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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Dinámica y Control de Procesos Alumnos: Flores Moreno Arturo Francisco; Flores Villeda Marco Antonio; Hernández Vázquez José Roberto; Pizano Gutiérrez Daniel; Toral Muñoz Eduardo Fecha de Entrega: 20-Agosto-2015

Elementos de Control Primario. Medidores de Presión. Existen varios aparatos mecánicos que se utilizan para medir la presión de fluidos. Éstos se pueden clasificar en instrumentos elásticos, electromecánicos y electrónicos y sensores de medición directa. Dentro de los instrumentos elásticos se encuentran: a) Manómetro de Bourdon. Consiste en un tubo hueco cerrado por uno de sus extremos y doblado en forma de C. El extremo abierto del tubo está expuesto al fluido cuya presión se desea medir. A medida que aumenta la presión, el tubo tiende a enderezarse ligeramente produciendo el movimiento de rotación de una aguja unida al tubo. La posición de la aguja sobre un disco calibrado indica la presión manométrica del fluido Los manómetros de Bourdon se utilizan para medir presiones de fluidos desde vacíos cercanos al perfecto hasta cerca de 7000 atm. Pero la mayor exactitud la logran por debajo de las 200 atm. El mismo principio del manómetro Bourdon se aplica en los manómetros en espiral y helicoidales. La expresión que relaciona la deflexión angular con la presión es:

Donde: Δα: Deflexión angular del extremo libre K: Constante determinada experimentalmente α: Ángulo total suspendido por el tubo P: Diferencia entre la presión exterior e interior del tubo E: Módulo de elasticidad del material A y B: Largo y ancho de la sección del tubo T: Espesor del tubo R: Radio de curvatura del tubo

X, Y y Z: Constantes determinadas experimentalmente

b) Manómetros de tubo en forma de “U”. Consiste en un recipiente de cristal en forma de la letra “U”. Cuando se usa para medir la presión de dispositivo ambos extremos del tubo están abiertos, con una presión desconocida aplicada a uno de los extremos, y el otro abierto a la presión atmosférica. La presión de indicador desconocida del fluido se relaciona con la diferencia de los niveles de fluido en las dos mitades del tubo y la densidad del fluido mediante la expresión:

c) Diafragmas. El diafragma es un disco metálico (o no metálico) al cual se le han hecho corrugaciones circulares concéntricas. Ese se acopla a una caja por la cual se introduce la presión a medir, midiendo la diferencia de presión existente entre las dos caras del diafragma. La fuerza de presión origina una deflexión en el centro del disco la cual es proporcional a la presión aplicada. Los diafragmas metálicos emplean directamente la característica elástica del material, mientras que los no metálicos tienen por lo general un resorte calibrado cuya fuerza se opone al movimiento. La fuerza de presión origina

una deflexión en el centro del disco la cual es proporcional a la presión aplicada. Los diafragmas metálicos emplean directamente la característica elástica del material, mientras que los no metálicos tienen por lo regular un resorte calibrado cuya fuerza se opone al movimiento.

Estos elementos se usan por lo general para medir presiones diferenciales bajas o presiones de vacío. La ecuación que relaciona la deflexión en el centro del diafragma con la presión aplicada es:

Donde: d: Deflexión en el centro del diafragma (pulgadas) K: Constante elástica del diafragma que es función del módulo de Young y de las corrugaciones del diafragma. N: Número de capsulas P: Presión aplicada (psi) P0: Presión inicial (para d=0) (psi) Da: Diámetro activo del diafragma (pulgadas) t: Espesor de la pared del diafragma (pulgadas) Para diafragmas no metálicos se debe tomar en cuenta en el diseño la fuerza ejercida por el resorte. d) Fuelle. Consiste en un tubo de material flexible con uno de sus extremos empotrado y conectado al proceso al cual se le quiere medir la presión y el otro extremo cerrado y libre de moverse. Para producir flexibilidad en el tubo se hacen corrugaciones o convoluciones circulares sobre las paredes del tubo de tal forma que este trabaje como un resorte helicoidal. Diseño de Fuelles. Los fuelles se diseñan haciendo un equilibrio de fuerzas sobre la pared o cara móvil del mismo. Para un fuelle sin resorte:

