Monografía: Medidores de Presión

Definición y explicación del proceso de medición.

Sea cual sea la estrategia de control seleccionada, para implementar físicamente el sistema de control habrá que medir variables del proceso (niveles, caudales temperaturas etc.), calcular las acciones de control y manipular determinadas variables de entrada. La instrumentación requerida para llevar a cabo estas funciones se puede clasificar en cuatro tipos:

1. Instrumentos de medida o dispositivos para medir las variables controladas u otras variables que utilice el sistema de control.

2. Actuadores o dispositivos capaces de mover las variables manipuladas del proceso en la dirección adecuada.

3. Sistemas de transmisión de información capaces de llevar las señales medidas a los controladores y las señales de control a los actuadores.

4. Controladores o dispositivos capaces de determinar las actuaciones necesarias a partir de la información obtenida del proceso y del comportamiento deseado.

El proceso de medida de una variable consiste en la comparación de la misma con una unidad estándar o patrón de medida. En algunos casos la comparación se hace de forma directa, pero en otros se realiza de forma indirecta utilizando algún principio fisicoquímico que permita relacionar la magnitud de la variable que se quiere medir con la magnitud de otra variable, de otro tipo, más fácilmente medible.

Como la medida ha de llegar al controlador que se encuentra a cierta distancia, deberá ser realizada de forma que pueda ser transmitida y procesada con facilidad. La serie de elementos o dispositivos que conforman el sistema de medida de una variable se muestra en la siguiente figura, donde aparece un conjunto de términos como sensor, captador, transductor, transmisor, detector o convertidor que se emplean con gran confusión y ambigüedad y sobre cuyo significado no hay unanimidad. Esta ambigüedad se debe a que sus funciones están íntimamente relacionadas y es muy difícil distinguir con nitidez la diferencia entre ellos. Es muy corriente, incluso, referirse a todo el conjunto utilizando uno cualquiera de los términos enunciados.

El primer elemento de la serie es el elemento primario o sensor, un dispositivo que está en contacto con la variable del proceso que se quiere medir. Cuando se utiliza un caudalímetro de presión diferencial, el elemento primario produce una diferencia de presiones entre dos tomas. Las dos tomas de presión se conectan a un elemento que contiene un diafragma que se deforma debido a la diferencia de presiones. Este elemento se denomina captador y a veces detector, si bien el término detector también tiene la connotación de elemento que se activa (detecta) cuando una variable ha sobrepasado un cierto nivel.

El siguiente elemento es el transductor. Es el elemento que modifica la naturaleza de la señal que proporciona el sensor para que sea más fácilmente procesable o medible. En el caso del caudalímetro el transductor es el elemento que traduce la deformación del diafragma en una

señal neumática o eléctrica (puede ser una transformador diferencial). Este tipo de dispositivos se llaman también convertidores, si bien este término se emplea también con cierta frecuencia para denominar a los dispositivos que cambian la naturaleza de la señal a efectos de su transmisión (por ejemplo, los convertidores presión-intensidad o los convertidores tensión-intensidad).

El último elemento de la cadena es el transmisor, un dispositivo que convierte la señal que proporciona el transductor en una señal estándar que se transmite fácilmente al sistema de control y que, al estar normalizada, es compatible con cualquier instrumento de control con independencia de su marca comercial o procedencia.

Clasificación de los instrumentos de medida

Instrumentos de medición y control

Los instrumentos de medida para monitorización indican al operador el estado de la variable, mientras que los de control deben enviar la señal correspondiente a la medida a un controlador.

Los instrumentos de medida para el control proporcionan una señal eléctrica o neumática que puede ser utilizada directamente por el equipo de control. En cambio los instrumentos de monitorización solo proporcionan una indicación visual de la magnitud física que se está midiendo.

Instrumentos activos y pasivos

Cualquier instrumento de medida requiere una cierta cantidad de energía para realizar la medición. Al considerar este factor, los instrumentos de medida pueden ser clasificados en pasivos o activos.

Un instrumento de medida se denomina pasivo cuando la energía necesaria para realizar la medida es aportada por el proceso físico que se desea medir y no necesita, por tanto, una fuente de energía externa.

Los instrumentos activos utilizan una fuente de energía externa para producir la medida y proporcionar la energía propia de la señal. En esta clase de instrumentos, la magnitud medida modula la fuente de energía externa.

