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• Fabiola Lopez

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Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Ingeniería eléctrica. AGOSTO – DICIEMBRE 2019

PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS INSTRUMENTACIÓN UNIDAD 2

ALUMNA : LOPEZ CRUZ FAVIOLA ALIMAR SEMESTRE GRADO 7

C

DOCENTE : ING TOY CRUZ JESUS ALBERTO

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Índice Introducción ……………………………………………….3 2.1 Medición de presión ………………………………...4 2.2 Medición de nivel y densidad …………………….7 2.3 Medición de flujo ……………………………………9 2.4 Medición de temperatura ………………………….14 2.5 Medición de otras variables ……………………...15 2.6 Procedimiento para la calibración ………………16 2.6.1 consideraciones previas para la calibración..17 2.6.2 error…………………………………….................18 2.6.3 incertidumbre ……………………………………20 2.7 criterios de selección …………………………………… 2.8 acondicionamiento de señal …………………………...

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2.1 Medición de presión LA PRESIÓN ES UNA FUERZA POR UNIDAD DE SUPERFICIE Y PUEDE EXPRESARSE EN UNIDADES TALES COMO PASCAL, BAR, ATMÓSFERAS, KILOGRAMOS POR CENTÍMETRO CUADRADO Y PSI. EN EL SISTEMA INTERNACIONAL (S.I.) ESTÁ NORMALIZADA EN PASCAL Y SE MIDE EN: • PRESIÓN ABSOLUTA. • PRESIÓN ATMOSFÉRICA. • PRESIÓN RELATIVA. • PRESIÓN DIFERENCIAL. • VACÍO. SE MIDE EN: • PRESIÓN ATMOSFÉRICA ES LA PRESIÓN EJERCIDA POR LA ATMÓSFERA TERRESTRE MEDIDA MEDIANTE UN BARÓMETRO. • PRESIÓN RELATIVA ES LA DIFERENCIA ENTRE LA PRESIÓN ABSOLUTA Y LA ATMOSFÉRICA DEL LUGAR DONDE SE REALIZA LA MEDICIÓN. • PRESIÓN DIFERENCIAL ES LA DIFERENCIA ENTRE DOS PRESIONES. • VACÍO ES LA DIFERENCIA DE PRESIONES ENTRE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA EXISTENTE Y LA PRESIÓN ABSOLUTA. INSTRUMENTOS MECÁNICOS EL TUBO DE BOURDON: ES UN TUBO DE SECCIÓN ELÍPTICA QUE FORMA UN ANILLO CASI COMPLETO, CERRADO POR UN EXTREMO. AL AUMENTAR LA PRESIÓN EN EL INTERIOR DEL TUBO, ÉSTE ENDE A ENDEREZARSE Y EL MOVIMIENTO ES 4

TRANSMITIDO A LA AGUJA INDICADORA.

ELEMENTO EN ESPIRAL. ESTÁ ENROLLADO EN FORMA DE ESPIRAL ALREDEDOR DE UN EJE COMÚN. ESTOS ELEMENTOS PROPORCIONAN UN DESPLAZAMIENTO GRANDE DEL EXTREMO LIBRE Y POR ELLO SE UTILIZAN MUCHO EN REGISTRADORES Y SISTEMAS DE CONTROL.

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ELEMENTO HELICOIDAL. ESTÁ ENROLLADO MÁS DE UNA ESPIRA EN FORMA DE HÉLICE.

MEDIDORES DE FUELLE. ES PARECIDO AL DIAFRAGMA, PERO ES DE UNA SOLA PIEZA FLEXIBLE AXIALMENTE, Y PUEDE DILATARSE Y CONTRAERSE CON UN DESPLAZAMIENTO CONSIDERABLE.

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2.2 Medición de nivel y densidad

MEDICIÓN DE NIVEL DIRECTA. MEDIDORES DE SONDA O DE VARA. ESTOS INSTRUMENTOS CONSISTEN EN UNA VARILLA O REGLA GRADUADA DE LA LONGITUD CONVENIENTE PARA INTRODUCIRLA DENTRO DEL DEPÓSITO, LA DETERMINACIÓN DEL NIVEL SE EFECTÚA POR LA LECTURA DIRECTA DE LA LONGITUD MOJADA POR EL LÍQUIDO, CUANDO LA SONDA SE INTRODUCE HASTA EL FONDO DEL TANQUE.