Donde: Kf: Constante del fuelle que se comporta como un resorte

Para un fuelle con resorte:

Los fuelles metálicos están generalmente construidos de latón, bronce fosforoso, monel o acero inoxidable. Los no metálicos están hechos de neopreno, teflón y polietileno. e) Transductores Eléctricos de Presión. En muchos casos, para procesos industriales se requiere conocer el valor de la medición en una sala de control o en un lugar alejado del proceso. Otras veces se requiere de la medida para la aplicación de una acción de control. Para todo esto se requiere entonces poder comunicar el valor de la variable a otros instrumentos. Una de las formas sencillas para realizar esto es tener una salida eléctrica en el instrumento de medición, para esto se debe utilizar un transductor eléctrico de presión. Los tipos más comunes de transductores eléctricos son:  Transductor Resistivo. Está conformado por un potenciómetro (resistencia variable) en donde la guía móvil (elemento que permite variar la resistencia) está conectada a un sensor de presión (diafragma, fuelle o tubo Bourdon), el desplazamiento producido por el sensor de presión producirá un cambio en la resistencia del potenciómetro. La medida del valor de esta resistencia será entonces proporcional al valor de la presión del proceso y se puede calcular con la expresión:

Los elementos de resistencia pueden ser   

Grafito depositado Películas metálicas Resistencias bobinadas

Las ventajas que ofrece son que es económico, se puede usar con corriente alterna o continua y no es necesario acoplar o amplificar impedancias. En cuanto a las desventajas están que son de gran tamaño, posee una alta fricción mecánica, tiene una vida limitada, es sensible a vibraciones o choques, es insensible a pequeños movimientos.

 Transductor Extensométrico. Se utiliza un extensómetro para transformar la deformación que se produce sobre un diafragma en una señal eléctrica. El extensómetro es un instrumento que está diseñado para medir deformaciones en materiales sometidos a esfuerzos. Estos están compuestos por varios lazos de un alambre muy fino o por un material semiconductor, el cual al estirarse produce un cambio en la sección transversal del semiconductor. El cambio de sección transversal de este alambre hace que cambie su resistencia eléctrica, este cambio de resistencia será proporcional a la deformación al cual está sometido el extensómetro. Existen varios tipos de transductores extensométricos:  Galgas cementadas. Estas están formadas por un extensómetro que se pega a una hoja base de cerámica, papel o plástico el cual se adhiere mediante un pegamento especial al miembro al cual se le quiere medir la deformación. En este caso se trata de medir la deformación producida por un cambio de presión a un diafragma.  Galgas no cementadas. En este caso el extensómetro no se adhiere en toda su superficie, sino que los extremos de los hilos de este descansan entre una armazón móvil y una fija, sometida a una ligera tensión inicial. En este caso se trata generalmente de medir el alejamiento entre las dos paredes que suelen ser las dos caras de un diafragma.  Galgas de Silicio Difundido.

Utilizan el mismo principio de cambio en la resistencia eléctrica, pero en este caso de un material semiconductor. En este caso la galga está conformada por un monocristal de silicio en cuyo seno se difunde boro para formar varias resistencias, conectadas en forma de puentes de Wheatstone constituyendo una galga extensométrica autocontenida. Para medir la resistencia de las galgas estas se conectan a un puente Wheatstone. En el diagrama se observa un arreglo de 4 resistencias que cuando se encuentran en equilibrio, si se aplica una tensión al circuito (VIN) la tensión de salida (VOUT) será de cero. Si alguna de las resistencias cambia su valor, por ejemplo R 4, entonces el puente se desequilibra y empieza a pasar corriente a través de él con lo cual aparecerá una tensión de salida, que será proporcional a la tensión de entrada y el valor de las resistencias y puede ser calculado mediante la ecuación siguiente:

