trabajo instrumentacionindustrial franlipereira mecanica826
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Instrumentacion industrialTRANSCRIPT
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUC UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD POLITECNICA TERRITORIAL DE PORTUGUESA
J. J. MONTILLA NUCLEO ACARIGUA
CATEDRA PNF. INGENIERIA MECANICA
T.S.U
Pereira, Franli C.I: 21.562.226
Semestre 8 Seccin: 26
Ctedra: PNF. Ing. Mecnica
Unidad Curricular: Automatizacin Industrial
Turno: Diurno
Prof: Ing. Gustavo Verd
ACARIGUA, FEBRERO DEL 2015
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DEFINICION DE PRESION
La presin puede definirse como una fuerza por unidad de rea o
superficie, en donde para la mayora de los casos se mide directamente por
su equilibrio con otras fuerzas conocidas que pueden ser la de una columna
liquida, un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado
con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformacin
cualitativa cuando se le aplica la presin, esta puede expresarse en unidades
tales como pascal, bar, atmsferas, kilogramos por centmetro cuadrado y
psi. (libras por pulgada cuadrada).
REFERENCIAS DE PRESION
La presin siempre se mide respecto a una referencia o valor patrn,
la cual puede ser el vaco absoluto u otra presin como en el caso ms
comn en que se trata de la presin atmosfrica. Segn la referencia de
presin utilizada se le dan nombres distintos a las medidas de presin. Entre
estas tenemos:
Presin absoluta: Es la presin referida al vaco absoluto.
Presin manomtrica: Es la presin referida a la `presin atmosfrica.
Presin de vaco: Es la presin referida a la presin atmosfrica pero por
debajo de ella.
Presin diferencial: Es la diferencia entre dos presiones cualesquiera
Presin atmosfrica: Es la presin ejercida por el peso de la atmsfera
sobre la tierra. AS nivel del mar esta es de aproximadamente 760 mm de Hg
, 14.7 psia o 100 KPa. En Merida que se encuentra a aproximadamente 1600
metros de altitud esta es de aproximadamente 85 KPa.
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Presin baromtrica: Es la medida de la presin atmosfrica la cual vara
levemente con las condiciones climticas.
UNIDADES DE PRESION
Las unidades de presin expresan una unidad de fuerza sobre unidad
de rea. Las ms usadas son Kg/cm2, psi (lbf/pulg2), Pascal (N/m2), bar,
atmsfera, Torr (mm de columna de Hg). La siguiente tabla resume los
factores de conversin de las unidades de presin ms comunes.
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MEDIDORES DE PRESION
Son instrumentos de precisin fabricados para medir la presin
sangunea, la presin de lquidos y gases en tuberas o tanques de
almacenamiento y la presin atmosfrica, a grandes rasgos, teniendo para
cada uso diversos equipos disponibles de acuerdo a las necesidades.
Dependiendo de las aplicaciones de los medidores de presin, son las
unidades disponibles para sus resultados, adems de que algunos reciben
nombres diferentes dependiendo tambin del tipo de presin que van a
medir.
RAZONES POR EL CUAL SE DEBE MEDIR LA PRESION EN UN
DETERMINADO PROCESO
Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas
presiones que se deben mantener en un proceso.
Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde
la presin no debe exceder un valor mximo dado por las
especificaciones del diseo.
En aplicaciones de medicin de nivel.
En aplicaciones de medicin de flujo.
CLASIFICACION DE LOS MEDIDORES DE PRESION
El campo de aplicacin de los medidores de presin es amplio y
abarca desde valores muy bajos (vaco) hasta presiones de miles de bar. Los
instrumentos de presin se clasifican en tres grupos:
Mecnicos
Neumticos
Electromecnicos
Electrnicos.
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MEDIDORES DE PRESION MECANICOS
Elementos primarios de medida directa
Son aquellos que miden la presin comparndola con la ejercida por un
lquido de densidad y altura conocidas. Entre ellos: barmetro de cubeta,
manmetro de tubo en U, manmetro de tubo inclinado, manmetro de toro
pendular, manmetro de campana.
Elementos primarios elsticos
Son aquellos que se deforman por la presin interna del fluido que contienen.
Los elementos primarios elsticos ms empleados son: el tubo Bourdon, el
elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.
Tubo Bourdon: es un tubo de seccin elstica que forma un anillo casi
completo, cerrado por un extremo. AI aumentar la presin en el interior del
tubo, ste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja
indicadora, por un sector dentado y un pin. La Iey de deformacin del tubo
Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empricamente a travs
de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos. El material
empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleacin
de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel.
Elemento en espiral: se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de
espiral alrededor de un eje comn, y el helicoidal arrollando ms de una
espira en forma de hlice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento
grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.
El diafragma: consiste en una o varias capsulas circulares conectadas
rgidamente entre s por soldadura, de forma que al aplicar presin, cada
capsula se deforma y la suma de los pequeos desplazamientos es
amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo
que, al aplicar presin, el movimiento se aproxima a una relacin lineal en un
intervalo de medida lo ms amplio posible con un mnimo de histresis y de
desviacin permanente en el cerro del instrumento. El material del diafragma
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es normalmente aleacin de nquel o inconel x. Se utiliza para pequeas
presiones.
El fuelle: es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza
flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento
considerable. Hay que sealar que los elementos de fuelle se caracterizan
por su larga duracin, demostrada en ensayos en los que han soportado sin
deformacin alguna millones de ciclos de flexin. El material empleado para
el fuelle es usualmente bronce fosforoso y el muelle es tratado trmicamente
para mantener fija su constante de fuerza por unidad de compresin. Se
emplean para pequeas presiones.
Los medidores de presin absoluta: consisten en un conjunto de fuelle y
muelle opuesto a un fuelle sellado al vaco absoluto. El movimiento resultante
de la unin de los dos fuelles equivale a la presin absoluta del fluido. El
material empleado para los fuelles es latn o acero inoxidable. Se utilizan
para la medida exacta y el control preciso de bajas presiones, a las que
puedan afectar las variaciones en la presin atmosfrica. En la medida de
presiones de fluidos corrosivos pueden emplearse elementos primarios
elsticos con materiales especiales en contacto directo con el fluido. Sin
embargo, en la mayora de los casos es ms econmico utilizar un fluido de
sello cuando l fluido es altamente viscoso y obtura el elemento (tubo
Bourdon, por ejemplo), o bien, cuando la temperatura del proceso es
demasiado alta.
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Caractersticas de los elementos mecnicos
MEDIDORES DE PRESION NEUMATICOS
Son aquellos que utilizan elementos mecnicos con desplazamientos
de gases.
Transmisores Neumticos: Los transmisores neumticos se basan en el
sistema tobera-obturador que convierte el movimiento del elemento de
medicin en una seal neumtica.
Sistema tobera-obturador: Consiste en un tubo neumtico aumentado a
una presin constante P, con una reduccin en su salida en forma de tobera,
la cual puede ser obstruida por una lmina llamada obturador cuya posicin
depende del elemento de medida.
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La vlvula piloto: (amplificador neumtico) empleada en el amplificador de
dos etapas cumple la funcin de aumentar el caudal de aire suministrado, o
del caudal de escape para conseguir tiempos de respuesta inferiores al
segundo. La otra funcin es amplificar la presin (ganancia) que suele ser de
4 a 5, en general, para obtener as la seal neumtica estndar 3-15 psi (0,2-
1 bar).
Transmisor de equilibrio de movimiento: Compara el movimiento del
elemento de medicin asociado al obturador con un fuelle de realimentacin
de la presin posterior de la tobera. El conjunto se estabiliza segn la
diferencia de movimientos alcanzando siempre una posicin de equilibrio tal
que existe una correspondencia lineal entre la variable y la seal de salida.
Hay que sealar que en este tipo de transmisores, las palancas deben ser
livianas, pero bastante fuertes para que no se doblen.
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Transmisor de equilibrio de fuerzas: Es un elemento de medicin que
ejerce una fuerza en el punto A sobre la palanca AC que tiene su punto de
apoyo en D. Cuando aumenta la fuerza ejercida por el elemento de medicin,
la palanca AC se desequilibra, tapa la tobera, la presin aumenta y el
diafragma ejerce una fuerza hacia arriba alcanzndose un nuevo equilibrio.
Hay que sealar, como se ha dicho, que en este transmisor los movimientos
son inapreciables.
MEDIDORES DE PRESION ELECTROMECANICOS
Los elementos electromecnicos de presin utilizan un elemento
mecnico elstico combinado con un transductor elctrico que genera la
seal elctrica correspondiente. El elemento mecnico consiste en un tubo
Bourdon, espiral, helice, diafragma, fuelle o una combinacin de los mismos
que, a travs de un sistema de palancas convierte la presin en una fuerza o
en un desplazamiento mecnico.
Transmisores electrnicos de equilibro de fuerza: En este instrumento el
elemento mecnico elstico de medicin ejerce una fuerza sobre una barra
rgida del transmisor. Para cada valor de la presin la barra adopta una
posicin determinada excitando un transductor de desplazamiento tal como
un detector de Inductancia, Transformador Diferencial, o un detector
Fotoelctrico. Las principales caractersticas son:
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Presentan movimientos muy pequeos en la barra de equilibrio.
Poseen realimentacin.
Una muy buena elasticidad.
Nivel alto en la seal de salida.
Presentan un ajuste del cero y del span complicado, por su
constitucin mecnica.
Presentan una alta sensibilidad a vibraciones.
La estabilidad en el tiempo es de media a pobre.
Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecnico que
utilizan.
Su precisin es del orden de 0.5-1 %.
Transmisores Resistivos: Es uno de los transmisores ms sencillos.
Consiste en un elemento elstico que vara la resistencia hmica de un
potencimetro en funcin de la presin. Las principales caractersticas de los
instrumentos electromecnicos resistivos son:
Su seal de salida es bastante potente, sin necesidad de
amplificacin.
