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ÍNDICE GENERAL 1. Tema: ..................................................................................................................................... 2
2. Objetivos: .............................................................................................................................. 2
3. Marco teórico: ....................................................................................................................... 2
4. Equipo necesario: .................................................................................................................. 5
5. Procedimiento: ...................................................................................................................... 6
6. Informe de Laboratorio ......................................................................................................... 6
6.1. Datos obtenidos en la práctica .......................................................................................... 6
6.2. Gráficas de los datos obtenidos en la práctica .................................................................. 7
6.3. Datos para la determinación de la presión desconocida .................................................. 8
6.4. Cálculo de la presión desconocida .................................................................................... 8
7. Análisis de Resultados ........................................................................................................... 9
8. Conclusiones.......................................................................................................................... 9
9. Recomendaciones ............................................................................................................... 10
10. Bibliografía ...................................................................................................................... 10
11. Anexos ............................................................................................................................. 10
ÍNDICE DE GRÁFICOS Ilustración 1 Tubo de Bourdon ...................................................................................................... 4
Ilustración 2 Manómetros de diafragma....................................................................................... 5
Ilustración 3 Ensamble el circuito neumático y el eléctrico .......................................................... 6
Ilustración 4 Gráfica de Presión - Voltaje de los datos obtenidos y su linealización .................... 7
Ilustración 5 Gráfica de Presión - Corriente de los datos obtenidos y su linealización ................ 8
Ilustración 6 Compresor que suministra de la presión deseada ................................................. 11
Ilustración 7 Instalación del módulo para medir la presión ........................................................ 11
Ilustración 8 Ejemplo de toma de datos en el módulo de trabajo .............................................. 11
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Datos obtenidos de voltaje y corriente a diferentes presiones ....................................... 7
Tabla 2 Datos para determinar la presión ..................................................................................... 8
ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación 1 Ecuación de la curva característica del sensor de presión.......................................... 8
Ecuación 2 Ecuación de la curva característica del sensor de presión.......................................... 8
Ecuación 3 Determinar el % de error ............................................................................................ 9
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INFORME GUIA C
1. Tema:
Característica estática de un sensor analógico de presión.
2. Objetivos:
Aprender el comportamiento de un sensor analógico de presión por medio de la
medición y comparación de las curvas características de la tensión y la corriente.
3. Marco teórico:
La presión es una expresión de la fuerza necesaria para detener un líquido de expansión,
y suele expresarse en términos de fuerza por unidad de superficie. Un sensor de presión
generalmente actúa como un transductor, que genera una señal como una función de
la presión impuesta. A los efectos de este artículo, como una señal eléctrica.
Los sensores de presión se utilizan para el control y la vigilancia en miles de aplicaciones
de uso diario. Los sensores de presión también se puede utilizar para medir
indirectamente otras variables tales como líquido / flujo de gas, velocidad, nivel de agua,
y la altitud. Sensores de presión, alternativamente se puede llamar transductores de
presión, transmisores de presión, transmisores de presión, indicadores de presión y
piezómetros, manómetros, entre otros nombres.
Sensores de presión puede variar drásticamente en la tecnología, el diseño, el
rendimiento, la aplicación de conveniencia y coste. Una estimación conservadora sería
que puede haber más de 50 tecnologías y al menos 300 empresas que los sensores de
presión en todo el mundo. (Martinez, 2011)
También existe una categoría de sensores de presión que están diseñados para medir
en un modo dinámico para captarlos cambios de velocidad muy alta de la presión.
Ejemplos de aplicación para este tipo de sensor estaría en la medición de la presión de
combustión en un cilindro del motor o en una turbina de gas. Estos sensores son
comúnmente fabricados fuera del piezoeléctrico materiales como el cuarzo.
Algunos sensores de presión, como las que se encuentran en algunas cámaras de tráfico
de aplicación, en función de un sistema binario (encendido / apagado) manera, es decir,
cuando la presión se aplica a un sensor de presión, el sensor de actos para completar o
romper un circuito eléctrico. Este tipo de sensores también se conoce como un
interruptor de presión.
Hay tres tipos de medidas de presión que normalmente se realiza: presión absoluta,
presión relativa o de instrumento y presión diferencial. La presión absoluta es la presión
con respecto al vacío perfecto, la presión atmosférica y la diferencial es con respecto a
otra presión conocida.
