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• Juan Carlos Du-Pont

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Instrumentación Industrial

2. MEDICIÓN DE PRESIÓN Instrumentación Industrial

Índice • Objetivos 1. Manómetro 1.1. Unidades 1.2. Factores de Conversión 2. Tipos de Presión 3. Instrumentos de Medición • Bibliografía

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Objetivos • Reconocer los diferentes medidores de presión, seleccionar y explicar su instalación. • Identificar las diferentes unidades que se usan para expresar la medición de presión. • Explicar el principio de funcionamiento de diversos sensores de presión. • Seleccionar sensores según requerimientos de planta.

1. Manómetro

La medición continua de presión permite mantener condiciones seguras de operación en planta.

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1.1.Unidades • En el sistema internacional de unidades: Pascal • Sin embargo, usualmente en ingeniería se usa: psi • 1 psi = 1 lb / in2 (1 libra / pulgada2) • Considerando que: 1 libra = 0.4536 kg y 1 pulgada = 2.54 cm • Entonces: 1 kg / cm2 = 14.223 psi

1.2.Factores de conversión

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2. Tipos de Presión Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión cero de un vacío absoluto. Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que rodea la tierra (barométrica) sobre todos los objetos que se hallan en contacto con ella. Presión relativa o manométrica: Presión mayor a la presión atmosférica, es la presión medida con referencia a la presión atmosférica, conocida también como presión relativa o presión positiva. Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones.

P.absoluta = P.atmosférica + P.Manométrica

3. Instrumentos de Medición Instrumentos mecánicos 1)

Columnas de Líquido: - Manómetro de Presión Absoluta. - Manómetro de Tubo en U. - Manómetro de Pozo. - Manómetro de Tubo Inclinado. - Manómetro Tipo Campana.

2)

Instrumentos Elásticos: - Tubos Bourdón. - Fuelles. - Diafragmas.

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3. Instrumentos de Medición Clasificación Instrumentos electromecánicos y electrónicos -

Medidores de Esfuerzo (Strain Gauges) Transductores de Presión Resistivos Transductores de Presión Capacitivos Transductores de Presión Magnéticos Transductores de Presión Piezoeléctricos

3. Instrumentos de Medición Rangos típicos

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3. Instrumentos de Medición Manómetro para medición de Presión Absoluta Es un tubo en "U" que tiene un extremo sellado y al vacío y el otro extremo abierto a la presión absoluta que se va a medir.

3. Instrumentos de Medición Manómetro de Tubo en "U" Se utiliza para medir presión diferencial. Consiste en un tubo en forma de "U" lleno de líquido. En cada una de las ramas del tubo se aplica una presión. La diferencia de altura del líquido en las dos ramas es proporcional a la diferencia de presiones.

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3. Instrumentos de Medición Manómetro de Tubo Inclinado Se utiliza para mediciones de presiones diferenciales pequeñas. En este tipo de manómetro, la rama del tubo de menor diámetro está inclinada con el objeto de obtener una escala mayor, ya que en este caso L (medido) = h / sin Ø

3. Instrumentos de Medición Tubo en U Ventajas

Desventajas

• Bajo costo • Funcionamiento simple y confiable

• Respuesta lenta • Alineamiento del tubo • No funciona en ambientes con gravedad baja • El líquido del tubo no puede interactuar con el fluido medido. • Contaminación, especialmente para bajas presiones.

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3. Instrumentos de Medición Tubo de Bourdón El tamaño, la forma y el material del tubo dependen del rango de presión y del tipo de indicador deseados. Los tubos de Bourdon de baja presión (hasta 2000 psi) se hacen a menudo de bronce fosforoso. Los tubos de alta presión se hacen de acero inoxidable o de otro material de alta resistencia.

3. Instrumentos de Medición Tubo de Bourdón

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3. Instrumentos de Medición Tubo de Bourdón Tipo C

3. Instrumentos de Medición Tubo de Bourdón Tipo C

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3. Instrumentos de Medición Ventajas:

Desventajas:

• Portable • No utiliza líquidos • No requiere alineación • Soporta un rango amplio de presiones

• Normalmente se encuentra limitado a mediciones estáticas o casi estáticas. • Su exactitud podría ser insuficiente para algunas aplicaciones.