Este puente estará en equilibrio cuando R 1 R3 = R2Rg. A partir de la expresión para el voltaje de salida se puede entonces determinar el valor de la resistencia de la galga extensométrica y por ende la presión a la que está sometido el instrumento. Se debe tomar en cuenta en los extensómetros el efecto de la temperatura ambiente, ya que la resistencia de estos elementos varía también en función de la temperatura a la cual están sometidos. Se puede compensar el efecto de la temperatura al usar una resistencia de compensación en el puente de Wheatstone. Ya que si las características de esta resistencia son idénticas a la de la galga extensométrica entonces al producirse un cambio en la temperatura, cambiarán tanto las características de la galga como la de la resistencia de compensación y el puente seguirá en equilibrio. De esta el transductor será sensible sólo a la presión.  Transductor Magnético. Los transductores magnéticos utilizan unas bobinas con un núcleo magnético móvil conectado a un sensor de presión con lo cual al producirse el movimiento del núcleo magnético cambian las características magnéticas del circuito eléctrico. Existen 2 tipos principalmente:  Transductor magnético de inductancia variable. Se mide la inductancia de la bobina que varía en forma proporcional a la porción del núcleo magnético contenido en ella. La precisión de estos instrumentos es del 1%.

 Transductor magnético por transformador diferencial. El núcleo móvil que está conectado a un sensor de presión se desplaza dentro de un transformador diferencial. El voltaje obtenido en la salida será: ; Donde: N: Número de bobinas en presencia del núcleo : Tasa de cambio de flujo magnético

 Transductor Piezoeléctrico. Cuando ciertos cristales se deforman elásticamente a lo largo de planos específicos de esfuerzos se produce un potencial eléctrico en el cristal. Por lo tanto si se acopla un diafragma a un cristal de características geométricas adecuadas para que éste pueda deformarse con la deformación del diafragma, entonces al ocurrir esto se producirá una corriente eléctrica que será proporcional a la deformación del cristal.

Medidores de Flujo. Las medidas de flujo son muy importantes en todos los procesos industriales. La manera en la que la razón de flujo se cuantifica depende de si la cantidad fluido es un sólido, líquido o gas. En el caso de sólidos, es apropiado medir la razón de flujo de la masa, mientras que en el caso de líquidos y gases, se mide el flujo normalmente en cuanto a razón de volumen. En unos casos, tal como medir la cantidad de combustible usado en un cohete, es necesario medir la masa del líquido.  Razón de flujo de masa. La medida del flujo de masa de los sólidos en los procesos industriales normalmente atañe a sólidos en forma de pequeñas partículas originados

por procesos de aplastamiento o molición. Estos materiales son conducidos por un tipo de cinta transportadora que permite medir la masa del sólido en una longitud dada de la cinta, que, multiplicada por su velocidad, permite calcular el flujo de masa del sólido.

Medida del flujo de masa. La Figura anterior muestra un típico sistema de medición de flujo de masa. Una célula de carga mide la masa M del material distribuido sobre una longitud l de la cinta transportadora. Si la velocidad de la cinta es v, el flujo de masa Q viene dado por la siguiente expresión:

 Razón de flujo de volumen. La razón de flujo de volumen es la forma apropiada de cuantificar el flujo de los materiales gaseosos, líquidos o semi-líquidos (cuando partículas sólidas van suspendidas en un medio líquido). Los materiales en estas formas son conducidos mediante tuberías, y los instrumentos más comunes usados para medir dicho flujo de volumen son los siguientes: a) Medidor de diferencia de presión. Los medidores de diferencia de presión incluyen la inserción de algún dispositivo en una tubería de fluido la cual causa una obstrucción y crea una diferencia de presión entre ambos lados del dispositivo. Tales medidores incluyen la placa de orificio, el tubo Venturi, la boquilla, la tubería Dall y el tubo Pilot. La razón de flujo de volumen es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presión a través de la obstrucción. Todas la aplicaciones de este método de medición de flujo asumen que las condiciones del flujo aguas arriba del dispositivo de obstrucción están en estado estable, y una cierta mínima longitud de tramo recto de la tubería por delante del punto de medida es necesario para asegurar esto.