La forma más conocida de los sensores es aquella que considera la deformación de
elementos elásticos frente a la presión aplicada o al movimiento que la deformación
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permite, pero también se utiliza otros principios como la variación de capacitancia o la
piezoelectricidad. Los sensores de presión de deformación vienen en forma de tubos
cerrados (Bourdon) y membrana. Para poder obtener una señal eléctrica de estos se
puede utilizar potenciómetro asociados a mecanismos (en el caso de los Bourdon),
LDVTs o galgas extensiometricas (en los de membrana). (Yánez, 2014)
Usos y aplicaciones de los sensores análogos de presión
HVAC (calefacción, ventilación, aire acondicionado)
Medición de la presión de combustible
Medición de la presión de aire
Medición de la presión hidráulica.
Tubo de Bourdon
El método más usual para medir presiones es por medio del barómetro de Bourdon, que
consiste en un tubo de una sección aplanada de bronce o acero curvado en arco. A
medida que se aplica presión al interior del tubo, éste tiende a enderezarse, y éste
movimiento se transmite a un cuadrante por intermedio de un mecanismo amplificador
adecuado. Los tubos Bourdon para altas presiones se hace de acero, puesto que la
exactitud del aparato depende en gran parte del tubo, sólo deben emplearse tubos
fabricados de acuerdo con las normas más rigurosas Es costumbre utilizar los
manómetros para la mitad de la presión máxima de su escala, cuando se trata de presión
fluctuante, y para los dos tercios de ella, cuando la presión es constante. Si un tubo
Bourdon se somete a presión superior a la de su límite y a presiones mayores que las
que actuó sobre él en el proceso de envejecimiento, puede producirse una deformación
permanente que haga necesaria su calibración.
Los manómetros en uso continuo, y especialmente los sometidos a fluctuaciones rápidas
y frecuentes de presión, deben verificarse repetidas veces. Un procedimiento cómodo
para hacerlo consiste en tener un manómetro patrón exacto que pueda conectarse en
cualquier punto de la tubería en la que está unido el manómetro regular y efectuar
comparaciones. A intervalos regulares debe confrontarse el manómetro patrón con el
manómetro de peso directo o contrapesos. El manómetro de Bourdon es
completamente satisfactorio para presiones hasta de unas 2000 atm, siempre que sea
suficiente una exactitud de 2 a 3 por ciento. (Wiegand, 2014)
Estos manómetros se encuentran en el comercio con lecturas máximas en sus escalas
de unos 7000 Kg / cm². Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la
deformación es una constante del material, conocida como el módulo de Young:
E=Carga/e . Por ende, si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la
carga según:
Carga = E*e
El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales
utilizados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más común en plantas de
procesos que requieran medición de presiones, consiste de un tubo metálico achatado
y curvado en forma de "C", abierto sólo en un extremo. Al aplicar una presión al interior
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del tubo (se le infla, por ejemplo) la fuerza generada en la superficie (área) exterior de
la "C" es mayor que la fuerza generada en la superficie interior, de modo que se genera
una fuerza neta que deforma la "C" hacia una "C" más abierta.
Esta deformación es una medición de la presión aplicada y puede trasladarse a una
aguja indicadora tanto como a un sistema de variación de resistencia o campos
eléctricos o magnéticos.
El tubo Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo y el
tubo se encuentra cerrado en un extremo.
Al aumentar la presión dentro del tubo, este se deforma, y el movimiento se transmite
a la aguja indicadora.
Empíricamente se halla el tubo adecuado al rango de presión deseado.
El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espirar
alrededor de un eje común.
En el helicoidal se aplica el mismo concepto, pero sólo que en forma de hélice.
Con estas características se obtiene una mayor longitud de desplazamiento de la aguja
indicadora, favoreciendo su aplicación a sistemas registradores. (Wiegand, 2014)
Ilustración 1 Tubo de Bourdon
MANÓMETROS CON ELEMENTOS DE DIAFRAGMA Los elementos de diafragma tienen forma circular y membranas onduladas. Estas están sujetas alrededor del borde entre dos bridas o soldadas y sujetos a la presión del medio actuando en un lado. La desviación causada de esta forma se utiliza como medición para la presión y es mostrada por la aguja indicadora del instrumento. En comparación con los tubos Bourdon, estos elementos de diafragma tienen una fuerza activadora relativamente alta y debido a ello la sujeción en su periferia del elemento es insensible a la vibración.