3. Instrumentos de Medición

Fuelle

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3. Instrumentos de Medición Fuelle

3. Instrumentos de Medición Diafragma

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3. Instrumentos de Medición Diafragma

3. Instrumentos de Medición Sistemas de sellado

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3. Instrumentos de Medición Diafragma Ventajas:

Desventajas:

• Respuesta mucho más rápida que la de los tubos en forma de U • Exactitud hasta 0.5% F.S. • Buena linealidad cuando la deflexión es del orden del espesor del diafragma.

• Más costosos que otros sensores de presión.

3. Instrumentos de Medición Salida eléctrica • Recordemos que el diafragma se utiliza en conjunto con un sistema de detección de movimiento o desplazamiento, el cual puede ser: • • • •

Resistivo Capacitivo Inductivo Otro tipo

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3. Instrumentos de Medición Sensor resistivo potenciométrico • •

El diafragma puede acoplarse con un elemento que modifique su resistencia como función de la presión aplicada. Potenciométrico

3. Instrumentos de Medición Potenciómetro Ventajas

Desventajas

• Simples • Señal de salida potente • Bajo costo

• Insensibles a pequeños movimientos del contacto del cursor • Muy sensible a vibraciones • No es muy estable en el tiempo

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3. Instrumentos de Medición Sensor resistivo: Strain-Gauge • •

Galga extensiométrica (Strain-gauge) Este sensor tiene strain gauges sobre la superficie del diafragma, de tal forma que cualquier cambio en presión producirá un cambio en su resistencia.

3. Instrumentos de Medición Strain-Gauge Ventajas

Desventajas

• Excelente respuesta en frecuencia • Compensación sencilla de temperatura • No son influidas por campos magnéticos

• Señal de salida débil • Alta sensibilidad a las vibraciones • No es muy estable en el tiempo

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3. Instrumentos de Medición Sensor capacitivo

3. Instrumentos de Medición Sensor capacitivo Ventajas:

Desventajas:

• Buena respuesta en frecuencia • Histéresis baja • Buena linealidad • Excelente estabilidad y repetibilidad • Tamaño pequeño y construcción robusta

• Alta sensibilidad a la temperatura • Sensibles a las aceleraciones transversales, vibraciones, ruido

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3. Instrumentos de Medición Sensor inductivo LVDT:

3. Instrumentos de Medición Sensor inductivo Ventajas

Desventajas

• No producen rozamiento en la medición • Respuesta lineal en un rango • Son pequeños y de construcción robusta

• Sensible a vibraciones • Respuesta dinámica limitada por la frecuencia de alimentación

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Sensor piezoeléctrico • El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica en un material al deformarse bajo la acción de un esfuerzo. Es un efecto reversible.

3. Instrumentos de Medición Sensor piezoeléctrico Ventajas

Desventajas

• •

•

• •

Alta sensibilidad, bajo costo Alta rigidez mecánica, admite deformaciones del orden de 1um Tamaño pequeño Posibilidad de tener sensibilidad unidireccional

•

•

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Debe trabajar a frecuencias mucho menores que la de resonancia mecánica Fuerte dependencia con la temperatura de sus parámetros más importantes En Tcurie: dejan de ser piezoeléctricos

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3. Instrumentos de Medición Criterios de selección • Requerimientos de presión del sistema • Considerar Full-Scale 150% de la presión normal de trabajo • Exactitud y precisión • Temperatura del proceso • Compatibilidad del medidor con el fluido • Grado de protección • Tipo de rosca

Bibliografía • • • • •

Considine, Douglas M. (1993). Process/Industrial Instruments and controls handbook. New York: Mc Graw-Hill. (621.381I/C74) Creus Sole, Antonio (2006). Instrumentación Industrial. México D.F.: Alfaomega. (621.381I/C85/2006) Kerlin, Thomas (1982). Industrial temperature measurement: ISA. (621.381I/K44) Norton, Harry (1984). Sensores y analizadores. Barcelona: G.Gili S.A. (621.381I/N82) Spitzer, David W. (1990). Industrial Flow Measurement. North Carolina: ISA. (621.381I/S58)

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FIN DE LA UNIDAD

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