Son muy sensibles a vibraciones externas.
Presentan una estabilidad pobre en el tiempo.
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Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecnico que
utilizan.
La precisin es del orden del 1-2%.
Transmisores Magnticos: Se clasifican segn su principio de
funcionamiento en: Transductores de Inductancia Variable y Transductores
de Reluctancia Variable.
Transductores de Inductancia Variable: El desplazamiento de un ncleo
mvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de sta en forma casi
proporcional a la porcin metlica del ncleo contenida dentro de la bobina.
Presenta las siguientes ventajas:
En la medicin no se produce rozamiento.
Se obtiene una respuesta lineal.
Son pequeos y de construccin robusta.
No necesitan ajustes crticos en el montaje.
Su precisin es del orden del +/- 1%.
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Transductores de Reluctancia Variable: Consiste en un imn permanente
o un electroimn que crea un campo magntico dentro del cual se mueve
una armadura de material magntico. El circuito se alimenta con una fuerza
magneto-motriz constante con la que al cambiar la posicin de la armadura
vara la reluctancia y por lo tanto el flujo magntico. Esta variacin del flujo
da lugar a una corriente inducida en la bobina que es proporcional a la
presin medida. Las caractersticas principales de este tipo de instrumento
son:
No existen rozamientos, por lo que se elimina la histresis mecnica
tpica de otro instrumento.
Presentan una alta sensibilidad a las vibraciones.
Presentan una estabilidad media en el tiempo.
Son sensibles a las temperaturas.
Su precisin es del orden del +/- 0.5%.
Posicionan la armadura mvil con un elemento de presin mecnico.
Transmisores Capacitivos: Se basan en la variacin de capacidad que se
produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la
aplicacin de presin. La placa mvil tiene forma de diafragma y se
encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tienen dos
condensadores uno de capacidad fija o de referencia y otro de capacidad
variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos
de puente de Wheatstone alimentado con corriente alterna. Este tipo de
transductores se caracteriza por:
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Su pequeo tamao y su construccin robusta.
Tienen un pequeo desplazamiento volumtrico.
Son adecuados para medidas estticas y dinmicas.
Son sensibles a las variaciones de temperatura.
Su intervalo de medida es relativamente amplio.
Su precisin es del orden de +/-0.2 a +/-0.5 %.
Su seal de salida es dbil por lo que precisan de amplificadores con
el riesgo de introducir errores es la medicin.
Transmisores Piezoelctricos: Son materiales cristalinos que al deformarse
fsicamente por la accin de una presin, generan una seal elctrica. Los
materiales tpicos en la construccin de los transductores piezoelctricos son
el cuarzo y el titanato de bario, capaces de soportar temperaturas del orden
de 150C en servicio continuo y de 230C en servicio intermitente. Sus
principales caractersticas son las siguientes:
Son elementos ligeros, de pequeo tamao y de construccin robusta.
Su seal de respuesta es lineal a una variacin de presin.
Su precisin vara en el orden de +/- 1 %.
El intervalo de medida vara entre 0.1 a 600 Kg/cm2.
Son adecuados para medidas dinmicas, al ser capaces de
respuestas frecuenciales de hasta 1 milln de ciclos por segundo.
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Las principales desventajas este tipo de instrumento son:
Son sensibles a los cambios de temperaturas.
Precisan de ajustes de impedancia en caso de fuerte choque.
Su seal de salida es relativamente dbil por lo que precisa de
amplificadores y acondicionadores de seal que podran introducir
errores en la medicin.
MEDIDORES DE PRESION ELECTRONICOS
Transductores Mecnicos de Fuelle y Diafragma: Trabajan en forma
diferencial entre la presin atmosfrica y la del proceso. Pueden estar
compensados con relacin a la presin atmosfrica y calibrada en unidades
absolutas.
Medidor McLeod: Se utiliza como aparato de precisin en la calibracin de
los restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra del gas de
gran volumen conocido a un volumen mas pequeo y a mayor presin
mediante una columna de mercurio en un tubo capilar.
Transductores Trmicos: Se basan en el principio de la proporcionalidad
entre la energa disipada desde la superficie caliente de un filamento
calentado por una corriente constante y la presin del gas ambiente cuando
el gas esa a bajas presiones absolutas. Transductor trmico de termopar,
Transductor Pirani, Transductor bi-metlico.
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Transductor trmico de termopar: Contiene un filamento en V que lleva
incorporado un pequeo termopar. Al pasar una corriente constante a travs
del filamento, su temperatura es inversamente proporcional a la presin
absoluta del gas.
Transductor Bimetlicos: Utiliza una espiral bimetlica calentada por una
fuente de tensin estabilizada. Cualquier cambio en la presin produce una
deflexin de la espiral, que a su vez esta acoplada a un ndice que seala la
escala el vaco.
Transductor de Ionizacin: Se basan en la formacin de los iones que se
producen en las colisiones que existan entre molculas y electrones. La
velocidad de formacin de estos iones, es decir la corriente inica, vara
directamente con la presin. Transductor de filamento caliente, Transductor
de catado fro.
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Transductor de filamento caliente: Consiste en un tubo electrnico con un
filamento de tungsteno por una rejilla en forma de bobina, la cual a su vez
est envuelta por una placa colectora. La emisin de iones es proporcional a
la presin del gas dentro del tubo.
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TEMPERATURA
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de
caliente o fro. En pocas palabras, un objeto ms caliente que otro, puede
considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es fro, se considera que
tiene una temperatura menor.
MEDICION DE TEMPERATURA
La temperatura cuantifica la actividad de las molculas de la materia.
Est relacionada con la energa cintica, que es la energa asociada a los
movimientos de las partculas del sistema. Cuanta mayor energa, mayor
ser la temperatura. Intuitivamente, la temperatura es una propiedad de la
materia que podemos descubrir cuando lo tocamos. Podemos percibir que un
material est caliente o fro. El instrumento con el que medir la temperatura
se llama termmetro. Dicho instrumento est calibrado segn distintas
escalas que dependen de la zona del planeta en el que se encuentre.
Histricamente se desarrollaron una serie de escalas que tomaban
distintos puntos de referencia; en la actualidad, hay tres escalas
internacionalmente reconocidas, la escala en grados Celsius, la escala en
grados Kelvin y la escala en grados Fahrenheit.
El avance de la tcnica ha hecho evolucionar los termmetros, y en la
actualidad se encuentran toda una amplia gama de dispositivos que miden la
temperatura de distintas formas. Existen los termmetros convencionales,
cuyo funcionamiento consiste en mostrar visualmente la temperatura en una
escala de valores, tenemos los sensores de temperatura, que ofrecen
cambios en magnitudes elctricas cuando cambia la temperatura y, de esta
forma, se pueden conectar a dispositivos elctricos o electrnicos y por
ltimo, tenemos los termostatos, los cuales modifican mecnicamente su
comportamiento.
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SENSOR DE TEMPERATURA
Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los
cambios de temperatura en cambios en seales elctricas que son
procesados por equipo elctrico o electrnico. Hay tres tipos de sensores de
temperatura, los termistores, los RTD y los termopares.
Termistores
Los termistores son sensores de temperatura resistivos donde la el elemento
sensor cambia su resistencia de acuerdo con las variaciones de temperatura.
Existen dos tipos de termistor, aquellos cuya resistencia aumenta en funcin
de la temperatura, tambin llamados PTC (Positive Temperature Coefficient)
y aquellos cuya resistencia disminuye conforme aumenta la temperatura,
llamados NTC (Negative Temperature Coefficient). El material base con que
estn fabricados los termistores es un semiconductor (igual que los
transistores) que deja pasar parcialmente la corriente.
Principios Bsicos de Operacin del Termistor
Resistencia sensible a la temperatura.
Semiconductor elaborado a base de xidos de metales.
Se fabrican Termistores con coeficientes positivos y negativos de
temperatura.
Valores de resistencia de 2252 W a 10000 W a 25 C.
Tienen un alcance hasta 300 C.
La relacin entre resistencia y temperatura en un autocalentamiento
viene dada por:
RT = RToexp[(1/T 1/To)]
Donde T es la temperatura en K, To la temperatura de referencia en K y b
es el coeficiente de temperatura del material. De este auto calentamiento se
puede notar la cada fuerte de la resistencia del auto calentamiento con la
temperatura. Un auto calentamiento ms exacta est dada por:
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1/T = A + B(lnR) + C(lnR)3
Donde A, B y C son constantes empricas determinadas a partir de la curva R
vs T tomando tres pares de valores y resolviendo un sistema de tres auto
calentamiento con tres incgnitas.
Aplicaciones de los Termistores
Su aplicacin ms frecuente es como sensor de temperatura para
mediaciones rpidas en sondas manuales que acompaan a los termmetros
porttiles electrnicos, sin embargo hay tres grupos:
Aplicaciones en las que la corriente que circula por ellos, no es capaz
de producirles aumentos apreciables de temperatura y por tanto la
resistencia del termistor depende nicamente de la temperatura del
medio ambiente en que se encuentra.
Aplicaciones en las que su resistencia depende de las corrientes que
lo atraviesan.
Aplicaciones en las que se aprovecha la inercia trmica, es decir, el
tiempo que tarda el termistor en calentarse o enfriarse cuando se le
somete a variaciones de tensin.
Ventajas y Desventajas de los Termistores
Ventajas:
La alta resistividad de los materiales empleados, es posible disponer
de termistores de tamao reducido. Esto, por un lado, permite reducir
el coste del sensor y su empleo en una amplia variedad de
aplicaciones.
La sensibilidad de un termistor puede ser bastante elevada, con
grandes variaciones de resistencia ante pequeas variaciones de
temperatura.
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La ventaja ms importante es su pequea medida, lo que permite
velocidades de respuesta muy altas.
Desventajas:
El margen de funcionamiento de un termistor, de-100 C a 450 C, es
ms limitado que en los termopares y los sensores RTD.