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El elemento de diafragma puede someterse a una fuerte sobrecarga a través de los puntos de aceptación (al traer los elementos de diafragma contra la brida superior). Además, el instrumento de medición puede protegerse contra elementos extremadamente corrosivos cubriéndolo con un material especial. Las conexiones a proceso pueden ser bridas de conexión abiertas y los enchufes de purga pueden ser integrados para medir elementos muy viscosos, impuros o cristalizables. Los márgenes de presión están entre 0 ... 16 mbar y 0 ... 40 bar en clase precisión desde
0,6 a 2,5 %. (Wiegand, 2014)
Ilustración 2 Manómetros de diafragma
DEFINICIONES NECESARIAS
Sensor: se define normalmente como el elemento que se encuentra en contacto directo con la magnitud que se va a evaluar. El sensor recibe la magnitud física y se la proporciona al transductor. (Andalucia, 2014) Transductor: De manera general podemos decir que es un elemento o dispositivo que tiene la misión de traducir o adaptar un tipo de energía en otro más adecuado para el sistema, es decir convierte una magnitud física, no interpretable por el sistema, en otra variable interpretable por dicho sistema. El transductor transforma la señal que entrega el sensor en otra normalmente de tipo eléctrico. El transductor suele incluir al sensor. (Andalucia, 2014) Transmisor: se entiende por transmisor la circuitería que transforma la señal que sale del sensor, transductor o captador y la convierte en una señal normalizada. (Andalucia, 2014)
4. Equipo necesario:
a) Transmisores de presión analógicos b) Fuente de presión c) Distribuidor de presión d) Unidad de conmutación e) Selector de salida f) Fuente de poder g) 2 multímetros digitales h) Cables
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5. Procedimiento:
a) Ensamble el circuito neumático y el eléctrico mostrado en la figura:
Ilustración 3 Ensamble el circuito neumático y el eléctrico
b) El multímetro g1 (izq.) le configuramos para medir voltaje continuo, y el g2 (der.) para medir corriente continua. Realizamos las conexiones entre los transmisores y los multímetros tomando en cuenta que del transmisor de 1-5V y 4-20mA se va a medir tensión, y del transmisor de 0-10V y 0-20mA se va a medir corriente.
c) A través de la unidad de mantenimiento regulamos la presión de entrada a los
transmisores desde 0 a 6.5 BAR en intervalos de 0.5. Comprobamos estos valores a través del display digital disponible en la práctica.
d) Antes de encender la fuente verifique que los cables de salida de los
transmisores ingresan a los bornes correctos del multímetro y que los rangos del multímetro están bien seleccionados. Leemos los valores de corriente y voltaje, que arrojan los multímetros en la Tabla No.1 de la hoja de resultados.
e) Pida a la persona encargada de la práctica que coloque una presión a través de la
unidad de mantenimiento. Lea el voltaje y la corriente entregada por el sensor bajo prueba (5V/20mA). Lea el valor de presión que indica el manómetro de la unidad de mantenimiento.
6. Informe de Laboratorio
6.1. Datos obtenidos en la práctica
En la siguiente tabla se muestra los datos obtenidos del sensor de presión tanto corriente
como voltaje en la salida.