MEDIDORES DE NIVEL DE CRISTAL CONSISTE EN UN TUBO DE VIDRIO CON SUS EXTREMOS CONECTADOS AL TANQUE MEDIANTE BLOQUES METÁLICOS Y VÁLVULAS. SE USAN POR LO GENERAL TRES VÁLVULAS: DOS DE CIERRE DE SEGURIDAD Y MANTENIMIENTO EN LOS EXTREMOS DEL TUBO, CON LAS CUALES SE IMPIDE LA FUGA DE LÍQUIDO EN CASO DE RUPTURA DEL TUBO

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MEDIDORES DE NIVEL DE FLOTADOR FLOTADOR Y CINTA. CONSTA DE UN FLOTADOR QUE PUEDE SER DE NÍQUEL, COBRE O PLÁSTICO EL CUAL ESTA CONECTADO MEDIANTE UNA CINTA Y A TRAVÉS DE UNA POLEA A UN CONTRAPESO AL EXTERIOR DEL TANQUE. LA POSICIÓN DEL CONTRAPESO INDICARÁ DIRECTAMENTE EL NIVEL. SU RANGO DE MEDIDA SERÁ IGUAL A LA ALTURA DEL TANQUE.

FLOTADOR Y EJE CONSISTE EN UN FLOTADOR CONECTADO A UN EJE GIRATORIO QUE SALE DEL TANQUE Y EN CUYO EXTREMO SE ENCUENTRA UNA AGUJA INDICADORA, LA CUAL INDICA SOBRE UNA ESCALA EL NIVEL DEL TANQUE.

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2.3 Medición de flujo ¿QUÉ ES EL FLUJO? ES LA CANTIDAD DE MASA DE UN LIQUIDO QUE FLUYE A TRAVÉS DE UNA TUBERÍA EN UN SEGUNDO. FORMULA: 𝑓=𝑚𝑡 DONDE: F = FLUJO (KG/S). M = MASA DEL FLUIDO (KG). T = TIEMPO (S). SUS UNIDADES DE MEDIDA SON: KG / SEG. CADA FLUIDO TIENE UNA DENSIDAD PROPIA, QUE SE DEFINE COMO LA RELACIÓN EXISTENTE ENTRE MASA Y VOLUMEN 𝑝 = 𝑚 𝑣 DESPEJANDO M: 𝑚 = 𝑝 ∗ 𝑣 DONDE: P = DENSIDAD. M = MASA. V = VOLUMEN. ENTONCES: F = FLUJO. P = DENSIDAD. V = VOLUMEN. T = TIEMPO. 𝑓 = 𝑚/ 𝑡 ECUACIÓN ORIGINAL

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𝑓 = 𝑝∗𝑣/ 𝑡 ECUACIÓN USANDO DENSIDAD. TIPOS DE FLUJO. • FLUJO ABIERTO. EN EL FLUJO DE CANALES ABIERTOS, EL LÍQUIDO QUE FLUYE TIENE SUPERFICIE LIBRE Y SOBRE ÉL NO ACTÚA OTRA PRESIÓN QUE LA DEBIDA A SU PROPIO PESO Y A LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA. • FLUJO CERRADO. ES AQUEL QUE SE VE FORZADO A LLENAR UN DETERMINADO ESPACIO, COMO PODRÍA SER UNA TUBERÍA, SOMETIÉNDOSE A CIERTA PRESIÓN EXTERNA. EFECTO DE VISCOSIDAD: EL FLUJO PUEDE SER LAMINAR O TURBULENTO SEGÚN EL EFECTO DE LA VISCOSIDAD. • FLUJO LAMINAR. EN EL FLUJO LAMINAR, LAS PARTÍCULAS DE AGUA SE MUEVEN EN TRAYECTORIAS SUAVES DEFINIDAS O EN LÍNEAS DE CORRIENTE, Y LAS CAPAS DE FLUIDO CON ESPESOR INFINITESIMAL PARECEN DESLIZARSE SOBRE CAPAS ADYACENTES. EL FLUJO ES LAMINAR SI LAS FUERZAS VISCOSAS SON CONSIDERABLES EN RELACIÓN CON LAS FUERZAS INERCIALES. • FLUJO TURBULENTO. EN EL FLUJO TURBULENTO LAS PARTÍCULAS SE MUEVEN EN TRAYECTORIAS IRREGULARES, QUE NO SON SUAVES NI FIJAS. EL FLUJO ES TURBULENTO SI LAS FUERZAS VISCOSAS SON DÉBILES EN RELACIÓN CON LAS FUERZAS INERCIALES.