La variacin de la resistencia con la temperatura para un termistor,
comparada con un sensor RTD, es muy no lineal.
Falta de estabilidad en el tiempo y su gran dispersin en comparacin
con los termos resistencia, que pueden fabricarse con valores de
resistencia superiores, mayor exactitud y valores normalizados
universalmente que garantizan su intercambio sin calibracin previa.
RTD (Resistance Temperature Detector)
Un RTD es un sensor de temperatura basado en la variacin de la
resistencia de un conductor con la temperatura. Los metales empleados
normalmente como RTD son platino, cobre, niquel y molibdeno. De entre los
anteriores, los sensores de platino son los ms comunes por tener mejor
linealidad, ms rapidez y mayor margen de temperatura.
Principios Bsicos de Operacin de los RTD
Se fundamentan en la variacin que experimenta la resistencia de los
metales con la temperatura. Siendo esta variacin aproximadamente
lineal con la temperatura.
Uno de los metales ms usado para este tipo de detector es el platino
(Pt-100), el cual se caracteriza por presentar una resistencia de 100 W
a 0oC.
La relacin entre resistencia y temperatura viene dada por la relacin:
RT = R0[1 + At + Bt2 + C(t 100)3]
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La expresin lineal aproximada viene dada por la ecuacin:
RT = R0 (1 + aT) Donde a recibe el nombre de coeficiente de temperatura y tiene un valor para la resistencia de platino a = 0.0039110C-1. Aplicaciones de los RTD Las aplicaciones bsicas son en industria para medir la temperatura de automviles, electrodomsticos, etctera; en laboratorios de precisin; en ohmmetros y en termmetros utilizados donde hay ambientes exigentes.
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Ventajas y Desventajas de los RTD Ventajas:
Tiene un margen de temperatura muy amplio
Tienen una gran sensibilidad
Las medidas son dadas con mucha exactitud y repetitividad
Presentan derivas en la medida de 0,1 C al ao por lo que son muy estables en el tiempo
Desventajas:
Son que el coste es ms alto que el de los termopares o termistores
Su tamao ser mayor limitando as su velocidad de reaccin
Son frgiles ante vibraciones, golpes
Se auto calientan ms.
Termopares
El termopar, tambin llamado termocupla y que recibe este nombre por estar
formado por dos metales, es un instrumento de medida cuyo principio de
funcionamiento es el efecto termoelctrico. Un material termoelctrico
permite transformar directamente el calor en electricidad, o bien generar fro
cuando se le aplica una corriente elctrica. El termopar genera una tensin
que est en funcin de la temperatura que se est aplicando al sensor.
Midiendo con un voltmetro la tensin generada, conoceremos la
temperatura. Los termopares tienen un amplio rango de medida, son
econmicos y estn muy extendidos en la industria. El principal
inconveniente estriba en su precisin, que es pequea en comparacin con
sensores de temperatura RTD o termistores.
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Principios Bsicos de Operacin de los Termopares
Las termocuplas estn formadas por la unin de dos metales distintos,
los cuales se encuentran soldados por uno de sus extremos y por el
otro extremo se dejan separados.
El voltaje que aparece en los extremos de la unin, conocido como
voltaje Seebeck aumenta con la temperatura.
La medicin de temperatura es relativa, ya que depende de la unin
de la temperatura de la unin de referencia.
De acuerdo al tipo de metales que forman la termocupla, se clasifican
las termocuplas: B, C, E, J, K, L, N, R, S, T, U.
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La relacin voltaje temperatura es no lineal.
La medicin con termocupla requiere la compensacin de la unin de
referencia.
Dnde: es el voltaje a la
entrada del amplificador de la tarjeta de adquisicin de datos.
Aplicaciones de los Termopares
En Instrumentacin industrial, los termopares son ampliamente usados como
sensores de temperatura. Son econmicos, intercambiables, tienen
conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de
temperaturas. Su principal limitacin es la exactitud ya que los errores del
sistema inferiores a un grado Celsius son difciles de obtener. El grupo de
termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los
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termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de
calefaccin a gas.
Ventajas y Desventajas de los Termopares
Ventajas
No requiere alimentacin.
Simple y robusto
Econmico
Amplio rango de temperaturas.
Desventajas
Alinealidad
Baja sensibilidad del orden de V/C
FLUJO
Flujo es una de las ms importantes variables de proceso medidas en
la industria. Es usado para tener la informacin en la transferencia de
productos para la venta, eficiencia de los procesos, razn de reaccin, razn
de produccin y muchas otras cosas. Al final determina cunto dinero puede
ganar o perder la industria. Por esto, la mayora de las empresas destinan
gran cantidad de dinero y esfuerzo para asegurar que el flujo sea medido y
controlado exactamente, especialmente si est involucrada en la
transferencia de productos. Hay cuerpos de regulacin a nivel de gobierno, a
nivel industrial y en las empresas, que estn interesados en los mtodos y
razones para los esquemas de medicin y control de flujo.
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MEDIDORES DE FLUJO
Se utilizan para medir el flujo de un lquido a travs de un rea
designada. Medir la velocidad de un lquido o los cambios en la energa
cintica ayuda a determinar precisamente las tasas de flujo.
Medidores de flujo volumtrico
Dispositivo que mide la cantidad de volumen que pasa por una seccin
transversal de la tubera en una unidad de tiempo (es un medidor de
caudal). Dentro de esta categora se encuentran el Tubo Venturi, Placa
orificio, Tubo Pitot, Tobera de Flujo, Rotmetro.
Clasificacin de los medidores de flujo volumtrico
Presin diferencial:
Estos medidores miden el flujo de un fluido indirectamente, creando y
midiendo una presin diferencial por medio de una obstruccin al flujo. El
principio de operacin se basa en medir la cada de presin que se produce
a travs de una restriccin que se coloca en la lnea de un fluido en
movimiento. Esta cada de presin est relacionada al flujo, siendo este
proporcional a la raz cuadrada del diferencial de presin.
NOTA: La presin y la velocidad de un fluido que circula por la tubera es
casi la misma en cualquier punto del tubo. Cuando en la tubera se
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coloca una restriccin se observa claramente que hay una cada de
presin a travs de dicha restriccin y un aumento en la velocidad del fluido.
Esto es conocido como el teorema de Bernoulli.
Los medidores de flujo de tipo diferencial generalmente estn
constituidos por dos componentes:
Elemento primario: Es el dispositivo que se coloca en la tubera para
obstruir el flujo y generar una cada de presin
Elemento secundario: Mide la cada de presin y proporciona una
indicacin o seal de transmisin a un sistema de indicacin o control.
El elemento primario se calcula y se selecciona de acuerdo al fluido y las
caractersticas del proceso. Se han desarrollado ecuaciones que toman en
cuenta casi todos los factores que afectan la medicin de flujo a travs de
una restriccin, la ecuacin bsica a partir de la cual fueron desarrolladas
estas ecuaciones, es la ecuacin de Bernoulli.
Dentro de este grupo se ubican la Placa Orificio, el Tubo Pitot, y Tubo
venturi. (Fig 1).
Figura 1. Medidores de flujo por presin diferencial a) Placa orificio b) Tubo
Venturi c) Tubo Pitot
rea variable
Son medidores de flujo volumtrico en los que vara el rea, para mantener
una cada de presin relativamente constante. De estos medidores el ms
conocido es el Rotmetro.
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Un rotmetro est constituido por un tubo vertical de rea interna variable, a
travs del cual se mueve el flujo en sentido ascendente y un flotado, bien sea
esfrico o cnico que tiene una densidad mayor que la del fluido. El flotador
crea una abertura anular entre su mxima circunferencia y el interior del tubo.
A medida que el flujo varia, el flotador sube o baja para variar el rea de flujo.
La cada de presin permanece constante, y la posicin del flotador indica la
tasa de flujo. (Figura 2)
Fig 2. Rotmetro
De desplazamiento positivo
Son dispositivos que separan la corriente de flujo en segmentos volumtricos
individuales. Un volumen conocido de fluido se asla mecnicamente en el
elemento del medidor, y es transportado desde la entrada de ste hasta su
salida, llenando y vaciando alternadamente los compartimientos o cmara
del medidor. Las partes mecnicas del medidor se mueven aprovechando la
energa del fluido. El volumen total del fluido que pasa a travs del medidor
en un periodo de tiempo dado es el producto del volumen de la muestra por
el nmero de muestras.
Los medidores de desplazamiento positivo se adaptan excelentemente a
aplicaciones de procesos discontinuos y a aquellos que requieren una
totalizacin del volumen que pasa a travs del medidor.
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Los usos comunes de los medidores de desplazamiento positivo son la
distribucin de agua de los sistemas municipales a los hogares o negocios, el
gas natural que se entrega a los consumidores y la gasolina que se vende en
las estaciones de servicio.
Este medidor encuentra su mayor aplicacin en agua y en servicios donde la
precisin no es de mayor importancia.
Los medidores de desplazamiento positivo pueden clasificarse, de acuerdo al
movimiento del elemento de medicin en: Disco oscilante, pistn oscilante,
tipo rotacin, pistn reciprocante.
De velocidad
Es un medidor en el cual la seal del elemento primario es proporcional a la
velocidad del fluido. La seal generada es lineal con respecto al flujo
volumtrico segn
Q= A*V
Son medidores menos sensibles a las variaciones del perfil de velocidad del
fluido cuando se les compara con los medidores de flujo tipo diferencial, es
decir no existe una relacin de raz cuadrada si no lineal, lo cual explica su
mayor relacin de flujo mximo a flujo mnimo, tienen una amplia aplicacin
industrial.
Ejemplo: Tipo Turbina, Tipo Electromagntico, Ultrasnico de flujo, (onda
ultrasnico mide
Tiempo de viaje de la onda) y tipo Doppler y Tipo Torbellino Vortex.
Tipo Turbina: Es adecuado para medir flujos de lquidos, gases y
vapores y es especialmente til en sistemas de mezclas en la industria del
petrleo. Es uno de los medidores ms exactos para servicio de lquidos.