Perfil de flujo a través de una placa de orificio. Los instrumentos de tipo de restricción de flujo son populares porque no tienen partes móviles y por ello son robustos, fiables y fáciles de mantener. Un inconveniente de este método es que la obstrucción causa una permanente pérdida de presión en el flujo de fluido. La mostrada anteriormente ilustra aproximadamente la forma en que el modelo de flujo es interrumpido cuando una placa de orificio se inserta en una tubería. b) Medidor de área variable. En esta clase de medidores de flujo, la diferencia de presión por una apertura variable es usada para ajustar el área de la apertura. El área de apertura es entonces una medida del flujo de volumen. Este tipo de instrumentos sólo da una indicación visual del flujo y no es utilizada en esquemas de control automático. Sin embargo, es fiable y barato y por ello se utiliza bastante en toda industria. En su forma más simple, mostrada en figura siguiente, el instrumento consiste en un tubo de cristal con un flotador que toma una posición estable donde su peso sumergido es balanceado por el solevantamiento debido a la diferencia de presión en él. La posición del flotador es una medida del área eficaz del paso del fluido, y con este, de la razón de flujo. La exactitud del instrumento más barato es solo del ±3%, la versión más cara puede llegar hasta ±0.2% de exactitud. El rango normal de medida está entre el 10 y el 100% de la escala total.

Medidor de área variable. c) Medidor de desplazamiento positivo.

Todos los medidores de desplazamiento positivo operan mediante el uso de divisiones mecánicas para cambiar de sitio volúmenes discretos de fluido sucesivamente. Todas las versiones de los medidores de desplazamiento positivo son dispositivos de bajo rozamiento, bajo mantenimiento y larga vida, aunque provocan una pequeña pérdida de presión en el fluido. Las bajas fricciones son especialmente importantes para medir flujo de gases, y los medidores han sido diseñados con arreglos especiales para satisfacer este requerimiento.

Medidor de flujo de pistón rotatorio. El medidor de pistón rotatorio es el más común de los este tipo de medidores, y está ilustrado en la figura anterior. Éste usa un pistón cilíndrico el cual es desplazado en una cámara también cilíndrica por el fluido. La rotación del pistón se transmite a un eje de salida. Éste puede ser usado con una escala de indicación para dar una salida visual o puede ser convertido en una señal eléctrica de salida.

Los medidores de desplazamiento positivo cuentan con cerca del 10% del número total de medidores de flujo utilizados en la industria. Tales dispositivos son usados en gran número para medir consumiciones domésticas de gas o agua. El instrumento más barato de este tipo tiene una exactitud de ±1.5%, pero en los más costosos puede ser incluso de ±0.2%. Estos mejores instrumentos se usan dentro de la industria de refinerías, ya que tales aplicaciones justifican su elevado coste. d) Medidor de flujo de turbina. Un medidor de turbina consiste en un conjunto de paletas de hélice montadas a lo largo de un eje paralelo a la dirección del fluido en la tubería, como muestra la figura siguiente. El flujo de fluido hace que estas paletas giren a un determinado ritmo, el cual es proporcional al volumen de flujo que circula. Este ritmo de rotación es medido por la construcción de un medidor tal que se comporta como un tacogenerador de reluctancia variable. Esto se consigue fabricando las paletas de la turbina con un material ferromagnético y utilizando un imán permanente y una bobina dentro del aparato de medida. Un pulso de tensión es inducido en la bobina cada vez que una paleta pasa por él, y si estos pulsos son medidos son

medidos por un contador de pulsos, la frecuencia de estos y su flujo pueden ser deducidos.

Medidor de turbina. e) Medidor de flujo electromagnético. Los medidores electromagnéticos están limitados a medidas de flujo de líquidos conductores de la electricidad. Se obtiene una razonable exactitud en la medida, de ±1.5%, aunque es instrumento es caro tanto por el coste inicial, tanto como por el mantenimiento, sobre todo por su elevado consumo de electricidad. El instrumento, mostrado en la siguiente figura, consiste en tubo cilíndrico de acero inoxidable, atacado con una capa aislante, el cual transporta el fluido a medir. Los materiales típicos de aislantes usados son neopreno, politetrafluoritileno (PTFE) y poliuretano. Una capa magnética es creada en el tubo mediante la polarización de dos electrodos insertados a ambos lados del tubo. Los extremos de estos electrodos están usualmente al mismo nivel que la superficie interior del cilindro. Los electrodos están fabricados con un material que no es afectado por la mayoría de los fluidos, como el acero inoxidable, aleación de platino e iridio y titanio.

Medidor electromagnético. f) Medidor de emisión de torbellinos.