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Presión (bar) Voltaje (V) Corriente (mA)
0 0 0,04
0,5 0,607 1,25
1 1,106 2,28
1,5 1,614 3,32
2 2,1 4,3
2,5 2,583 5,33
3 3,095 6,37
3,5 3,597 7,4
4 4,09 8,39
4,5 4,59 9,58
5 5,08 10,5
5,5 5,56 11,5
6 6,06 12,51
Tabla 1 Datos obtenidos de voltaje y corriente a diferentes presiones
6.2. Gráficas de los datos obtenidos en la práctica
PRESIÓN – VOLTAJE
Ilustración 4 Gráfica de Presión - Voltaje de los datos obtenidos y su linealización
y = 0,9994x + 0,0851
0
1
2
3
4
5
6
7
0 1 2 3 4 5 6 7
PR
ESIÓ
N (
bar
)
VOLTAJE (V)
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PRESIÓN – CORRIENTE
Ilustración 5 Gráfica de Presión - Corriente de los datos obtenidos y su linealización
6.3. Datos para la determinación de la presión desconocida
Presión (bar) Voltaje (V)
? 6
Presión (bar) Corriente (mA)
? 12,4 Tabla 2 Datos para determinar la presión
6.4. Cálculo de la presión desconocida
Según las curvas características tenemos que las ecuaciones son:
PRESIÓN – VOLTAJE:
y = 0,9994x + 0,0851
Ecuación 1 Ecuación de la curva característica del sensor de presión
Donde “x” representa al voltaje conocido 6 V y “y” la presión desconocida,
reemplazando datos tenemos:
y = 0,9994*6 + 0,0851
y= 6,0815 bar
PRESIÓN – CORRIENTE:
y = 0,4833x - 0,0759
Ecuación 2 Ecuación de la curva característica del sensor de presión
y = 0,4833x - 0,0759
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12 14
Pre
sió
n (
bar
)
Corriente (mA)
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Donde “x” representa la corriente conocida 12,4 mA y “y” la presión desconocida,
reemplazando datos tenemos:
y = 0,4833*12,4 - 0,0759
y = 0,4833x - 0,0759
y= 5,9170 bar
Cálculo de ERROR en la medida:
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑝𝑟á𝑐𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜∗ 100
Ecuación 3 Determinar el % de error
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =6,0815 − 5,9170
6,0815∗ 100
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 2,7049
7. Análisis de Resultados El error presentado es pequeño 2,71% que es menor al error máximo del 5% que se considera aceptable, lo que indica que la toma de datos se realizó con mucho cuidado aunque el equipo se encuentra deteriorado por los años de uso, este error era muy perceptible ya que adicional a la falla del equipo se encuentra la falla de la percepción de las personas que realizamos este laboratorio añadiendo que se está trabajando con dos curvas diferentes linealizadas por el computador en donde las más mínimas cifras introducidas producen un cambio en nuestra curva.
8. Conclusiones
La característica estática del sensor es una línea recta. Por lo tanto la forma de relación
I – O del sensor de presión es tipo lineal.
Se observa claramente la pendiente positiva en las rectas.
Mediante esta práctica pudimos deducir el comportamiento del sensor analógico de presión la presión es directamente proporcional al voltaje y a la corriente para el sensor analógico de presión.
En el sector industrial se prefiere trabajar con sensores lineales debido a su mayor facilidad y adaptabilidad a diferentes procesos.
Los datos de la señal de entrada deben estar dentro del rango de trabajo del sensor, con el fin de obtener una señal de salida con datos también dentro del rango del sensor.
Las mediciones se las debe realizar de la mejor manera para que los resultados sean una real imagen del funcionamiento del sensor.
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9. Recomendaciones
Antes de empezar a tomar los datos verificar las conexiones. Para evitar posibles daños en los equipos de laboratorio.
Antes de prender el equipo, pedir la previa revisión de las conexiones del mismo.
Mover cuidadosamente la perilla del compresor que suministra la presión ya que esta hace variar muy drásticamente al sensor y por ende la toma de datos se vuelve un poco difícil de realizarla.
Es necesario contar con dos multímetros para eficaz toma de datos ya que esto nos permite medir voltaje y corriente al mismo tiempo y agilita el trabajo.
Es importante tener la colaboración de los integrantes del grupo para realizar una mejor toma de datos.
10. Bibliografía
Andalucia, J. d. (16 de 11 de 2014). Transductor, Captador, Transmisor. Obtenido de
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~23005153/d_tecnologia/bajables/2%20ba
chillerato/TRANSDUCTORES,%20SENSORES%20Y%20CAPTADORES.pdf
Bentley, J. P. (2005). Principles of measurement systems. Pearson/Prentice Hall.
Martinez, A. (4 de 08 de 2011). Definiciones basicas de Control. Obtenido de
http://www.scribd.com/doc/2634841/DEFINICIONES-BASICAS-DE-CONTROL
SOLE, A. C. (2005). Instrumentación Industrial (7ma ed.).
Wiegand, A. (16 de 11 de 2014). Manometros con elementos elásticos. Obtenido de http://de-
de.wika.de/upload/DS_IN0001_ES_1365.pdf
Yánez, L. E. (11 de 11 de 2014). AUTOMATIZACIÓN E INSTRUMENTACIÓN MECANICA Y
MECATRÓNICA. Obtenido de http://www.insdecem.com/archivos/Instrumenta.pdf
11. Anexos
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Ilustración 6 Compresor que suministra de la presión deseada
Ilustración 7 Instalación del módulo para medir la presión
Ilustración 8 Ejemplo de toma de datos en el módulo de trabajo
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