Electromagntico: Es capaz de medir los fluidos mas erosivos. Son muy
adecuados para medir qumicos, lodos, slidos en suspensin y otros fluidos
extremadamente difciles de medir. La nica limitacin que tienen es que el
fluido debe ser elctricamente conductor y no magntico. El principio de
operacin de un medidor de flujo magntico est basado en la ley de
Faraday.
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Ultrasnico de flujo: Se utiliza principalmente en fluidos limpios ya que es
recordable que el fluido est libre de partculas que pueden producir la
dispersin de las ondas del sonido.
Tipo Doppler: Normalmente no se utilizan en fluidos limpios, ya que se
requiere que una mnima cantidad de partculas o burbujas de gas estn
presentes en la corriente del fluido.
Medidor de flujo msico
Dispositivo que mide la cantidad de masa que pasa por una seccin
transversal de la tubera en una unidad de tiempo. Se ubican dentro de esta
clasificacin el Medidor Trmico y el Medidor de Coriolis.
Clasificacin de los medidores de flujo msico
Medidor trmico:
Los hay de dos tipos, uno mide la velocidad de prdida de flujo de calor de
un cuerpo caliente debido al paso de una corriente de fluido a travs de l; el
otro mide el incremento de temperatura. Para estos casos el flujo de masa se
determina por las propiedades del fluido (conductividad y calor especfico),
que hasta ciertos lmites son independientes de la Presin y la Temperatura.
Medidor de Coriolis:
Depende de la aceleracin de Coriolis. El fluido se acelera radialmente hacia
fuera entre las volutas de un impulsor. El impulsor tiene tendencia a
retrasase con respecto a la cubierta que gira con l y este retraso
proporciona un momento de torsin medible que es, que es indicativo de la
proporcin del flujo de masa.
Placa orificio
Descripcin:
La placa orificio est constituida por una placa delgada perforada la cual se
instala entre bridas en la tubera. Cada una de las cuales estn unida a la
parte correspondiente de la tubera, entre placas y la brida se usa
empacaduras para sellar los escapes de fluido. Se hace generalmente de
acero inoxidable, material que resiste satisfactoriamente la accin qumica de
-
los fluidos bajo medicin, salvo algunos fluidos corrosivos que requieren una
aleacin especial como monel o nquel, etc.
Estos medidores constan de dos componentes, el elemento primario, es el
dispositivo que se coloca en la tubera para obstruir el flujo y generar una
cada de presin y un elemento secundario que mide la cada de presin
Las tomas para medir la cada de presin se colocan antes y despus de la
placa, en cualquiera de las siguientes posiciones (Figura 3):
Tomas en las bridas: cuando se instalan las conexiones a 1pulg de
cada cara de la placa, es el tipo de conexin ms utilizado y no hay
que perforar la tubera.
Tomas en la vena contracta: la toma de alta presin se coloca en un
punto que dista un dimetro nominal de la tubera, mientras que la
toma de baja presin, depende de la relacin entre el dimetro del
orificio y el de la tubera ( = d / D), (las graficas que se utilizan estn
a D/2 de la placa). Hay que perforar la tubera, no se recomienda para
dimetros de 2 pulg debido a que la vena contracta puede estar a
menos de 1 pulg de la placa orificio y se usa cuando se desea la
mxima presin diferencial para un mismo flujo.
Tomas en la tubera: estn localizadas a una distancia de 2 D
nominales aguas arriba y 8D nominales aguas debajo de la placa.
Miden la perdida de presin permanente a travs de un orificio,
requiere mayor cantidad de tramos rectos de tubera, hay que
perforar la tubera, se usa en la medicin de gases y es la que permite
mayor estabilidad en la presin diferencial.
-
Figura 3: Diferentes tomas de presin en una placa orificio
El orificio de la placa puede ser de tres tipos (Figura 4):
Figura 4: Tipos de orificios
Tipo concntrica: Para aplicaciones de lquidos limpios, de baja viscosidad
para la mayora de los gases y vapor a baja velocidad.
Tipo excntrico y segmental: se utilizan principalmente en aplicaciones de
fluidos que contienen materiales en suspensin o condensado de vapor.
-
El orificio los hay de dos formas: de bordes cuadrados y de bordes biselados,
siendo este el ms comn por ser la ms barata y ms fcil de cambiar. Su
popularidad se debe a su simplicidad y al bajo mantenimiento pero
desafortunadamente no es el mtodo de medicin ms preciso estando la
incertidumbre en la medida entre el 0.5% y el 3% dependiendo del fluido, la
configuracin de la tubera aguas arriba y si las correcciones por diversos
efectos se hicieron o no en la frmula del flujo volumtrico
Definicin y principio de funcionamiento:
Son dispositivos que consisten en una reduccin en la seccin de flujo de
una tubera, de modo que se produzca una cada de presin, a consecuencia
del aumento de velocidad.
Consiste en una placa perforada instalada en la tubera.
Figura 5: Medidor de orificio. Fuente: Mc Cabe, 1998
En la Figura 5 podemos apreciar cmo cambia la seccin transversal de la
vena fluida en movimiento. Principalmente, el dimetro de la vena fluida se
reduce hasta igualar el dimetro del orificio. Despus que el fluido ha
pasado a travs de la placa, el dimetro sigue disminuyendo hasta
alcanzar un valor mnimo para luego aumentar inmediatamente en forma
gradual, hasta tomar de nuevo el valor que tenia originalmente. El punto,
-
donde el dimetro sufre la mxima reduccin, se conoce como vena
contracta.
Mientras mayor sea la reduccin del dimetro, mayor ser la velocidad del
fluido y mayor la presin diferencial.
Inmediatamente despus del orificio, la presin se reduce de manera
apreciable y todava hay una ligera reduccin adicional al llegar a la vena
contracta. A partir de all, la presin aumenta gradualmente hasta
estabilizarse en cierto valor indicado por las columnas de arriba y a la
derecha en donde, es inferior al valor que la presin tena en las columnas a
la izquierda del orificio, debido a la perdida de energa ocasionada por las
turbulencias. (Mc Cabe, 1998)
De esta manera, podemos considerar dos clases de cadas o prdidas
sufridas por la presin esttica; una cada temporal, que ocurre solo mientras
subsiste la reduccin del dimetro de la vena fluida, y una cada permanente,
la cual es causa por las perdidas por friccin debido a los remolinos que se
generan en la expansin del chorro una vez sobrepasada la vena contracta
El dimetro del orificio no guarda una relacin fija con el dimetro de la
tubera. Sin embargo, la relacin entre ellos ( =do
D ) debe conservarse
dentro de ciertos lmites, que dependen del dimetro de la tubera y de los
puntos en que se hagan las tomas de presin. En ningn caso el valor de
debe ser menor que 0.1 mayor que 0.8.
Recuperacin de presin:
A causa de las elevadas prdidas por friccin, debido a los remolinos que se
generan en la reexpansin del chorro, una vez sobrepasada la vena
contracta, la recuperacin de presin en un medidor de orificio es muy
deficiente. La prdida de potencia que se origina es una de las desventajas
del medidor de orificio. La fraccin de la presin diferencial que se pierde
permanentemente depende del valor de . Para un valor de de 0.5 la
perdida de carga es aproximadamente un 73 por 100 de la presin
diferencial.
-
Cuando la toma de presin posterior est situada a ocho dimetros de la
tubera aguas abajo del orificio, la diferencia de presin que se mide entre las
tomas es en realidad una medida de la perdida permanente, en vez de la
presin diferencial en el orificio.
Ventajas y desventajas
Tubo Venturi
Descripcin
Consiste en un conjunto de bridas y tuberas, el cual tiene un cono de
entrada convergente, que gua el fluido hacia el estrechamiento central y un
cono divergente de salida que gua el fluido hacia la continuacin de la
tubera. La unin de los conos se denomina garganta, o sea, la parte ms
contrada del tubo. A la primera seccin, o cono de entrada, se conecta la
-
toma de alta presin. La toma de baja presin se coloca en la garganta del
tubo. El cono de salida es llamado, de recuperacin, ya que recupera hasta
cierto punto un gran porcentaje de la perdida de presin provocada por esta
restriccin. (Figura 6)
Figura 6: Tubo Venturi. Fuente: Mc Cabe, 1998
En el tubo venturi, la velocidad aumenta en el cono anterior y la
presin disminuye, utilizndose la cada de presin. Pasado el
estrechamiento, la velocidad disminuye y se recupera en gran parte la
presin original en el cono posterior. Con el fin de que la recuperacin
de presin sea grande, el ngulo del cono posterior o de salida, es pequeo,
de forma que se evita la separacin de la capa limite y la friccin es mnima.
Las principales limitaciones de los tubos venturi son su elevado coste y la
longitud necesaria para su instalacin, sobre todo para grandes tamaos de
tubera. Sin embargo, debido a su baja prdida de carga, son justificados en
casos donde tienen que bombearse grandes cantidades de lquido de
forma continua. En un aparato bien diseado la perdida permanente es
el 10% de la diferencia de presin temporal (P1-P2) de forma que se
recupera el 90% de esta diferencia.
Cuando la prdida de carga no es importante, suele prescindirse del
tubo Venturi y sustituirse por una placa de orificio debido a su menor costo y
mayor facilidad de instalacin y mantenimiento.
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La principal aplicacin es para fluidos de gas y en donde se requiera
desplazar grandes volmenes. El tubo venturi al guiar el fluido evita
turbulencias, es por esta razn que el venturi da lecturas ms precisas que la
placa de orificio
Ventajas y desventajas
Comparacin entre la placa orifico y el tubo Venturi
Una placa orificio puede sustituirse fcilmente para ajustarse a
diferentes ratas de flujo, el dimetro del Venturi es fijo entonces el
rango de medicin est limitado por la cada de presin causada por el
Venturi.