Todos los instrumentos de medida perturban, imperceptiblemente en la mayoría de los casos, la variable que se está midiendo. Los dispositivos activos de medida son menos intrusivos y se aproximan más a lo que sería un dispositivo de medida ideal.

Instrumentos de medida por comparación y por desplazamiento

Algunos instrumentos de medida se basan en la variación experimentada por una variable que es función de la magnitud medida. Así por ejemplo, un dinamómetro mide el peso de un cuerpo por la elongación experimentada por un muelle con una constante de elasticidad determinada. Otros instrumentos, en cambio, efectúan la medida comparando la magnitud con patrones conocidos. Tal es el caso de una balanza, donde el peso de un cuerpo se mide añadiendo pesas calibradas,

hasta que el peso de la misma igualan a la del cuerpo. Estos instrumentos se denominan de desplazamiento cero o instrumentos de tipo nulo y suelen ser muchos más precisos que los primeros. En efecto, la exactitud de la medida de los instrumentos de desplazamiento depende de la linealidad de los resortes (u otros elementos) y de la constancia de los constantes de elasticidad, cualidades que no se pueden garantizar a lo largo de la vida del instrumento.

Desgraciadamente el proceso de medida de los instrumentos de tipo nulo suele ser más complicado y, debido a ello, la mayoría de los instrumentos de medida utilizados en control son de medida por desplazamiento. Los de tipo nulo suelen reservarse para calibrar a los de desplazamiento gracias su mayor precisión y a la calibración ser realiza en contadas ocasiones.

Medidores analógicos y digitales

Un medidor analógico proporciona una medida que varía en forma continua. Es el caso, por ejemplo, de un termómetro que puede marcar cualquier valor real comprendido entre la temperatura máxima y mínima.

Un instrumento digital proporciona una medida que sólo puede tomar un número finito de valores. Las medidas digitales son más fáciles de integrar en un sistema de control por computador.

Caracterización estática y dinámica de los instrumentos.

Las características principales de un instrumento de medida son las siguientes:

Las características estáticas de los instrumentos, sensores o sistemas de medida son las que aparecen en estos después de que ha pasado mucho tiempo, régimen permanente. Se cuantifica en términos de error.

Las características dinámicas se presentan en la respuesta de los sensores a un cambio brusco en su entrada, régimen transitorio, en general se presentan en los sensores que cuentan con elementos que almacenan energía (condensadores, inductancias, masas, resortes, etc.). Estas características están representadas por el error dinámico y por la velocidad de respuesta.

Definición de los parámetros estáticos.

Rango: es el conjunto de valores de la variable que puede ser medido por el instrumento. Se especifica mediante un límite inferior y un límite superior.

Alcance: Se define como la diferencia entre los valores superior e inferior del rango.

Rango sobre cero: es un rango en el que el cero de la variable medida es mayor que el límite inferior del rango.

Rango sin cero: es un rango donde el cero de la variable medida queda por debajo del límite inferior del rango.

Elevación del cero: es la diferencia entre el cero de la variable medida y el límite inferior del rango de medida.

Precisión: es el grado en que la medida que proporciona se aproxima a un valor patrón de medida o a medida ideal.

Error de medida: es la diferencia entre la medida producida por el instrumento y la medida ideal.

Grado de incertidumbre: se define como el error máximo que se puede cometer al efectuar la medida con el instrumento en cuestión.

Precisión de referencia o tolerancia: la precisión de referencia es el límite máximo del error de medida, cuando el instrumento se utiliza en condiciones nominales y se puede expresar de forma absoluta o relativa.

Repetibilidad: esta característica indica el grado de consistencia del instrumento. Es decir, en qué grado el dispositivo proporciona lecturas iguales cuando las variables medidas toman el mismo valor y las condiciones de la medida son las mismas. Si no se exige que las variables condiciones de la medida sean idénticas, esta característica se denomina reproducibilidad.

Banda muerta: es el rango de variación de la variable medida que no produce un cambio perceptible en la salida del mismo. La causa más común de la banda muerta es la fricción estática.

Sensibilidad: es la relación que existe entre el incremento en la señal de la salida del instrumento y el incremento correspondiente de la variable medida.

Resolución: es el incremento más pequeño de la variable medida que produce un cambio observable en la salida o lectura del instrumento.