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TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO. MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL PLACAS DE ORIFICIO. CUANDO UNA PLACA DE ORIFICIO SE COLOCA EN FORMA CONCÉNTRICA DENTRO DE UNA TUBERÍA, ÉSTA PROVOCA QUE EL FLUJO SE CONTRAIGA BRUSCAMENTE CONFORME SE APROXIMA AL ORIFICIO Y DESPUÉS SE EXPANDE AL DIÁMETRO TOTAL DE LA TUBERÍA. LA CORRIENTE QUE FLUYE A TRAVÉS DEL ORIFICIO FORMA UNA VENA CONTRACTA Y LA RÁPIDA VELOCIDAD DEL FLUJO RESULTA EN UNA DISMINUCIÓN DE PRESIÓN HACIA ABAJO DESDE EL ORIFICIO. • LA CONCÉNTRICA: SIRVE PARA LÍQUIDOS • LA EXCÉNTRICA: PARA LOS GASES • LA SEGMENTADA CUANDO LOS FLUIDOS CONTIENEN UN PEQUEÑO PORCENTAJE DE SÓLIDOS Y GASES DISUELTOS.

TUBO DE VENTURI. EL TUBO DE VENTURI SE UTILIZA PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE UN FLUIDO INCOMPRESIBLE. CONSISTE EN UN TUBO CON UN ESTRECHAMIENTO, DE MODO QUE LAS SECCIONES ANTES Y DESPUÉS DEL ESTRECHAMIENTO SON A1 Y A2, CON A1 > A2. EN CADA PARTE DEL TUBO HAY UN 11

MANÓMETRO, DE MODO QUE SE PUEDEN MEDIR LAS PRESIONES RESPECTIVAS P1 Y P2. ENCUENTRA UNA EXPRESIÓN PARA LA VELOCIDAD DEL FLUIDO EN CADA PARTE DEL TUBO EN FUNCIÓN DEL ÁREA DE LAS SECCIONES, LAS PRESIONES Y SU DENSIDAD. POSEE UNA GRAN PRECISIÓN Y PERMITE EL PASO DE FLUIDOS CON UN PORCENTAJE RELATIVAMENTE GRANDE DE SÓLIDOS, SI BIEN LOS SÓLIDOS ABRASIVOS INFLUYEN EN SU FORMA AFECTANDO LA EXACTITUD DE LA MEDIDA. EL COSTE DEL TUBO DE VENTURI ES ELEVADO, SU PRECISIÓN ES DEL ORDEN DE +/-0.75%.

Donde: Q= Caudal . A=Superficie. V= Velocidad. P= Presión. p= Densidad. g= gravedad. h= Diferencia de alturas.

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2.4 Medición de temperatura TEMPERATURA. LA TEMPERATURA DE UN OBJETO INDICA LA ENERGÍA CINÉTICA INTERNA MEDIA (DEBIDA AL MOVIMIENTO DE LAS MOLÉCULAS) DE UN OBJETO. CUANDO SE CALIENTA ALGO (SÓLIDO, LÍQUIDO O GAS) SUS ÁTOMOS O MOLÉCULAS SE MUEVEN CON MÁS RAPIDEZ ES DECIR, AUMENTA LA ENERGÍA CINÉTICA PROMEDIO DE SUS MOLÉCULAS. LA TEMPERATURA DE UN OBJETO DEPENDE DE LA CANTIDAD PROMEDIO DE ENERGÍA POR PARTÍCULA, NO DEL TOTAL. LA TEMPERATURA SE MIDE EN GRADOS CELSIUS O CENTÍGRADOS, FARENHEIT Y EN RARAS OCASIONES SE UTILIZA LA ESCALA KELVIN.