La placa orificio genera una gran prdida permanente de presin
debido a la presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma
del Venturi previene la formacin de remolinos lo cual reduce
enormemente la prdida permanente de presin.
El orificio es econmico y fcil de instalar, el Venturi es costoso
y debe ser cuidadosamente diseado. Una placa orificio se puede
reemplazar fcilmente mientras que un Venturi est diseado para
instalaciones permanentes.
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Tubo Pitot
Definicin
Es un tubo hueco que se posiciona de modo que el extremo abierto apunta
directamente a la corriente de fluido. La presin en la entrada hace que se
soporte a una columna de fluido. Entonces, el fluido en o justo dentro de la
punta esta estacionario o estancado, y esto se conoce como punto de
estancamiento. (Figura 7)
Principio de funcionamiento
El Tubo Pitot mide dos presiones simultneamente, presin de impacto
(medida por el tubo de impacto interior a) y presin esttica (medida por el
tubo esttico b exterior).
El principio del mismo se indica en la Figura 7. La abertura del tubo de
impacto a es perpendicular a la direccin de flujo. La abertura del tubo
esttico b es en cambio paralela a la direccin de flujo. Los dos tubos estn
conectados a las ramas de un manmetro u otro sistema equivalente de
medida de pequeas diferencias de presin. El tubo esttico mide la presin
esttica Ps, puesto que no existe componente de la velocidad perpendicular
a la abertura. La abertura de impacto contiene un punto de
estancamiento B. La lnea de corriente AB termina en el punto de
estancamiento B.
Dentro del Tubo Pitot no existe un movimiento del fluido, el fluido queda a la
entrada del tubo interior, y este tubo transmite una presin de impacto
equivalente a la energa cintica del fluido. La diferencia de presin medida,
representa la elevacin de presin asociada con la desaceleracin del fluido.
Figura 7: Fundamento del Tubo Pitot. Fuente: Mc Cabe, 1998
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Si el fluido es incompresible se utiliza la ecuacin de Bernoulli para obtener
el diferencial de presin resultando ser proporcional al cuadrado de la
velocidad del flujo, para gases se puede utilizar para velocidades moderadas
y con cambios de presin cerca del 10% o menos de la presin total.
Cuando un fluido en movimiento se detiene porque encuentra un objeto
estacionario, se crea una presin mayor que la de la corriente de
fluido. La magnitud de esta presin incrementada se relaciona con la
velocidad del fluido en movimiento. Es preciso tener en cuenta que, as como
los medidores de orificio y el tubo de Venturi miden la velocidad media de
toda la corriente de fluido, el tubo de Pitot mide solamente la velocidad
en un punto.
Ventajas y Desventajas
NIVEL
Nivel es una importante variable de proceso medida en la industria. Es
usado para tener la informacin de cuanto producto est almacenado en
determinado recipiente vasija, tambin es usado para la seguridad de las
plantas. Por esto, la mayora de las empresas emplean gran cantidad de
dinero y esfuerzo para asegurar que el nivel sea medido y controlado
exactamente.
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MEDICION DE NIVEL
Los instrumentos mecnicos de medicin y control de niveles cargas
hidrostticas, incluyen dispositivos visuales e indicadores, el dispositivo ms
simple para medir niveles es una varilla graduada, que se pueda insertar en
un recipiente, la profundidad real del material se mide por la parte mojada de
la varilla, este mtodo es muy utilizado para medir el nivel en los tanques de
una gasolinera, este mtodo es simple pero efectivo, no es muy prctico,
sobre todo si el material es txico corrosivo, ya que el individuo que lo
aplica tiene que estar de pie sobre la abertura manejando la varilla con las
manos.
Existen distintos mtodos para la medicin de nivel de lquidos con
caractersticas particulares que los hacen ms para unas aplicaciones u
otras.
Los principales tipos de medidores de nivel son los que se basan en :
1. Medicin directa.
2. La presin hidrosttica.
3. Las propiedades elctricas del lquido.
4. El desplazamiento.
Los medidores de nivel comerciales suelen combinar varios de los mtodos
anteriormente citados para aprovechar cada una de las ventajas que ofrecen.
1.- Medidores de nivel directos.
Son aquellos que se basan en la medicin directa de la altura de lquido. Se
pueden dividir en aquellos que son mecnicos y generalmente manuales de
los que basan la medicin del nivel en un flotador acoplado a equipo
elctrico.
Varilla de medicin
Consiste en una varilla que se introduce en el tanque a medir. Al retirar la
varilla del depsito, el nivel alcanzado quedar marcado en la varilla.
-
El operario que realiza la medicin est en la parte alta del depsito por lo
que este mtodo est contraindicado para la medicin de productos cuyas
propiedades puedan ser perjudiciales para el operario o sea complejo
situarse en la parte alta del depsito.
Cristal de medicin
A dos llaves situadas en los extremos inferior y superior del depsito se
coloca un tubo de vidrio o plstico transparente que permite ver visualmente
la altura del lquido.
Tiene la ventaja de ser rpido y cmodo y la desventaja principal de que el
elemento transparente suele ser menos resistente que el material con el que
est fabricado el depsito y puede romperse ocasionando un vertido de
producto.
Flotador
Un flotador en el interior del depsito marca permanentemente el nivel del
lquido. Hay mltiples maneras de transmitir el nivel del flotador al operario.
Mecnicamente. Mediante una cuerda, se ata el flotador a un contrapeso y
una escala calibrada que marcan el volumen del lquido. Rpido, econmico
y directo pero voluminoso y que puede enredarse.
Magnticamente. El flotador lleva incorporado un iman que transmite la
seal, bien a una pieza metlica en el exterior, la cual se mueve en funcin
del flotador o bien a un circuito elctrico que se abre o cierra en funcin de la
presencia o no del flotador.
Coltech fabrica medidores de nivel por flotador del segundo tipo.
En ocasiones, como los depsitos de combustibles lquidos, por temas
legales, es necesario calcular el volumen del depsito a una temperatura
concreta. Como el nivel de lquido vara con la temperatura, algunos de estos
medidores de nivel, deben incorporar un sensor de temperatura para
compensar as las desviaciones.
2.- Medidores de nivel hidrostticos
Se basan en la presin que ejerce la columna de lquido. Esta presin
depender del nivel de producto, de su densidad y de la presin atmosfrica.
-
Medidores de nivel por presin
La manera ms sencilla de medir el nivel es colocar un sensor de presin
relativa ( sin contar la presin atmosfrica ) en la parte baja del depsito. La
presin del lquido ser recogida por el sensor y ajustando por la densidad se
conocer el nivel.
Medidores de nivel por burbujeo
Cuando no es posible o conveniente colocar un sensor de presin en el
fondo del depsito, se puede colocar una varilla hueca que llegue hasta el
fondo y desplazar el lquido que hay dentro de la varilla por aire. Sobre el
punto ms bajo de la varilla se ejercer una presin equivalente a la altura
del lquido que se transmitir hasta un punto alejado del depsito donde se
coloca un sensor de presin.
Son equipos muy robustos que no tienen partes mviles en contacto con el
lquido y seguros por no llevar electricidad a la zona del depsito. El
burbujeo, adems, limpia la zona y evita que se queden resduos que
impidan la medicin del nivel. Est desaconsejado su uso en lquidos muy
viscosos en los que la burbuja no pudiera quedar atrapada y no se transmita
la presin de manera correcta.
Los medidores de nivel de la serie NV1000 de Coltech funcionan bajo este
mtodo.
Medidores de nivel por presin diferencial
El principal inconveniente de medir la presin para encontrar el nivel, es que
la altura del lquido depende de la densidad del mismo. Muchas veces la
densidad es desconocida o variable, bajo efectos como la temperatura.
Midiendo en dos puntos a una distancia conocida, se puede calcular la
densidad y una vez conocida, calcular con precisin la altura del lquido.
3.- Medidores de nivel segn las propiedades elctricas del producto a
medir
Medidores de nivel capacitivos
Funcionan midiendo las variaciones de la capacitancia de una sonda
introducida en el lquido del cual se quiere medir el nivel.
-
La constante dielctrica del lquido es diferente de la del aire; midiendo la
cantidad de carga elctrica en la sonda se establece la altura del lquido.
Los medidores de nivel capacitivos ofrecen la ventaja de no tener partes
mviles.
Los medidores de nivel de la serie SC de Coltech funcionan bajo este
principio.
Medidores de nivel por ultrasonidos.
Los niveles de ultrasonidos emiten una onda que llega hasta la superficie del
lquido y rebota hasta volver a llegar al sensor de nivel. El tiempo que tarda la
onda en ir y venir determinar la distancia entre sensor y altura, que restando
de la altura total, ofrecer la altura del lquido.
Generalmente trabajan a 20 o 40 kHz.
Ofrecen la ventaja de que no hay partes inmersas en el lquido y su
colocacin es muy sencilla. Pueden presentar problemas cuando los lquidos
forman espumas o la geometra del depsito genera ecos que perturban la
seal de la lmina de lquido.
Medidores de nivel conductivos
Funciona en lquidos conductores de la electricidad y detectan el cierre de un
circuito elctrico.
Se suelen emplear como medidores discretos por puntos. Se colocan dos
electrodos a la altura que se desea controlar. Un electrodo est conectado al
negativo de una pila y otro al positivo. Cuando el lquido baa ambos
electrodos, se cierra el circuito elctrico, detectndose, de esta manera, que
el lquido ha alcanzado este nivel.
Son muy sencillos y econmicos. El principal inconveniente es que no todos
los lquidos conducen la electricidad, lo que restringe el mbito de aplicacin
de esta tecnologa.
4.- Medidores de nivel por desplazamiento
Funcionan acoplando un flotador a un indicador mecnico mediante un
brazo. El flotador se mueve a lo largo del rango del depsito y ese
-
desplazamiento se transmite al dial mediante el brazo. Son sencillos pero no
suelen tener una precisin muy alta.
