Instrumentos elásticosExisten tres tipos de instrumentos elásticos principales utilizados para medir presión.

Tubos Bourdon: tipo “C” y tipo helicoidal Fuelles Diáfragmas

Básicamente están diseñados bajos el principios que establece la deflexión que sufre un elemento elástico que se proporcional a la presión aplicada. En la tabla se indican los diferentes tipos de instrumentos elásticos, sus rangos óptimos de operación y precisión.

Funcionan bajo el siguiente principio mecánico: es un tubo de paredes delgadas, un tubo enrollado, cerrado por un extremo, aplastado de manera que su corte transversal tenga forma elipsoidal y curvado convenientemente. La presión que se desea medir se aplica a su extremo abierto, el tubo trata de enderezares y el movimiento de su extremo libre es amplificado por un sistema de palanca y sector dentado, e indica en un dial graduado en las unidades de presión convenientes. De esta clase de medidores es el menos preciso.

El material empleado normalmente en el tubo de bourdon es de acero inoxidable, aleaciones de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel.  

Principio de operación del tubo Bourdon

Aplicaciones: los tubos bourdon se utilizan como instrumentos de medición directa y como instrumentos de presión en ciertos tipos de controladores, transmisores y registradores.

Entre las ventajas y desventajas de los medidores de presión de tubo bourdon se incluyen:

Ventajas:1. Bajo costo.2. construcción simple3. cobertura de rangos bajos y altos4. una buena relación precisión/costo5. muchos años de experiencia en su aplicación

Desventajas:1. pérdida de precisión por debajo de 50 psig.

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2. usualmente requieren amplificación, la cual introduce histéresis.

El tipo de Bourdon utilizado se determina principalmente por el espacio disponible en la caja del instrumento. Como una regla general, el tubo Bourdon tipo “C”, es el menos sensible y el espiral es el mas sensible.

o Tubo Bourdon tipo “C”: se utilizan principalmente para indicación local en medidores de presión, que están conectados directamente sobre recipientes de proceso y tuberías.

o Tubo Bourdon Helicoidal: se construye de forma similar al tubo en especial, pero enrollado el tubo en forma helicoidal. Ideal para medir altas presiones incluso hasta 80000 psi, se garantiza una precisión del 1% Rangos de medida para los distintos metales o aleaciones─ Bronce : 0 - 201 a 0 - 400 psi─ Cobre-Berilio: 0 - 201 a 0 - 6000 psiAleación ni-span-c: 0 - 201 a 0 - 6000 psi─ S.S. 316: 0 - 201 a 0 - 6000 psiPara trabajos duros─ S.S. 316: 0 - 40000 a 0 - 80000psi  

Un fuelle puede definirse como un tubo flexible, el cual cambia su longitud de acuerdo a la presión aplicada. Este cambio de longitud es mucho mayor que el que se obtendría si se utilizara un tubo bourdon de las mismas características. En muchas aplicaciones el fuelle se expanden muy poco, pero la fuerza que produce es significativa. Esta técnica se emplea frecuentemente en mecanismos de balance de fuerzas. Para producir una relación lineal entre el desplazamiento del fuelle y la presión aplicada, es práctica común colocar un resorte dentro del fuelle, tal como se muestra en la figura.

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La utilización de un fuelle con un resorte tiene varias ventajas: el procedimiento de calibración se simplifica, ya que el ajuste se hace únicamente sobre el resorte. Un resorte construido a partir de un material estable presentará estabilidad por un largo tiempo, lo cual es esencial en cualquier componente. Cuando se requiere medir presión absoluta o diferencial se utilizan mecanismos especiales formados por dos fuelles, uno de los cuales actúa como compensación o referencia.

Manómetro de tiro del tipo de fuelle

Los fuelles pueden ser metálicos o no metálicos. Los rangos típicos, cuando se utilizan, fuelles de bronce o de acero inoxidable, van desde 0-100 mm Hg. (abs) hasta 0-60 in Hg. (abs).

Aplicaciones: los fuelles se utilizan en aplicaciones de medición de presión absoluta y medición de presión diferencial. Además, son parte importante en instrumentos tales como transmisores, controladores y registradores.

El principio de operación es similar al de los fuelles, pero su construcción es diferente. El diafragma es un disco flexible generalmente con corrugaciones concéntricas, tal como se muestra en la figura1 Los diafragmas pueden ser metálicos y no metálicos. Entre los materiales comúnmente más utilizados se encuentran: bronce, cobre-berilio, acero inoxidable, monel, neopreno, siliconas y teflón. El diafragma puede ser utilizados independientemente como un sensor de presión, pero también es componente básico de un elemento conocido como “capsula”, figura2. Una “capsula” está formada por dos diafragmas unidos alrededor de su periferia. Existen dos tipos de capsulas: convexas en las cuales la orientación de las corrugaciones de los dos diafragmas es opuesta; y tipo”nido” (nested) donde la orientación de las corrugaciones coincide. La capsula de diafragma es utilizada por los transmisores neumáticos y electrónicos de diferencial de presión.

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Mediciones de nivel

Nivel.

Es la distancia existente entre una línea de referencia y la superficie del fluido, generalmente dicha línea de referencia se toma como fondo del recipiente.

MÉTODO DE PRESIÓN DIFERENCIALIntroducción:Este método es el mas común en la medición de nivel para tanques abiertos o cerrados.