Histéresis: con frecuencia la lectura que ofrece un instrumento ante un mismo valor de la variable medida, es distinta si la variable se mueve en sentido creciente o decreciente. La histéresis es el valor máximo de la diferencia entre las medidas en sentido creciente y decreciente de la variable.

Linealidad: este término se aplica a funciones o curvas y mide en qué grado estas se pueden aproximar a una línea recta. Se suele expresar como como el error máximo que se cometería al aproximar la función por una línea recta. La linealidad es una cualidad deseable en la mayoría de los instrumentos de medida, ya que implica una sensibilidad similar en todo el rango de medida.

Sesgo: es un error constante que afecta a la medida en todo su rango. Es un error que no tiene un carácter aleatorio y que puede ser corregido mediante la calibración del instrumento.

Deriva: es la variación experimentada por alguna de sus características en un periodo de tiempo determinado. Las derivas se deben a cambios que sufren algunos componentes o materiales del instrumento al variar la temperatura o a la humedad.

Umbral: es el valor mínimo que tiene que alcanzar la variable para que el instrumento proporcione una señal de medida.

Medidores de Presión

Definición y generalidades del instrumento. Clasificación y tipos. Elegir 3 tipos y explicar su funcionamiento. Dar ejemplo de su uso o cuando es recomendable su uso. Dos instrumentos de medición de catálogos, identificando parámetros estáticos y

dinámicos. Adjuntar hoja de datos. Dar datos de fabricante y/o proveedor: Domicilio, página web, representador local, etc.

Medidores de Presión

Introducción

La medición de presión, junto a la de temperatura y nivel, son las variables de proceso más utilizadas en los procesos industriales.

El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema.

Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión es de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.

La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otras fuerzas conocidas que puede 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 deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

Los medidores de presión son instrumentos de precisión fabricados para medir la presión sanguínea, la presión de líquidos y gases en tuberías o tanques de almacenamiento y la presión atmosférica, a grandes rasgos, teniendo para cada uso diversos equipos disponibles de acuerdo a las necesidades.Dependiendo de las aplicaciones de los medidores de presión, son las unidades disponibles para sus resultados, además de que algunos reciben nombres diferentes dependiendo también del tipo de presión que van a medir.

Tipos de presión

Los diferentes tipos de presión se diferencian entre si solamente por su punto de referencia a presión cero. La falta de presión (vacío total) en un espacio cualquiera del universo se conoce como cero absoluto.

Presión absoluta: Presión referida al cero absoluto.

Presión atmosférica: la presión necesaria para la vida en la tierra se conoce como presión atmosférica del aire. Se ocasiona por el peso de la atmosfera que rodea a la tierra hasta una altitud aproximada de 500km. Desde la superficie de la tierra hasta esta altitud se produce una caída de presión constante, llegando a presión cero a los 500km, es decir, presión absoluta cero. La presión atmosférica depende de los cambios climáticos, tomándose como referencia la existente como valor medio a nivel de la mar, denominada atmosfera, o lo que es igual, 1.013 Bar o 760mmHg. Los cambios climáticos pueden aumentar o disminuir la presión atmosférica en valores de ± 5%.

Presión diferencial: Cuando se mide la diferencia de presión entre dos puntos, habitualmente con el mismos cero de referencia, la medida se denomina presión diferencia P1,2 o también dP1,2.

Presión relativa: en la práctica se suele utilizar como medida de presión la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Esta diferencia se conoce como presión relativa.

La mayoría de los dispositivos que permiten medir la presión directamente miden en realidad la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. El resultado obtenido se conoce como presión manométrica o relativa.

Tipos de medidores de presión

Mecánicos

Primario de Medida Directa Primarios Elásticos

Electromecánicos

Transmisores electrónicos de equilibro de fuerza Resistivos Magnéticos Capacitivos Extensiométricos Piezoeléctricos

Neumáticos

Sistema tobera- obturador

Electrónicos

Mecánicos Medidor McLeod Térmicos Ionización

Tipos de medidores de presión: Mecánicos

Elementos primarios de medida directa: miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas.

Ejemplos barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana.

Elementos primarios elásticos: se deforman por la presión interna del fluido que contienen. Ejemplos: tubo de Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.

Tipos de medidores de presión: Electromecánicos