Aplicaciones de las Mediciones de Nivel
Las tcnicas utilizadas de medicin de nivel estn presentes en todos los
campos entre los cuales se tienen: qumica, petroqumica, alimentacin,
cervecera, tratamiento de aguas blancas, tratamiento de aguas residuales,
materiales para la construccin, rocas y minerales, centrales de energa,
fabricacin de papel, astilleros, industrias del automvil y aeronutica. Las
razones para medir el nivel de lquidos son muy diversas, por lo general, una
o ms de las que se describen a continuacin constituyen el motivo para la
medicin (y frecuentemente, el control automtico) del nivel de lquidos:
Mantenimiento de condiciones seguras de operacin, la optimizacin y
control de procesos, el mbito de la investigacin y el desarrollo entre otros.
MEDICION DE HUMEDAD RELATIVA Y ABSOLUTA
Medicin de humedad relativa
La humedad relativa en el medio ambiente es una cantidad numrica que
indica el cociente entre en la humedad absoluta del medio ambiente y la
cantidad mxima de vapor de agua que admite el aire por unidad de
volumen, esta cantidad se mide en porcentaje de humedad relativa (%) y su
valor est normalizado de tal forma que la humedad relativa mxima posible
del medio ambiente es del 100%, la determinacin del valor de la humedad
relativa del medio ambiente est muy ligada a la temperatura del medio
ambiente en el momento de la medicin, por lo que es comn considerar y
realizar la medicin de ambas variables al mismo tiempo.
El cuerpo humano reacciona a la cantidad de humedad en el ambiente de
formas muy particulares, en un ambiente de 0 % de humedad relativa (0 %
de HR) el ser humano se sentir acalorado, la sequedad del medio
-
ambiente hace que la transpiracin del cuerpo humano sea evidente y hasta
peligrosa, el cuerpo humano aportar humedad al ambiente. En un ambiente
de 100 % de humedad relativa (100 % de HR)el ser humano se sentir
sofocado, la altsima humedad del medioambiente dificulta la transpiracin
del cuerpo humano, el cuerpo humano reaccionar con una excesiva
incomodidad al ambiente.
Las consideraciones anteriores han sido estudiadas y son conocidas
ampliamente, de hecho, al disear sistemas de acondicionamiento del medio
ambiente una de las variables ms importante a tomar en cuenta es la
humedad del medio ambiente, o mejor dicho, el porcentaje adecuado de
humedad en el medio ambiente para proveer comodidad al ser humano. El
otro aspecto importante es la temperatura del medio ambiente. De esta forma
ambas variables, humedad relativa y temperatura, se combinan en los
sistemas de acondicionamiento ambiental.
La humedad relativa no solamente es importante para asegurar la comodidad
del ser humano en un rea especfica, tambin es importante en reas de
almacenamiento de granos para asegurar la durabilidad e inocuidad de
estos, en reas de cultivo controladas para asegurar la productividad de
plantas, en reas de produccinanimal, en reas de almacenamiento de
alimentos y productos terminados, carnes, etc., todo con la finalidad de
durabilidad e inocuidad del producto.
Las reas destinadas al almacenamiento y produccin de equipos, mquinas
y componentes electrnicos tambin son acondicionadas de tal forma que no
existan riesgos por descargas estticas a muy baja humedad ambiental (35
% de HR, o menos), o por la corrosin de los metales a niveles muy altos de
humedad en el ambiente (65 % de HR, o ms).
-
Medicin de humedad absoluta
Se llama Humedad absoluta a la cantidad de vapor de agua (generalmente
medida en gramos) por unidad de volumen de aire ambiente (medido en
metros cbicos).
Es uno de los modos de valorar la cantidad de vapor contenido en el aire, lo
que sirve, con el dato de la temperatura, para estimar la capacidad del aire
para admitir o no mayor cantidad de vapor.
El medidor de humedad absoluta permite la compensacin de temperatura
automtica, la grabacin y posterior transmisin de los valores medidos al
ordenador porttil o la programacin de curvas caractersticas propias y
especficas de material constructivo. Segn tipo, el medidor de humedad
absoluta tiene ya muchas curvas caractersticas programadas. Son fciles de
seleccionar. Poseen una alta precisin de medicin y reproducibilidad.
Clasificacin de medicin de humedad relativa y absoluta.
Varios equipos son usados para realizar las mediciones de humedad en el
medio ambiente, entre ellos se encuentran:
a) Psicrmetros
b) Higrmetros mecnicos
c) Higrmetros electrnicos
d) Higrmetro espectroscpico
a) Psicrmetros:
Los psicrmetros constan de un termmetro de bulbo hmedo y
un termmetro de bulbo seco. La humedad relativa del aire se calcula a partir
de la diferencia de temperatura entre ambos aparatos. El hmedo es
sensible a la evaporacin de agua, y debido al enfriamiento que produce la
-
evaporacin, medir una temperatura inferior. Si hay poca diferencia entre
una y otra temperatura, hay poca evaporacin, lo cual indica que la humedad
relativa es alta. Si hay mucha diferencia, hay mucha evaporacin, lo cual
indica que la humedad relativa es baja. Una tabla nos puede proporcionar el
dato exacto de humedad relativa, expresada como un porcentaje con
respecto a la saturacin.
Conociendo la temperatura y la humedad relativa, podemos calcular tambin
el punto de roco o temperatura a la que se producir la condensacin del
vapor de agua.
Es importante, para el correcto funcionamiento del psicrmetro, que este se
instale aislado de vientos fuertes y de la luz solar directa.
b) Higrmetros mecnicos:
Estn basados en la propiedad de algunos materiales (Cabello humano,
algodn, seda, papel, etc) de cambiar su dimensin fsica dependiendo de
la humedad relativa del aire. El cabello humano fue ampliamente utilizado
como sensor de humedad relativa en los hidrgrafos de estaciones
meteorolgicas convencionales, as como tambin en los primeros equipos
de radiosondeo
c) Higrmetros electrnicos:
Est constituido por dos electrodos arrollados en espiral. Si a estos
electrodos se les aplica una tensin alterna, el tejido se calienta, y una parte
del contenido de agua se evapora.
e) Higrmetro espectroscpico:
Son equipos relativamente caros pero de alta precisin. Se basan en la
propiedad del vapor de agua en la atmsfera de absorber radiacin infrarroja
-
en bandas especficas del espectro electromagntico. La mayor o menor
radiacin absorbida se relaciona con el nivel de humedad del aire. Se utilizan
en mediciones de humedad donde se requiere una alta tasa de muestreo
(por ejemplo en mediciones de turbulencia del vapor de agua).
Principios de operacin de medicin de humedad
Podra decirse que la humedad juega un rol en todos los procesos
industriales. El solo hecho de que la atmsfera contiene humedad hace que,
por lo menos, se estudie su efecto en el almacenamiento y operacin de los
distintos productos y dispositivos. El alcance que la influencia de la humedad
podra tener en cualquier proceso industrial puede variar pero es esencial
que al menos sea monitoreada, y en muchos casos controlada.
La medicin de la humedad es un proceso verdaderamente analtico en el
cual el sensor debe estar en contacto directo con el proceso a medir, esto
tiene, por supuesto, implicancias en la contaminacin y degradacin del
sensor en niveles variables dependiendo de la naturaleza del ambiente.
Existen muchas tcnicas diferentes para la medicin de humedad. El tema es
algo complicado por la confusin en la variedad y diferentes formas de
expresar las mediciones. En la prctica la humedad es una cantidad difcil de
medir, y la incertidumbre es mayor que en otras reas de medicin como la
masa, temperatura, presin, entre otras.
Aplicaciones de medicin de humedad
Las molculas de agua cambian la longitud de materiales orgnicos, la
conductividad y peso de materiales higroscpicos y absorbentes qumicos, y
en general la impedancia de casi cualquier material. Estos cambios son
utilizados por los mtodos o principios de medicin de los instrumentos para
la medicin de humedad. As, el contenido de agua puede ser medido
-
removiendo el agua (vapor) de una muestra y medir el cambio de peso. Otros
principios fundamentales son la evaporacin de una superficie de agua con
una corriente de gas (psicrometra) y el enfriamiento de una muestra de gas
hasta que la condensaciones detectada
Ventaja y desventaja de medicin de humedad
Ventajas:
Es un mtodo convencional.
Es conveniente.
Determina el agua directamente y no por prdida de peso.
Es un mtodo estndar para ensayos de humedad.
Precisin y exactitud ms altos que otros mtodos
Desventajas:
Baja precisin del dispositivo para medir volumen de agua
Es excelente para investigacin pero no es prctico
El dispositivo de la titulacin debe protegerse de la humedad
atmosfrica debido a la excesiva sensibilidad del reactivo a la
humedad.
MEDICION DE VISCOCIDAD
VISCOCIDAD
La viscosidad es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales,
es debida a las fuerzas de cohesin moleculares. Todos los fluidos
conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula
una aproximacin bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no
tiene viscosidad se llama fluido ideal.
-
La viscosidad solo se manifiesta en lquidos en movimiento, se ha definido la
viscosidad como la relacin existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente
de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o
viscosidad dinmica.
MEDIDORES DE VISCOCIDAD
Los medidores de viscosidad son instrumentos de medicin para
determinar la resistencia, tambin denominado como viscosidad, de
diferentes lquidos.
Aplicaciones de los Medidores de Viscosidad
Los medidores de viscosidad se usan principalmente en aplicaciones de
laboratorio. Pero tambin en la Ms informacin acerca de los medidores de
viscosidad control de procesos se necesitan para ayudar en la regulacin de
tales procesos.