Los medidores de emisión de torbellinos sólo cuentan con el 1% de los medidores vendidos hasta el momento, pero este porcentaje tenderá a subir en el futuro, pues sus características serán más generalmente conocidas. El principio de operación del instrumento está basado en el fenómeno natural de la emisión de torbellinos, creados por unos objetos no aerodinámicos (conocidos como objetos abruptos) dispuestos en la tubería que conduce el fluido, como indica la siguiente figura. Cuando el fluido circula, pasa por este obstáculo y produce movimientos lentos del fluido en las superficies externas. Debido a que el objeto no es aerodinámico, el flujo no puede seguir el contorno del cuerpo hacia aguas abajo, y las capas separadas se vuelven aisladas y hace que giren en remolinos o torbellinos en la región de baja presión tras el obstáculo. La frecuencia de emisión de estos torbellinos es proporcional a la velocidad con que el fluido pasa por el objeto. Varias técnicas de detección de torbellinos son usadas en los instrumentos, como térmicas, magnéticas, ultrasónicas o capacitivas. Tales instrumentos no tienen partes móviles, operan en un gran rango de flujos y requieren mínimo mantenimiento.

Medidor electromagnético.

g) Medidor ultrasónico. La técnica ultrasónica de medida del flujo de volumen es, como los medidores electromagnéticos, un método no invasivo. No está restringido para fluidos conductores, aunque son particularmente usados para medir fluidos corrosivos y con sedimentos. Una ventaja con respecto a los electromagnéticos es que los ultrasónicos están sujetos externamente a la tubería y los electromagnéticos deben formar una pieza integral. Su modo de operación externa ha significado ventajas de seguridad como por ejemplo evitar que los que instalan estos medidores tengan que ponerse en contacto con peligrosos fluidos como venenos, radiactivos, inflamables o explosivos. El principio de operación está en la Figura 8. Un requerimiento fundamental de estos instrumentos es la presencia de un elemento disipador dentro del fluido, el cual desvía la energía ultrasónica de salida desde el transmisor tal que entra al receptor. Estos pueden ser provistos de partículas sólidas, burbujas de gas o torbellinos en el flujo de fluido. Los elementos de disipación causan que la

frecuencia cambie entre la transmitida y la receptada, y la medida de este cambio hace que podamos deducir la velocidad. El instrumento consiste esencialmente en un emisor y receptor adosados en el exterior de la pared de la tubería. La energía ultrasónica consiste en un tren de pequeños ráfagas de ondas senoidales a una frecuencia entre 0,5 y 20 MHz. Este rango de frecuencia es descrito como ultrasónico porque está fuera de la audición humana.

Figura 8. Medidor ultrasónico.

Medidores de Temperatura. Los diferentes tipos de instrumentos que son usados para la medición de la temperatura son básicamente los siguientes: Termómetro Bimetálico. Los termómetros bimetálicos son instrumentos de medición de la temperatura especialmente útiles y prácticos ya que no requieren el uso de elementos adicionales para su uso. Por sí mismo un termómetro bimetálico nos da la medición local de la temperatura ya que cuentan con una carátula amplia desde la cual podemos hacer la medición directa de la temperatura.

Principio de funcionamiento: Una cinta compuesta por dos láminas de metal de diferentes coeficientes de dilatación (“bimetal”), unidas entre sí en forma inseparable, se deforma a consecuencia de un cambio de temperatura. La curvatura resultante de las diferentes expansiones de las láminas es casi proporcional al cambio de temperatura. Si un