Método de presión diferencial

Para la medición de niveles en tanques al vació o bajo presión pueden utilizarse los instrumentos de medición del flujo por métodos de presión diferencial. La única diferencia es que el instrumento dará una lectura inversa; es decir, cuando señale caudal cero en medidas de flujo, se leerá nivel máximo en medidas de nivel. Deben tomarse precauciones para obtener la correspondiente respuesta del instrumento. Por ejemplo, es posible utilizar medidores de rango compuesto. Como estos instrumentos están diseñados para permitir el flujo en ambas direcciones, es posible utilizarlos para mediciones de nivel de líquido, teniendo la posición de cero en el interior de la grafica, moviéndose la pluma hacia su borde con el aumento de nivel.

El principio de funcionamiento se basa en aplicarle al instrumento la presión existente en la superficie del liquido en ambas conexiones con la finalidad de anularla y que la presión detectada, sea la presión hidrostática, la cual como se ha visto, la podemos representar en unidades de nivel.

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Placa orificio El medidor de Orificio es un elemento más simple, consiste en un agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubería. El paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable de la velocidad (energía cinética) a expensa de una disminución de la presión estática (caída de presión). Por esta razón se le clasifica como un medidor de área constante y caída de presión variable.La placa de orificio:La placa de orificio es una placa delgada que puede sujetarse entre bridas de tubería. El orificio de arista afilada ocasiona que el chorro se contraiga aguas abajo del orificio, de tal manera que las líneas de corriente, tal como se observa en la figura 8.2, continúan convergiendo en una distancia corta después del plano del orificio; por tanto, el área de flujo mínimo es en realidad menor que el área del orificio.

RotámetrosEs un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.Los rotametros, flowmeters, del tipo area variable, son instrumentos diseñados para la medición y control de caudales, gases y líquidos. Fabricamos caudalímetros desde 1 ml/h hasta 1000000 lts/min. La unidad de lectura vendrá especificada en la unidad de preferencia del usuario (lts/h, g/min, mtr^3/h, scfh, lbm/min, scfm, etc, etc), es decir, lectura directa de caudal.Rangos operacionales diponibles: desde 0,5 ltrs/h de agua (0,01 mtr^3/h de aire), para tuberías de diametro 1/4" NPT, hasta 100000 ltrs/h de agua (3000 mtrs^3/h de aire) para tuberías de diametro 4". Para diametros de tubería mayores de 3", caudales hasta 10000000 ltrs/min, se usará el medidor de flujo de tipo area variable modelo "push botton".

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Aquí se presenta un modelo de las especificaciones técnicas de un Rotámetro:

El tubo medidor del tipo pyrex, está protegido por una carcasa protectora de acero inoxidable calidad 316.EL flotador medidor se desplaza verticalmente a lo largo de una varilla guía, razón por la cual pueden ser utilizados para medir fluidos de una alta viscosidad.Rotametros de seguridad con fabricación especial y a requerimientos específicos están disponibles. Los materiales usados son:Tubo medidor en vidrio borosilicato tipo pyrex.Conectores y partes internas en acero inoxidable 316.O-rines y empaques en teflónLa longitud de la escala medidora se ofrece en variados tamaños: 230 mm, 330 mm, 100 mm, etc.La precisión es del 2% en full escala.

RotámetrosConsiste de un tubo vertical, de forma cónica (fig. 8.3) dentro del cual circula el fluido de abajo hacia arriba. Dentro del tubo se encuentra el flotador provisto de unas aspas que lo hacen girar concentricamente, manteniéndolo centrado dentro del tubo. Debido a que la velocidad es menor en la parte superior 8la sección mayor se encuentra aquí) que en la inferior, el rotor buscará una posición neutral donde el arrastre equilibre su peso. Así, el rotor subirá o bajará dentro del tubo dependiendo del gasto. Una escala calibrada en las paredes del tubo indica dicho gasto. Estos medidores se pueden

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encontrar con calibración de fábrica para varios fluidos comunes e intervalos de flujo. Tal es el caso del rotámetro empleado en el Laboratorio cuya curva de calibración (fig. 8.4), permite obtener el flujo másico real y en consecuencia el correspondiente caudal.

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Medidores de turbinaLos medidores de turbina tienen un rotor de aspa que puede girar libremente cuando el fluido lo empuja, entonces la velocidad de rotación de la turbina es proporcional a la velocidad del fluido. Para determinar el número de revoluciones de la turbina el medidor consta de un dispositivo captador que genera un impulso eléctrico cada vez que un álabe de la turbina pasa frente a él.Exactitud 1%VmEl fluido debe ser limpio y poco abrasivo.Sirve para líquidos y gases.Variabilidad del rango 30:1No se utiliza para control.Genera una caída de presión apreciable, pero menor que la P.O.

Medidor de ultrasonido por efecto Doppler. En este caso, se proyectan ondas de ultrasonido a lo largo del fluido y se mide el corrimiento de frecuencia que experimenta la señal de retorno al reflejarse el sonido en partículas contenidas en el fluido. El método está limitado por la necesidad de partículas en suspensión como burbujas o partículas sólidas en la corriente líquida, pero permite medir algunos caudales de fluidos difíciles, tales como mezclas gas-líquido, fangos, entre otros. Tienen las ventajas de que no poseen partes móviles, no añaden caída de presión ni distorsionan el modelo del fluido. Opera con gases y líquidos

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Medidores de temperaturas Termocupla

o Sensor de temperatura más común utilizado industrialmente.o Se hace con dos alambres de distinto material unidos en un

extremo.o La magnitud de esta corriente depende de la clase de metales

usados y de las temperaturas de las juntas.o Consiste en dos metales no similares que genera una corriente

en el circuito cuando sus juntas se mantienen en diferentes.Los alambres para fabricar una termocupla se escogen de acuerdo a lo siguiente:

Resistencia a la corrosión, oxidación, redacción y cristalización.

Desarrollo de una F.E.M. relativamente alta, la mas grande generada por termopar comercial es cerca de 50 milivoltios.

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