TERMÓMETRO BIMETÁLICO LOS TERMÓMETROS BIMETÁLICOS SE FUNDAMENTAN EN EL DISTINTO COEFICIENTE DE DILATACIÓN DE DOS METALES DIFERENTES, TALES COMO LATÓN, MONEL O ACERO Y UNA ALEACIÓN DE FERRONÍQUEL O INVAR. LAS LÁMINAS BIMETÁLICAS PUEDEN SER RECTAS O CURVAS, FORMANDO ESPIRALES O HELICES 13

TERMISTORES LOS TERMISTORES SON SEMICONDUCTORES ELECTRÓNICOS CON UN COEFICIENTE DE TEMPERATURA DE RESISTENCIA NEGATIVO DE VALOR ELEVADO, POR LO QUE PRESENTAN UNAS VARIACIONES RÁPIDAS, Y EXTREMADAMENTE GRANDES, PARA LOS CAMBIOS, RELATIVAMENTE PEQUEÑOS, EN LA TEMPERATURA.

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2.5 Medición de otras variables OTRAS VARIABLES. PESO. EL PESO DE UN CUERPO ES LA FUERZA CON QUE ES ATRAÍDO POR LA TIERRA.

MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD SE EFECTÚA DE DOS FORMAS: CON TACÓMETROS MECÁNICOS Y CON TACÓMETROS ELÉCTRICOS. LOS PRIMEROS DETECTAN EL NÚMERO DE VUELTAS DEL EJE DE LA MÁQUINA POR MEDIOS EXCLUSIVAMENTE MECÁNICOS, PUDIENDO INCORPORAR O NO LA MEDICIÓN CONJUNTA DEL TIEMPO PARA DETERMINAR EL NÚMERO DE REVOLUCIONES POR MINUTO (R.P.M.), MIENTRAS QUE LOS SEGUNDOS CAPTAN LA VELOCIDAD POR SISTEMAS ELÉCTRICOS.

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2.6 Procedimiento para la calibración

CALIBRACIÓN. PARA CALIBRAR UN INSTRUMENTO O PATRÓN ES NECESARIO DISPONER DE UNO DE MAYOR PRECISIÓN QUE PROPORCIONE EL VALOR CONVENCIONALMENTE VERDADERO QUE ES EL QUE SE EMPLEARÁ PARA COMPARARLO CON LA INDICACIÓN DEL INSTRUMENTO SOMETIDO A CALIBRACIÓN. ESTO SE REALIZA MEDIANTE UNA CADENA ININTERRUMPIDA Y DOCUMENTADA DE COMPARACIONES HASTA LLEGAR AL PATRÓN, Y QUE CONSTITUYE LO QUE LLAMAMOS TRAZABILIDAD. LA TRAZABILIDAD PUEDE ESTAR DADA POR UNA CURVA O POR UN CUADRO COMPARATIVO.

UNA BUENA CALIBRACIÓN DEBE BUSCAR LOS SIGUIENTES OBJETIVOS: MANTENER Y VERIFICAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS. RESPONDER A LOS REQUISITOS ESTABLECIDOS EN LAS NORMAS DE CALIDAD. GARANTIZAR LA FIABILIDAD Y TRAZABILIDAD DE LAS MEDIDA