extremo del sistema de banda bimetálica está sujetado en forma firme, el otro extremo hace girar el árbol porta índice. Los rangos de visualización van de -70 °C a +600 °C con precisiones de clase 1 y 2 según EN 13190. La figura adjunta muestra un termómetro bimetálico. En ella, una tira bimetálica se bobina en forma de hélice larga. Un extremo de la hélice se mantiene rígido. Mientras que la temperatura varía, la hélice intenta enrollarse o desenrollarse. Esto hace al extremo libre girar. El extremo libre está conectado con una aguja indicadora. La aguja indica realmente la rotación angular de la hélice; sin embargo, puesto que la rotación es lineal y es función de la temperatura, la escala se marca en unidades de temperatura. Termopares: Un termopar es un sensor para medir temperatura. Consiste en dos cables de metales distintos, conectados en un extremo donde se produce un pequeño voltaje asociado a una temperatura. Ese voltaje es medido por un termómetro de termocupla. En una termocupla dos materiales que tienen diferentes características FEM / temperatura, se combinan para producir voltaje de salida que puede ser cuantificado. Existen varias reglas a recordar en el empleo de estos sistemas son las siguientes: a) Para asegurar una operación estable y adecuada termocupula, las características termoeléctricas de conductores deben mantenerse a todo lo largo de los mismos (uniformidad). b) Sólo un circuito comprimiendo o simplemente conectando materiales diferentes, en un gradiente de temperaturas producirá una señal. Dos conductores de igual material no producirán FEM alguna. c) La sensibilidad termoeléctrica de la mayoría de los metales no es lineal con la variación de temperatura. Puesto que la FEM neta generada es función de las temperaturas de ambas juntas, se requiere el control o la compensación de la temperatura de la junta de referencia (o junta fría), lo cual se puede lograr de tres maneras distintas. • El método básico y más exacto es el de controlar la temperatura de la junta de referencia, normalmente colocando la junta en un baño de hielo (0ºC). • Otro método consiste en medir la temperatura en la junta de referencia utilizando cualquier tipo de dispositivo de medición de temperatura, y luego, en base a esa temperatura y a la salida eléctrica de la junta de medición compensar la lectura de la temperatura de la junta de medición. • El tercer método es una compensación eléctrica que también implica la utilización de un dispositivo sensor de temperatura para medir la temperatura de la junta de referencia; sin embargo, en lugar de calcular la compensación a ser aplicada a la salida de la junta de medición, el sensor de temperatura de la junta de referencia se halla incorporado dentro del circuito eléctrico de la termocupla, donde agrega o quita los milivolts necesarios en la junta de referencia a fin de corregir automáticamente la salida de la termocupla.

El principio de medición de temperatura utilizando termopares se basa en tres principios físicos que son: 1.- Efecto Seebeck: al unir dos cables de materiales diferentes formando un circuito, se presenta una corriente eléctrica cuando las junturas se encuentran a diferente temperatura. 2.- Efecto Peltier: consiste en que cuando una corriente eléctrica fluye a través de una juntura de dos metales diferentes, se libera o absorbe calor. Cuando la corriente eléctrica fluye en la misma dirección que la corriente Seebeck, el calor es absorbido en la juntura caliente y liberado en la juntura fría. 3.- Efecto Thomson: un gradiente de temperatura en un conductor metálico está acompañado por un gradiente de voltaje, cuya magnitud y dirección depende del metal que se esté utilizando. Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido establecer tres leyes fundamentales: 1.-Ley del circuito homogéneo: en un conductor metálico homogéneo no puede sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de calor. 2.-Ley de los metales intermedios: si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura 'A' a otro 'B', la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metálicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo 'A' y 'B'. 3.-Ley de las temperaturas sucesivas: La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 y T2 y de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3. Por estas leyes se hace evidente que en el circuito se desarrolla una pequeña tensión continua proporcional a la temperatura de la unión de medida, siempre que haya una diferencia de temperaturas con la unión de referencia. Los valores de esta f.e.m. están tabulados en tablas de conversión con la unión de referencia a 0 °C.

Termorresistencia (RTD): La Termorresistencia trabaja según el principio de que en la medida que varía la temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede relacionarse con la variación de temperatura. Las

termorresistencias de uso más común se fabrican de alambres finos soportados por un material aislante y luego encapsulados. El elemento encapsulado se inserta luego dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que absorba humedad. La relación fundamental para el funcionamiento será así: Rt = Ro * (1 + Alpha * t) Dónde: • Ro: resistencia en ohmios a 0 grados Celsius • Rt: resistencia a la temperatura t grados Celsius • Alpha: coeficiente de temperatura de la resistencia. Los materiales utilizados para los arrollamientos de termorresistencias son fundamentalmente platino, níquel, níquelhierro, cobre y tungsteno. El método de medición de la temperatura no es directo, ya que lo que se mide es una resistencia mediante un puente de Wheastone, luego se lee el valor de la temperatura correspondiente de tabla de comportamiento de la citada resistencia. Este proceso, en la actualidad, ya está automatizado, gracias a los sistemas de control avanzados y la electrónica digital. Además del hecho de que la termorresistencia de platino está siendo utilizada como estándar internacional, el alambre de platino es el material elegido con más frecuencia para las termorresistencias de uso industrial. La termorresistencia Industrial de alambre de platino más ampliamente utilizada se la calibra con una resistencia de 100 ohm a 0 ºC Las termorresistencias de platino estándar fabricadas comercialmente resultan adecuadas para mediciones en el rango de – 250 ºC a 850 ºC.

