3 de mayo de 2002 comision de cursos asociacion …ventajas • posibilidad de medir presiones muy...

ASOCIACION ARGENTINADE CONTROL AUTOMATICO

COMISION DE CURSOS

Curso Intensivo sobre: “Mediciones Industriales:

Presión – Nivel – Caudal – Temperatura”

3 de Mayo de 2002

Presión

Disertante: Ing. ZOLTAN BARKASZ

AADECA ASOCIACION ARGENTINA DE CONTROL AUTOMATICO CURSO SOBRE MEDICIONES INDUSTRIALES – 3 de Mayo de 2002

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Disertante: Ing. Zoltán Barkász

Este documento ha sido descargado de http://www.aadeca.org

- 1 -

Presión

Definiciones

y

Nociones Importantes




- 2 -

1 - DEFINICIONES Y TERMINOLOGIA

• Se define como Presión la relación entre una Fuerza distribuida, y el Área sobre el cual se aplica dicha Fuerza




- 3 -

1 - DEFINICIONES Y TERMINOLOGIA

Unidad de presión:

La Unidad de Presión es una unidad derivada en el Sistema Internacional. Es una unidad derivada de las unidades fundamentales de masa (kg), longitud (m) y tiempo (s).




- 4 -

UNIDADES DE PRESIÓN

1 m

1 m

F=1 N

Pa=1 N

1 m²Pa

kgm

s

• Unidad SI de presión: Pa• Es una unidad muy

pequeña, lo que lo hace de utilización incómoda: 1 atmósfera 101325 Pa

• En la práctica se usan otras unidades: kPa, MPa, bar, atm, Kg/cm², altura de columna líquida.

• Unidades Inglesas: psi, libras por pulgada cuadrada




- 5 -

UNIDADES DE PRESIÓN




- 6 -

DIFERENTES TIPOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN




- 7 -

Principios de MediciónColumna Líquida

• P = ρ (h1 + h2) g• Usado para medición de Presión

absoluta, manométrica y diferencial

• La dificultad de leer 2 alturas condujo a la evolución del diseño.




- 8 -

Principios de MediciónColumna Líquida




- 9 -

Presión Absoluta o Barómetro




- 10 -

Manómetro Inclinado




- 11 -

Tubo Bourdon




- 12 -

Diafragma




- 13 -

Diafragma como Elemento Sensor de un Transmisor




- 14 -

Retransmisor Neumático




- 15 -

Sensor de Presión de Strain Gauge




- 16 -

R1 x R3 = R2 x R4

DE = ---- x (DR2 + DR4 – DR1– DR3)V

4R




- 17 -

Características que debe cumplir un sensor de Presión

• Debe formar una interfase integral entre la Presión a medir y la Señal de Salida

• Debe tener un Coeficiente térmico mínimo• Debe tener buena Linealidad, Histéresis y

Repetibilidad




- 18 -




- 19 -




- 20 -




- 21 -




- 22 -

En Conclusión: un Transductor de Presión debe cumplir los siguientes requisitos

1. Ser intercambiable2. Mantener su exactitud sobre un amplio rango de

Temperaturas3. Ser operable a temperaturas extremas4. Ser resistente a las condiciones Ambientales5. Resistir sobre-presiones6. Apto para medir distintos tipos de fluidos, (gases,

líquidos, barros, fluidos corrosivos, etc.)7. Para lo cual el sensor debe estar aislado del medio a

medir




- 23 -

Sensor de Strain Gauge




- 24 -




- 25 -




- 26 -




- 27 -

Sensor Capacitivo




- 28 -




- 29 -

SECCIÓN




- 30 -




- 31 -

Ejemplo de Estructura de un Transmisor




- 32 -

ORGANIZACIÓN DE UNA CADENA DE CALIBRACIÓN




- 33 -

EL PATRÓN DE CALIBRACIÓN

• Vincula las Mediciones directamente con las Magnitudes Fundamentales de Masa, Longitud y Tiempo.

