS DE TRANSDUCTORES DE EFECTO DOPPLER.

DIFERENCIAS BÁSICAS ENTRE MEDIDORES

• En un medidor de flujo por efecto Doppler tipo grapado, el transductor transmite una onda ultrasónica continua a través de la pared de la tubería y dentro del fluido, en contraste con el medidor por tiempo de transito en el cual se transmiten pulsos discretos aguas arriba y aguas abajo en una secuencia de tiempo.

• El ángulo de transmisión, para el caso de los medidores por efecto Doppler es menos crítico que el ángulo de transmisión para el caso de los medidores por tiempo de transito.

DIFERENCIAS BÁSICAS ENTRE MEDIDORES

• Para que el medidor opere bien requiere suficientes partículas o burbujas para reflejar las señales hacia el sensor. La mínima cantidad de partículas debe ser de 0.005% a 0.1% del volumen dependiendo del fluido y del tipo de partículas presentes.

VENTAJAS

• Son fáciles de transportar.• Su instalación es rápida y sencilla.• Se instalan en cualquier tipo de tubería.• Son equipos de alta precisión, independientemente del perfil de

velocidad, magnitud del flujo y temperatura del fluido.• Son bidireccionales, capaces de medir el flujo en ambas

direcciones.• Son no-intrusivos, por lo que los transductores no deben estar en

contacto con el flujo.• La calibración de campo generalmente no es necesaria.• Si costo es casi independiente del tamaño del conducto donde se

instale.• El equipo no utiliza pares móviles y es muy fácil de utilizar.

Sensores de nivel de radar

Principio de medición

El nivel del líquido (o sólido) se mide mediante señales de radar transmitidas desde la antena en la parte superior del tanque. Una vez que la señal de radar se refleja en la superficie líquida, el eco es captado por la antena.

Dado que la señal varía en frecuencia, el eco tiene una frecuencia ligeramente diferente a la de la señal transmitida en ese momento.

Este método se denomina de Onda Continua de Frecuencia Modulada (FMCW), y se utiliza en todos los medidores por radar de alto rendimiento.

1. Tipos de cabeza trasmisora

a) Lite: Para aplicaciones en zonas sin riesgo exclusivamente. Apropiada para tanques sin estructuras internas ni agitadores.

b) Standard: Para aplicaciones peligrosas en la mayoría de los tanques (también en tanques esféricos u ojivales y tanques con estructuras internas).

c) Gold: Es la versión más avanzada para aplicaciones difíciles en tanques con agitadores, bobinas térmicas y otras perturbaciones.

d) Platinum: Aplicaciones de medición de alta precisión en tanques. La precisión del instrumento puede ser hasta de ± 3 mm con antenas parabólicas.

2. Tipos de antena

a) Cónica

Adecuada para aplicaciones de líquidos. Se puede utilizar tanto para instalaciones de propagación libre como en tubos tranquilizadores.

b) Parabólica: Adecuada tanto para aplicaciones de líquidos como de sólidos. Al tener el diámetro más amplio, forma el haz de radar más estrecho, y se puede utilizar para medir distancias muy largas.

Es el tipo de antena más inmune a la contaminación.

Se puede emplear en aplicaciones con gran condensación en la antena, como asfalto y azufre líquido.

c) Con sello de proceso

El reflector de cerámica aísla a la antena cónica de la atmósfera del tanque. Combina las ventajas del uso de una antena cónica con la exposición únicamente de material adecuado para aplicaciones sanitarias o corrosivas.

d) De varilla

Adecuada para tanques y boquillas pequeños. La parte superior (inactiva) de la antena está fabricada en acero inoxidable, y la parte inferior (activa) es de PTFE (Politetrafluoroetileno).

Montaje mecánico

Ventajas

• Instalación de sensores fuera del agua.

• A diferencia del sensor ultrasónico no requiere

compensación por temperatura y humedad

relativa.

• Amplio rango de medición.

• Se requiere una obra civil simple para la

instalación.

Desventajas

• El calculo de altura del agua es a partir de la distancia

desde el equipo hacia el agua, por lo que se debe

controlar la sección y sedimentos.

• Debe escogerse por tanto muy bien la sección de

instalación.

• En sitios donde el cause del río cambia mucho puede

ocurrir que el sensor quede fuera del rango de medición.

Especificaciones

Sensores cromatográficos

Principio de medición

Un gas semiconductor de alta sensibilidad es usado como un detector de ppb (partes por billón) de otros gases.

Configuración básica