Principio de Funcionamiento de los Medidores de Viscosidad
Se distinguen en el principio de funcionamiento. Actualmente existe una
amplia variedad de medidores de viscosidad, en diferentes versiones que
cumplen diferentes propsitos. Existen medidores de viscosidad que se usan
para mediciones simples de un punto. Se trata de instrumentos de medicin
porttiles que sirven no slo para mediciones fijas, sino que permiten
tambin mediciones mviles. Por otro lado, los medidores de viscosidad de
instalacin fija componen igualmente un amplio segmento. Se trata
normalmente de grandes sistemas de medicin reolgicos y complejos que
permiten un anlisis exhaustivo de pruebas en lquidos. Normalmente se
asocia el trmino viscosidad con viscosidad en cizalla. Tambin existe la
posibilidad de medir la viscosidad mediante el mtodo de elongacin.
Los lquidos no son perfectamente fluidos sino viscosos, es decir, tienden a
oponerse a su flujo cuando se les aplica una fuerza. La viscosidad viene
determinada por la fuerza con la que una capa de fluido en movimiento
arrastra consigo a las capas adyacentes. La viscosidad relativa es
directamente proporcional a la densidad del lquido y al tiempo que ste tarda
en fluir por el orificio, e inversamente proporcional al tiempo que invierte en
fluir el mismo volumen de agua. Como la temperatura influye mucho en el
valor de la viscosidad, las medidas deben realizarse a la misma temperatura.
-
Con el viscosmetro se mide la viscosidad relativa del lquido respecto a la
del agua, que se toma como unidad.
Componentes y tipos de viscosmetros:
Instrumento utilizado para medir la viscosidad de los lquidos. Consiste en
una pequea vasija en cuyo fondo existe un orificio calibrado y de tamao
conocido, y en la que se vierte un volumen conocido de lquido (Figura 36).
El tiempo que ste emplea en fluir por el orificio es una medida de su
viscosidad. Algunos otros viscosmetros constan de recipientes en donde se
coloca la muestra y luego mediante paletas especiales rotatorias se
determina la viscosidad. A continuacin se indican diversos tipos de
viscosmetros:
Viscosmetro Analgico. Consta de un cilindro o disco suspendido de un
muelle de cobre-berilio gira (6-60 rpm) mediante un motor sincrnico dentro
del lquido muestra, quedando reflejada la lectura de la viscosidad en una
escala incorporada en el disco. Pesa unos 6.5 Kg y calcula viscosidades de
100 a 10,000 centipoises. Su ventaja es que es compacto, de gran
estabilidad y exactitud en la medicin, siempre que la viscosidad sea media.
Tiene un amplio espectro de aplicacin como puede ser la medida de la
viscosidad en grasas, pinturas, industrias alimentarias, farmacuticas, etc.
Viscosmetro Rotacional Digital. Se controlan desde un microprocesador
lo que garantiza la anulacin de los errores debidos a las lecturas analgicas
de carcter ms subjetivo. La velocidad se ajusta de 6-60 rpm y pesa unos
2.7 Kg. Su rango de viscosidad es de 100 a 10,000 Cpoises. Es un
instrumento de estructura compacta, de gran estabilidad en las medidas y
alta exactitud y precisin, adecuado para lectura de viscosidades medias.
Est equipado con una sonda para medir temperatura de la muestra para
poder controlar en todo momento la temperatura a la que se encuentra la
muestra que estamos midiendo, dada la importancia que tiene la temperatura
de las muestras en las medidas de viscosidad. Tiene un amplio espectro de
aplicacin como puede ser la medida de la viscosidad en grasas, pinturas,
industrias alimentarias, farmacuticas, etc.
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Objetivo de Funcin de los Viscosmetros
Los viscosmetros definen las propiedades viscosas de un fluido a
temperaturas ambiente o a distintas temperaturas segn sea el equipo;
comnmente en la forma de un tubo capilar calibrado, a travs del cual un
lquido pasa a una temperatura controlada, en un tiempo especfico. Otros
mtodos son el viscosmetro rotacional.
CLASIFICACIN
Viscosmetros Capilares
Viscosmetro capilar PVS1/1 con un test
Viscosmetro capilar PVS1/1 Con test y limpiador automtico
Viscosmetro capilar PVS1/1 Para viscosidades intrnsecas usando
dilusiones concentradas.
Viscosmetro capilar PVS1/4
Viscosmetro capilar para gases
Viscosmetro de Cilindros Coaxiales
Viscosmetro de couette o hatshek
Viscosmetro searle
Viscosmetro Bohiin V88
Viscosmetro de Shultzel
Viscosmetro Analgico
Viscosmetro Rotacional Digital
DESCRIPCION DE EQUIPOS
VISCOSIMETRO ANALOGICO
FUNCIONAMIENTO: El principio de funcionamiento de equipo es muy
simple, un cilindro o disco suspendido de un muelle de cobre-berilio gira
mediante un motor sincrnico dentro del lquido muestra, quedando reflejada
la lectura de la viscosidad en una escala incorporada en el disco.
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MATERIALES DE CONSTRUCCIN:
Rango de medida
100 - 10.000 cP
Velocidad de los rotores
6 rpm, 12 rpm, 30 rpm, 60 rpm.
Tolerancia
+/- 5 %
Dimensiones
260 x 140 x 320 mm
Peso
6.5 Kg
CARACTERISTICAS: Rango de viscosidad de 100 a 10.000 Cp, cuatro
rotores para viscosidades medias, cuatro velocidades de motor
seleccionables, tolerancia +/- 5% en lquidos Newtonianos.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS: Instrumento de estructura compacta, de
gran estabilidad en las medidas y alta exactitud y precisin, adecuado para
lectura de viscosidades medias.
APLICACIONES: Tiene un amplio espectro de aplicacin como puede ser la
medida de la viscosidad en grasas, pinturas, industrias alimentarias,
farmacuticas, etc.
VISCOSIMETRO ROTACIONAL DIGITAL
FUNCIONAMIENTO: se controlan desde un microprocesador lo que
garantiza la anulacin de los errores debidos a las lecturas analgicas de
carcter ms subjetivo.
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MATERIALES DE CONSTRUCCION:
Rango de medida
100 - 10.000 cP
Velocidad de los rotores
6 rpm, 12 rpm, 30 rpm, 60 rpm.
Tolerancia
+/- 2 %
Dimensiones
342 x 434 x 546 mm
Peso
2.7 Kg
CARACTERISTICAS: Rango de viscosidad de 100 a 10.000 Cp, cuatro
rotores seleccionables para viscosidades medias, lectura directa en pantalla
digital, cuatro velocidades de motor, tolerancia +/- 2% en lquidos
Newtonianos.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS: Es un instrumento de estructura compacta,
de gran estabilidad en las medidas y alta exactitud y precisin, adecuado
para lectura de viscosidades medias. Est equipado con una sonda para
medir temperatura de la muestra para poder controlar en todo momento la
temperatura a la que se encuentra la muestra que estamos midiendo, dada la
importancia que tiene la temperatura de las muestras en las medidas de
viscosidad.
APLICACIONES: Tiene un amplio espectro de aplicacin como puede ser la
medida de la viscosidad en grasas, pinturas, industrias alimentarias,
farmacuticas, etc.
VISCOSIMETROS DE CILINDROS COAXIALES
En un viscosmetro de cilindros coaxiales con un cilindro interno giratorio, la
tensin de cizalladura alcanza un valor ms alto en las proximidades de la
pared del cilindro interno y tiende a cero al acercarse a la pared del cilindro
externo. Esto ocurre sobretodo si el que rota es el cilindro externo y no el
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interno. Debe hacerse siempre un control, calcular el valor del nmero de
Reynolds y observar visualmente si el lquido en cuestin contiene partculas.
VISCOSIMETRO SEARLE:
FUNCIONAMIENTO: El cilindro exterior es fijo y el cilindro interior gira,
mediante poleas, por la accin de dos pesos que caen. El cilindro interior
est sometido a un par de arrastre, constante y conocido. La velocidad lmite
se alcanza cuando el par de viscosidad equilibra el par arrastre.
MATERIALES DE CONSTRUCCIN:
2 Cilindros coaxiales
Motor
Poleas o hilo de torsin segn el tipo de esquema que se va a utilizar.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Permite hacer una medida absoluta de la viscosidad, por ejemplo las mejores
medidas absolutas de la viscosidad del aire se han hecho con un aparato de
este tipo, alcanzndose una gran precisin. Sin embargo un viscosmetro
como el de Searle, para ciertas velocidades de rotacin, el flujo puede llegar
a ser inestable ya que se forma un torbellino en forma de toros coaxiales a
los dos cilindros (torbellinos de Taylor) que pueden dar resultados errneos,
por esto es preferible usa el Couette.
APLICACIONES
Se utiliza con frecuencia para las medidas relativas de lquidos muy viscosos,
de suspensiones, de pinturas, de productos alimenticios, etc.
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DEFINICION DE PH
El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolucin. El pH
indica la concentracin de iones hidronio [H3O]+ presentes en determinadas
disoluciones.
El smbolo pH es utilizado mundialmente para hacer referencia a la
frmula del potencial de hidrgeno (H), es decir la cantidad de hidrgeno que
existe en una solucin. As, las diferentes sustancias con las que podemos
entrar en contacto poseen un nivel de pH diferenciado que los caracteriza y
que los hace especialmente tiles o beneficiosos para determinados casos.
La escala del pH se establece en torno a lo que se considera el nivel medio:
el agua. Este recurso natural posee una acidez y una alcalinidad nula, por lo
cual se considera el punto medio entre los dos extremos, el cido y el
alcalino.
La escala del pH mide qu tan cida o bsica es una sustancia. Vara
de 0 a 14. Un pH de 7 es neutro. Si el pH es inferior a 7 es cido y si es
superior a 7 es bsico. Cada valor entero de pH por debajo de 7 es diez
veces ms cido que el valor siguiente ms alto. Por ejemplo, un pH de 4 es
diez veces ms cido que un pH de 5 y 100 veces (10 veces 10) ms cido
que un pH de 6. Lo mismo sucede con los valores de pH por encima de 7,
cada uno de los cuales es diez veces ms alcalino (otra manera de decir
bsico) que el siguiente valor entero ms bajo. Por ejemplo, un pH de 10, es
diez veces ms alcalino que un pH de 9.