• Dos Leyes cumplen esta condición para el caso de la Presión:

P = ρhgP = Mg/A

• Dos Tecnologías pueden ser empleadas como Standard Fundamental Primario en la Medición de Presión:

Columnas ManométricasBalanzas Manométricas




- 34 -

COLUMNAS MANOMÉTRICAS




- 35 -

COLUMNAS MANOMÉTRICAS

VENTAJAS• Posibilidad de Medir Presiones muy

bajas.• Capacidad de Medir Presión

Manométrica, Absoluta y Diferencial.• Posibilidad de Automatizar las

Mediciones y de Registrar los datos obtenidos mediante un Sistema de Adquisición de Datos, empleando alguno de los sofisticados Sistemas de Medición de Nivel Ópticos o Magnéticos.

DESVENTAJAS• Rango de Medición Restringida.• Afectado por condiciones

Ambientales: vibración, variaciones de temperatura, pureza y limpieza del líquido manométrico.

• Requiere Equipos Auxiliares Sofisticados para el logro de una Medición de Altas Exactitud.

• Sensible a cambios rápidos de Presión.

• Fragilidad

• Costo alto para Unidades de Alta Performance.

• Riesgo para la Salud del Operador usando Mercurio como Líquido Manométrico.




- 36 -

BALANZAS DE PRESIÓN

PRINCIPIO

P=Mg/A• Puede ser Hidráulico o

Neumático• Nivel de Exactitud muy Alto• Estabiliza la Presión• Tiene Histéresis despreciable• Alta Estabilidad en el Tiempo,

típicamente 2 ppm/año




- 37 -

BALANZAS DE PRESIÓN – RANGOS DE APLICACIÓN

• Las Balanzas Hidráulicas no son recomendables en la medición de presiones bajas, debido a la influencia de la presión hidrostática en el circuito.

• Las Balanzas de Gas no son aptas para la medición de presiones por sobre 10 MPa, pues aparecen pérdidas significativas entre el pistón y el cilindro.

• La solución puede ser una Balanza operada a Gas y lubricada por líquido.




- 38 -

BALANZAS DE PRESIÓN - FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN

DETERMINACIÓN DE LA FUERZA

DETERMINACIÓN DEL ÁREA

F Mg a

M= −( )1 ρ

ρF Mg Da

M= − +( )1

ρρ

Γπ

[ ][ ]A A t PP C= + + − −0 1 20 1( )( )α α λ




- 39 -

BALANZAS DE PRESIÓN - FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN

( )( )[ ][ ]PMg D

A t P

a

M

P C=

−

�

�� +

+ + − +

1

1 20 10

ρρ

α α λ

Γπ




- 40 -

BALANZAS DE PRESIÓN - CONCLUSIÓN

VENTAJAS• Rango de Medición Amplio. • Histéresis despreciable =>

Exactitud expresada en % de la lectura.