Pirómetros de Radiación. El pirómetro mide la temperatura de la superficie de los objetos sin hacer contacto con él. Los objetos pueden emitir radiación térmica. El pirómetro capta esas ondas de

radiación y las mide ya que el calor produce ondas proporcionales. Los pirómetros tienen varias aplicaciones, incluyendo la metalúrgica, las calderas de vapor, los globos de aire caliente y los hornos de baños de sal, entre otros. Este dispositivo también es conocido como termómetro de radiación, y ambos términos pueden ser utilizados indistintamente. El pirómetro básico, a pesar de que hay varios modelos y tipos, tiene dos componentes básicos. Consiste en un sistema óptico y en detectores. Un sistema óptico de pirómetro se enfocará en la energía emitida por un objeto. Envía la radiación al detector, el componente sensible a las ondas de radiación. Luego el detector emite datos sobre la radiación, especialmente la temperatura del objeto del cual proviene la radiación. El detector obtiene la temperatura analizando los niveles de energía de la radiación, lo que es directamente proporcional a su temperatura. El espejo cóncavo es a veces preferido como medio para enfocar por dos razones: • La imagen de la fuente se enfoca igualmente bien en el receptor para todas las longitudes de onda, puesto que el espejo no produce aberración cromática, en tanto que la lente puede dar una imagen neta para una sola longitud de onda. • Las lentes de vidrio o de sílice vítrea absorben completamente una parte considerable de la radiación de largas longitudes de onda. La radiación reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda media de la que en él incide. El pirómetro de radiación se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los casos siguientes: • Donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno. • Para la medida de temperaturas de superficies. • Para medir temperaturas de objetos que se muevan. • Para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoeléctricos formados por metales comunes. • Donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente. • Cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.

Medidores de Nivel.

Clasificación de Medidores de Nivel Los medidores de Nivel Pueden clasificarse como: 1. Medidores de Nivel de Líquidos 2. Medidores de Nivel de Sólidos Adicionalmente también se puede clasificar por el tipo de medición 1. Medición de Nivel Continua 2. Medición de Nivel por Detección Límite o de Punto Fijo Usualmente se combinan ambas clasificaciones. Medición de nivel de líquidos. 1.- Medición Directa Medidor de Sonda Medidor de Cinta y Plomada Medidor de Nivel de Cristal Medidor de Flotador 2.- Medición de Presión Hidrostática o Fuerza Medidor Manométrico Medidor de Membrana Medidor de Tipo burbujeo Medidor de Presión diferencial de diafragma Medidor por Desplazamiento 3.- Medición de Características eléctricas del líquido Medidor Conductivo Medidor Capacitivo Medidor Ultrasónico Medidor por Radiación Medición directa. Varilla o sonda: Varilla o regla graduada, de longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. El nivel se determina por la lectura directa de la longitud mojada por el líquido. En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presión atmosférica.

Cinta y plomada: Consta de una cinta graduada y un plomo en la punta. Se emplea cuando es difícil que la varilla tenga acceso al fondo del tanque. También se usa midiendo la distancia desde la superficie del líquido hasta la

parte superior del tanque.

Visor de Vidrio: Tubo de vidrio con su extremo inferior conectado al tanque generalmente mediante tres válvulas (dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo, para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una de purga). Funciona por el principio de vasos comunicantes. El nivel de vidrio va acompañado de una regla graduada. Se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones más elevadas el vidrio es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.

Flotador: Consiste en un flotador ubicado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque, indicando directamente el nivel sobre una escala graduada. Es usado en tanques de capacidad grande. El flotador debe mantenerse limpio. El flotador, sigue el movimiento del nivel de líquido.