El agua pura es neutra, tiene un pH de 7.0. Cuando se mezclas
sustancias qumicas con agua, la mezcla puede hacerse cida o bsica. El
vinagre y el jugo de limn son sustancias cidas, mientras que los
detergentes para lavar ropa y el amonaco son bsicos.
Las sustancias qumicas que son muy bsicas o muy cidas se llaman
reactivas. stas pueden causar quemaduras graves. El cido de las
bateras de los automviles es una sustancia qumica cida que es reactiva.
Las bateras de los automviles contienen una forma ms fuerte de algunos
de los mismos cidos contenidos en la lluvia cida. Los limpiadores de
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drenajes para uso domstico con frecuencia contienen leja, una sustancia
qumica sumamente alcalina que es reactiva.
DEFINICION DE PH METRO
Es un sensor utilizado en el mtodo electroqumico para medir el pH
de una disolucin. La determinacin de pH consiste en medir el potencial que
se desarrolla a travs de una fina membrana de vidrio que separa dos
soluciones con diferente concentracin de protones. En consecuencia se
conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las membranas de vidrio
delante el pH.
CLASIFICACION DE MEDIDORES DE PH
Las tecnologas disponibles para la medicin de pH pueden
clasificarse en dos grandes grupos: Electroqumicos y pticos.
Medidores Electroqumicos
Son aquellos que utilizan dispositivos que translucen la actividad qumica del
in de hidrgeno en una seal elctrica. Entre estos tenemos:
Sensor de PH de Vidrio: Su uso est ampliamente generalizado y sus
resultados ampliamente validados, al punto que el patrn de la medida de pH
se basa en un electrodo de vidrio. El electrodo entra en contacto con el
analito a travs de una membrana de vidrio sensible al in hidrgeno. Las
caractersticas de esta membrana hacen que el sensor tenga una resistencia
de salida muy grande (decenas o centenas de M W) y sea necesario
mantenerlo hmedo. Logran una precisin muy buena (0,01) y tienen
tiempos de vidas relativamente cortos (1 ao).
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Sensores de Membrana Liquida: Son sensores cuyos electrodos son de
membrana lquida donde la superficie sensible de estos electrodos est
hecha de una composicin homognea de polmero que contiene un
intercambiador inico de naturaleza orgnica para el in determinado. Estos
sensores incorporan un mdulo de membrana fcilmente reemplazable, y
estn disponibles para mediciones de nitratos, potasio y calcio. La membrana
es generalmente utilizada en forma de un disco delgado de PVC impregnada
con antibitico de valinomicina. El intercambiador, tambin conocido como
ionforo, es una estructura de anillo que atrapa los iones de potasio por
dentro como un candado. Este tipo de membrana no es tan resistente como
la de los sensores de estado slido por lo que son diseados con un mdulo
de membrana fcilmente reemplazable.
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Electrodos de Estado Solido: Consisten en metales cuya superficie est
recubierta parcialmente por una capa de xido del mismo metal. Entre ellos,
el ms utilizado es el electrodo de antimonio. Es resistente, adecuado para el
registro continuo y operaciones de control. Su intervalo de utilizacin es de
pH 2 a 8.
Ventajas:
Respuesta Lineal
Buena Selectividad
Excelente Repetibilidad y Precision
Mide en ppm (Hasta 20 gases en bajas concentraciones)
Desventajas:
Sensibles a la humedad
Propensos a interferencias EMF/RFU
Propensos a Interferencias de Hidrogeno
No detecta gases combustibles
Medidores pticos (Sensores de Fibra Optica)
Estos sensores se basan en "indicadores pticos" de pH que cambian
sus propiedades pticas en funcin del analito. Dependiendo de la propiedad
ptica que cambia, los sensores pueden clasificarse en: sensores de
absorbancia o luminiscencia.
En los sensores de absorbancia la relacin entre intensidad de la luz
incidente y la luz reflejada estn en directa relacin con el valor del pH de la
muestra.
En los sensores de luminiscencia la dependencia con el pH viene dada
por el cambio en la longitud de onda entre la luz incidente y la reflejada.
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Principio de Funcionamiento
Los sensores de fibra ptica consisten en un indicador inmovilizado, cuyas
propiedades pticas se modifican en funcin de la concentracin de analito
presente en la muestra. La seal ptica as generada es conducida a
continuacin a travs de una fibra ptica hasta un detector, para ms tarde
ser amplificada y procesada convenientemente.
Aplicabilidad
Los sensores de fibra ptica son ideales para condiciones arduas:
Alta vibracin,
Calor extremo
Ambientes hmedos,
Explosivos o corrosivos.
En reas cerradas las fibras flexibles pueden colocarse en forma
precisa.
Ventajas y Desventajas
Ventajas:
Una banda de paso muy ancha, lo que permite flujos muy elevados
(del orden del Ghz).
Pequeo tamao, por tanto ocupa poco espacio.
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Gran flexibilidad, el radio de curvatura puede ser inferior a 1 cm, lo que
facilita la instalacin enormemente.
Gran ligereza, el peso es del orden de algunos gramos por kilmetro,
lo que resulta unas nueve veces menos que el de un cable
convencional.
Inmunidad total a las perturbaciones de origen electromagntico, lo
que implica una calidad de transmisin muy buena, ya que la seal es
inmune a las tormentas, chisporroteo.
Desventajas:
La alta fragilidad de las fibras.
Necesidad de usar transmisores y receptores ms caros.
Los empalmes entre fibras son difciles de realizar, especialmente en
el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del
cable.
No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores
intermedios.
La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversin
elctrica-ptica.
DEFINICION DE PESO
En pocas palabras se puede definir el peso como la fuerza que ejerce
un determinado cuerpo sobre el punto en que se encuentra apoyado.
SENSORES DE PESO O CELDAS DE CARGA
Una celda de carga es un transductor que es utilizado para convertir
una fuerza en una seal elctrica. Esta conversin es indirecta y se realiza
en dos etapas. Mediante un dispositivo mecnico, la fuerza que se desea
medir deforma una galga extensiomtrica. La galga extensiomtrica convierte
el desplazamiento o deformacin en seales elctricas. Una celda de carga
por lo general se compone de cuatro galgas extensiomtricas conectadas en
una configuracin tipo puente de Wheatstone. Sin embargo es posible
adquirir celdas de carga con solo uno o dos galga extensiomtricas. La seal
elctrica de salida es tpicamente del orden de unos pocos milivoltios y debe
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ser amplificada mediante un amplificador de instrumentacin antes de que
pueda ser utilizada. La salida del transductor despus de ser amplificada es
procesada por un convertidor analgico/digital, a esta conversin se le aplica
un algoritmo adecuado y se consigue calcular la fuerza aplicada al
transductor.
En otras palabras se puede decir que una celda de carga son
sensores de peso electrnicos cuya finalidad es recibir la excitacin elctrica
provocada por un peso determinado aplicado a la bscula o balanza y
transmitirlo hacia un indicador de peso.
Son dispositivos electromecnicos, basados en la deformacin
mecnica la cual estrangula el flujo elctrico en una resistencia embebida en
el dispositivo. La resistencia se conoce como galga, y se encuentra con
otras resistencias formando un "puente de wheatstone". Entre dos puntos
opuestos del puente se aplica un voltaje DC o AC, de 5 a 20 Voltios
(depende de la celda de carga), y la deformacin mecnica de la celda
generara una variacin en milivoltios proporcional al voltaje aplicado y a la
carga.
Aplicaciones Generales
Mediciones de fuerzas
Balanzas y Bsculas
Bsculas de camiones electrnicas
Medidores electrnicos en gras
Pesado en tanques y silos
Determinacin del centro de gravedad
CLASIFICACION DE LOS SENSORES DE PESO
Galgas Extensiometricas
La galga extensiomtrica es bsicamente una resistencia elctrica. El
parmetro variable y sujeto a medida es la resistencia de dicha galga. Esta
variacin de resistencia depende de la deformacin que sufre la galga.
Existen dos tipos de galgas bsicos:
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De hilo conductor o lmina conductora: El sensor est constituido
bsicamente por una base muy delgada no conductora y muy flexible, sobre
la cual va adherido un hilo metlico muy fino. Las terminaciones del hilo
acaban en dos terminales a los cuales se conecta el transductor.
Semiconductoras: Las galgas semiconductoras son similares a las
anteriores. En este tipo de galgas se sustituye el hilo metlico por un material
semiconductor. La principal diferencia constructiva de estas galgas respecto
a las anteriores se encuentra en el tamao; las galgas semiconductoras
tienen un tamao ms reducido
Principio de Funcionamiento
Se parte de la hiptesis inicial de que el sensor experimenta las
mismas deformaciones que la superficie sobre la cual est pegada. El sensor
est constituido bsicamente por una base muy delgada no conductora,
sobre la cual va adherido un hilo metlico muy fino, de forma que la mayor
parte de su longitud est distribuida paralelamente a una direccin
determinada, tal y como se muestra en la figura
La resistencia elctrica del hilo es directamente proporcional a su
longitud, o lo que es lo mismo, su resistencia aumenta cuando ste se
alarga.
De este modo las deformaciones que se producen en el objeto, en el
cual est adherida la galga, provocan una variacin de la longitud y, por
consiguiente, una variacin de la resistencia.
Otro principio de funcionamiento de las galgas se basa en la
deformacin de elementos semiconductores. Esta deformacin provoca una
variacin, tanto en la longitud como en la seccin. Este tipo de sensor
semiconductor posee un factor de galga ms elevado que el constituido por
hilo metlico.
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Aplicaciones
Los sensores de peso generalmente se utilizan en los transporte de
carga para determinar los mximos que un camin puede llegar a
soportar, y que de esta manera no se corra el riesgo de que el mismo
sufra algn accidente por sobrecar