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2.6.1 consideraciones previas para la calibración CONSIDERACIONES. CUANDO EL INSTRUMENTO SE CALIBRA CONTRA UN INSTRUMENTO DE REFERENCIA, SU EXACTITUD MOSTRARÁ SI ESTA FUERA O DENTRO DE LOS LÍMITES DE EXACTITUD, SI EL INSTRUMENTO ESTÁ DENTRO DEL LÍMITE DE MEDICIÓN, EL ÚNICO CURSO DE ACCIÓN REQUERIDO ES REGISTRAR LOS RESULTADOS DE CALIBRACIÓN EN LA HOJA DE CONTROL DEL INSTRUMENTO Y PONERLO EN FUNCIONAMIENTO HASTA EL SIGUIENTE PERIODO DE CALIBRACIÓN. CONSIDERACIONES • DOCUMENTACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN Y SU CALIBRACIÓN: TODOS LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN Y CALIBRACIÓN IMPLEMENTADOS DEBEN ESTAR DOCUMENTADOS, EN EL CASO DE PEQUEÑAS COMPAÑÍAS TODA INFORMACIÓN RELEVANTE DEBO ESTAR CONTENIDA DENTRO DE UN MANUAL, MIENTRAS QUE PARA UNA EMPRESA GRANDE ES APROPIADO TENER VOLÚMENES SEPARADOS CUBRIENDO PROCEDIMIENTOS CORPORATIVOS Y POR ÁREAS. CONSIDERACIONES. • REGISTRO DE LOS INSTRUMENTOS SE DEBE TENER UN REGISTRO SEPARADO PARA CADA INSTRUMENTO DEL SISTEMA DONDE SE ESPECIFIQUE COMO MÍNIMO: 1. SU NÚMERO DE SERIE. 2. EL NOMBRE DE LA PERSONA RESPONSABLE PARA SU CALIBRACIÓN. 3. LA FRECUENCIA DE CALIBRACIÓN REQUERIDA. 4. LA FECHA DE LA ÚLTIMA CALIBRACIÓN. 5. RESULTADOS DE LA CALIBRACIÓN.

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2.6.2 error ERROR. EN UN INSTRUMENTO IDEAL (SIN ERROR), LA RELACIÓN ENTRE LOS VALORES REALES DE LA VARIABLE COMPRENDIDOS DENTRO DEL CAMPO DE MEDIDA Y LOS VALORES DE LECTURA DEL APARATO ES LINEAL. SE CONSIDERA QUE UN INSTRUMENTO ESTÁ BIEN CALIBRADO CUANDO, EN TODOS LOS PUNTOS DE SU CAMPO DE MEDIDA, LA DIFERENCIA ENTRE EL VALOR REAL DE LA VARIABLE Y EL VALOR INDICADO, O REGISTRADO O TRANSMITIDO, ESTÁN COMPRENDIDOS ENTRE LOS LÍMITES DETERMINADOS POR LA EXACTITUD DEL INSTRUMENTO. .LOS TRES TIPOS DE ERRORES QUE PUEDEN HALLARSE EN FORMA AISLADA O COMBINADA EN LOS INSTRUMENTOS SON • ERROR DE CERO. TODAS LAS LECTURAS O SEÑALES DE SALIDA ESTÁN DESPLAZADAS UN MISMO VALOR CON RELACIÓN A LA RECTA IDEAL, SE OBSERVA QUE EL DESPLAZAMIENTO PUEDE SER POSITIVO O NEGATIVO. CAMBIA EL PUNTO DE PAR DA O DE BASE DE LA RECTA REPRESENTA VA SIN QUE VARÍE LA INCLINACIÓN O LA FORMA DE LA CURVA. • ERROR DE MULTIPLICACIÓN. TODAS LAS LECTURAS O SEÑALES DE SALIDA AUMENTAN O DISMINUYEN PROGRESIVAMENTE CON RELACIÓN A LA RECTA REPRESENTABA), SIN QUE EL PUNTO DE PAR DA CAMBIE. LA DESVIACIÓN PUEDE SER POSITIVA O NEGATIVA. • ERROR DE ANGULARIDAD. LA CURVA COINCIDE CON LOS PUNTOS 0% Y 100% DE LA RECTA REPRESENTA VA, PERO SE APARTA DE LA MISMA EN LOS RESTANTES. EN LA GURA 10.3C PUEDE VERSE UN ERROR DE ESTE TIPO. EL MÁXIMO DE LA DESVIACIÓN SUELE ESTAR A LA MITAD DE LA ESCALA.

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OTROS ERRORES PROVIENEN DE LA LECTURA DEL INSTRUMENTO POR EL OBSERVADOR (INSTRUMENTOS ANALÓGICOS) Y SON: • ERROR DE PARALAJE QUE SE PRODUCE CUANDO EL OBSERVADOR EFECTÚA LA LECTURA DE MODO QUE LA LÍNEA DE OBSERVACIÓN AL ÍNDICE NO ES PERPENDICULAR A LA ESCALA DEL INSTRUMENTO.

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2.6.3 incertidumbre …………………………………………. 2.7 criterios de selección …………………………………… 2.8 acondicionamiento de señal …………………………...

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