Tienen una precisión de 0,5 %. Son adecuados en la medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión o a vacío. El flotador puede trabarse en el tubo guía por los sólidos o cristales que el líquido pueda contener Los tubos guía muy largos pueden

dañarse ante olas bruscas en la superficie del líquido o ante la caída violenta del líquido en el tanque.

MEDICIÓN POR PRESIÓN HIDROSTÁTICA Manométrico: Es un manómetro conectado en la parte inferior del tanque y que mide la presión debida a la altura de líquido entre el nivel del tanque y el eje del instrumento. Sólo sirve para fluidos limpios, ya que los líquidos sucios pueden hacer perder la elasticidad del fuelle. La medición está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido por las variaciones de densidad del líquido. Membrana: Usa una membrana conectada al instrumento receptor por un tubo estanco. El peso de la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido.

Burbujeo: Mediante un regulador de caudal se hace pasar por un tubo (sumergido en el depósito hasta el nivel mínimo), un pequeño caudal de aire o gas inerte hasta producir una corriente continua de burbujas. La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es una medida de la columna de líquido. Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos o con materiales en suspensión, ya que el fluido no penetra en el medidor ni en la línea de conexión.

MEDICIÓN POR PRESIÓN DIFERENCIAL. El Medidor de Presión Diferencial consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que permite medir la presión hidrostática en un punto del fondo. En un tanque abierto, esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico. El diafragma forma parte de un transmisor neumático o electrónico de presión diferencial. La precisión de los instrumentos de presión diferencial es bastante buena. El material del diafragma debe ser compatible con el fluido que se encuentra en el tanque.

MEDICIÓN POR DESPLAZAMIENTO Está basado en el Principio de Arquímedes. Consiste en un flotador parcialmente sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión, unido al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre hay una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque. El ángulo de rotación del extremo libre del tubo de torsión es función directa de la fuerza aplicada. Al subir el nivel, el líquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño. Puede usarse en tanques abiertos y cerrados, a presión o a vacío, con una buena sensibilidad, pero presenta el inconveniente del riesgo de depósitos de sólidos o de crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida).

MEDICIÓN POR CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL LIQUIDO El Medidor de Nivel Conductivo. Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos. El relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el circuito. Se usa como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza relés eléctricos o electrónicos, en función de la conductividad del líquido. Es versátil, sin partes móviles, su campo de medida es grande, con la limitación física de la longitud de los electrodos. El líquido contenido en el tanque debe tener un mínimo de conductividad

Medidor Capacitivo Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido. En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores.

También se usan como interruptores de nivel

Medidor Ultrasónico Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del estanque. El tiempo entre emisión y recepción es inversamente proporcional al nivel. El tiempo depende de la Temperatura.

Medidores de Nivel por Radiación •Consiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del estanque y con un contador que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente continua. •Como la transmisión de los rayos es inversamente proporcional a la masa del líquido en el estanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida.

MEDIDOR DE NIVEL DEL TIPO RADAR •Los sensores de radar miden distancias de forma continua y sin contacto. •Requieren de poco mantenimiento. Asimismo son prácticamente insensibles a la atmósfera del proceso controlado (vapor, presión, polvo o temperaturas extremas). •Los instrumentos de radar miden el tiempo de recorrido de un impulso de radar desde su emisión hasta su recepción. Este tiempo de recorrido es proporcional a la distancia y por tanto al nivel del producto. •Al contrario de la medida por ultrasonidos, las señales de radar no están ligadas por un medio que las transmita, y se propagan a la velocidad de la luz (300 000 000 m/s). Los sensores de radar emiten generalmente señales de 6 a 26 GHz

• El transmisor emite señales de radar en forma de impulsos de microondas reflectados por dos materiales con constantes dieléctricas diferentes (el entorno del sensor y el producto). Los impulsos se emiten con una frecuencia de repetición fija. Un receptor interno recoge los impulsos de radar reflectados (eco) y utiliza el tiempo de recorrido del impulso (emisión / recepción) para calcular la distancia y por tanto el nivel. Los impulsos de radar reflejados se convierten en un cuadro del eco. Con el análisis del cuadro el instrumento determina la distancia entre el producto y el punto de referencia en el instrumento

Bibliografía. -

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