• Instrumento resistente.• Exactitud elevada• Estabilidad a largo plazo

excelente• Transportable• Estabiliza la presión

DESVENTAJAS• Capacidad limitada para

bajas Presiones.• Manipulación incómoda de

las pesas.• La exactitud se degrada si

no se aplica las correcciones

• No es posible automatizar ni la adquisición de datos remota

BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA -Béla G. Lipták, Instrument Engineers Handbook. Chilton -Douglas M. Considine y S.D. Ross, Handbook of Applied Instrumentation. Mc. Graw Hill -Omega Engineering Inc., The Pressure, Strain and Force Handbook, Omega Engineering, Inc. -Omega Engineering Inc., The Flow and Level Handbook, Omega Engineering, Inc. -Sydenham, Peter H., Transducers in Measurement and Control, Adam Hilger -R.W. Miller, Flow Measurement Engineering Handbook. Mc Graw Hill -L.K. Spink, Principles and Practice of Flow Meter Engineering The Foxboro Co. -Dr. Roger B. Dowdell, Flow its Measurement and Control in Science and Industry. I.S.A. -David W. Spitzer, Industrial Flow Measurement. I.S.A. -Dr. R.A. Furness, The Effect of Installation on the Performance of Flowmeters -Gabor Vass, Magmeter Basics, Fisher & Porter Co. - ISO Standard 5167, Measurements of Fluid Flow by Means of Orifice Plates, Nozzles, and Venturi Tubes in Circular Cross-Section Conduits Running Full, ISO 5167-1980(E), Geneva, 1980 - ISO Standard 2186, Fluid Flow in Closed Circuits – Connections for Pressure Signal Transmissions between Primary and Secondary Elements, ISO 2186-1973, Geneva, 1973 - ISO Standard R541, Measurement of Fluid Flow by Means of Orifice Plates and Nozzles, ISO, Geneva, 1967 - ISO Standard R781, Measurement of Fluid Flow by Means of Venturi, ISO, Geneva, 1968 - ANSI (MFC), Differencial Producers Used for the Measurement of Fluid Flow in Pipes, (Orifice, Nozzle, Nozzle Venturi, Venturi), draft 3e, New York, July 1982. - ANSI/API 2530, Orifice Metering of Natural Gas, catalog no. XQ0178, American Gas Association, Arlington,Va.,1978 - ASME, Fluid Meters, 6th. ed., ASME, New York, 1971.

- ASME, "The ASME-ISO Orifice Equations", Mech. Eng., vol. 103, no. 7, 1981 -Richtmyer, F. K. – Kennard, E. H. – Lauritsen, T., Introduction to Modern Physics, Mc Graw Hill -Omega Engineering Inc., The Temperature Handbook, Omega Engineering, Inc. -Suguer, Roberto – Weisz, Juan Pedro – Maceri, Hector A., Medición de Temperatura, A.A.D.E.C.A. – Comisión de Cursos. -Navesnik, Rolando, Medición de Temperatura mediante Sensores de Contacto, A.A.D.E.C.A. – Comisión de Cursos. -Harris, Forest K., Electrical Measurements, John Wiley & Sons -Kinnard, Isaac F., Medidas Eléctricas y sus Aplicaciones, Ediciones Técnicas Marcombo -Omega Engineering Inc., Thermocouple Reference Tables, Based on the ITS-90, Omega Engineering, Inc. -Minco Products, Inc., Bulletin TS – 102(J), =Temperature Sensors & Instruments, Minco Products, Inc. -Heraeus, Ceramic Wire Wound Resistance Temperature Detectors (PRTDs), Heraeus Electro-Nite - ITS – 90 (International Temperature Scale of 1990), Comité Consultatif de Thermométrie (CCT), Comité International des Poids et Mesures (CIPM) - N.I.S.T Monograph 175, Revised to ITS – 90, National Institute of Standards and Technology. - A.N.S.I., MC – 96, American National Standards Institute - A.S.T.M., E230, American Society for Testing Materials - DIN 43710, Deutsches Institut für Normung - DIN 43760, Deutsches Institut für Normung - DIN EN 60 584, Deutsches Institut für Normung - DIN EN 60 751, Deutsches Institut für Normung - BS – 4937, British Standards - NF E – 18 – 001, Norme Française - JIS C 1602, Japanese Industry Standards - IEC 584, International Electrotechnical Commission

NOTA: varias de las obras citadas se encuentran en la BIBLIOTECA AADECA . La misma puede ser consultada en el horario de 10 a 17 horas, de

lunes a viernes, en nuestra Sede, Av. Callao 220 piso 7.Ud puede consultar el catálogo de nuestras existencias en biblioteca, en el web site de AADECA: www.aadeca.org.

AADECA – GERENCIA

3 de mayo de 2002 comision de cursos asociacion …ventajas • posibilidad de medir presiones muy...

Documents