INSTRUMENTACION. Cap. 4 INTRODUCCIÓN. Cuántos Instrumentos puedes contar en la figura? Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 1

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1 Termodinámica para ingenieros PUCP Cap. 4 INSTRUMENTACION INTRODUCCIÓN Este capítulo es importante para los estudiantes, pues después de llevar este curso, los alumnos llevarán el curso de Laboratorio de Termodinámica, donde deberán conocer y elegir los instrumentos óptimos para tomar las mediciones; ahora solamente nombraremos y conoceremos los principales instrumentos. La presión y la Temperatura son los valores importantes en Termodinámica que debemos conocer y medir. Grupo Turbina de vapor con Generador eléctrico en la Central Térmica del Laboratorio de Energía de la PUCP. Cuántos Instrumentos puedes contar en la figura? Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 1

2 bibliografía La mayoría de los instrumentos que se muestran en este capítulo son del Catálogo de Cole Parmer. Cuál será la presión en: Huancayo? Cusco? Pastoruri? A qué temperatura hervirá el agua en Ticlio? Cómo se mide la presión de una persona? Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 2

3 Termodinámica para ingenieros PUCP 4.1 Presión La Presión es la fuerza manifestada por las moléculas de un fluido sobre los límites o fronteras, o en forma simple es el cociente entre la fuerza ejercida y el área sobre la que ésta se ejerce. Vivimos en un espacio gaseoso y naturalmente esa masa de aire ejerce una presión sobre nuestros cuerpos. Cuando la presión disminuye, por ejemplo al subir una montaña, de inmediato sentimos sus efectos, principalmente el órgano auditivo. No en vano las cabinas de los aviones están presurizadas. Cuando buceamos, el efecto del aumento de la presión ejercida por el agua se siente de forma desagradable a muy poca profundidad. Cuál es la presión al fondo de una piscina de 2 metros? A lo largo del curso la presión es uno de los factores más importantes para el funcionamiento de las máquinas, es por ese motivo que tenemos que tener los conceptos muy claros. Por ejemplo, en el caso de los motores de combustión interna, la bujía produce una chispa que enciende la combustión y la presión aumenta tanto dentro del cilindro que empuja el pistón produciendo trabajo. Algunos motores están utilizado el turbo-compresor para aumentar la presión del aire que entra en el motor y mejorar su eficiencia. Qué significa un motor con TURBO? Mayores detalles Cap Motores. Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 3

4 La Presión se expresa en el Sistema Internacional en Pascales (Pa). El Pascal corresponde a la fuerza de un Newton ejercida sobre un área de un metro cuadrado. En la vida cotidiana se utiliza como unidad de presión la atmósfera (atm.), que corresponde a Pa. También se utiliza el milímetro de mercurio (mm Hg.), siendo 1 atm = 760 mm Hg. 1 atm = 760 mm Hg = kpa Es conveniente distinguir diferentes tipos de presión utilizadas normalmente. En problemas de termodinámica es de interés generalmente la Presión Absoluta, pero los instrumentos de medición (manómetros de presión y vacío)dan los valores correspondientes a la diferencia: P. Absoluta - P. Atmosférica = P. Manométrica Los compresores de los grifos (para inflar las llantas) nos dan la presión manométrica. La mayoría todavía en unidades inglesas - lb/pulg2 ó psi en inglés. 1 bar = 14,7 lb/pulg2 (los griferos dicen solo libras y por lo tanto hablan mal) Cuánto es la presión que se le pone a las llantas de los autos? y de los camiones? y de los aviones? Máquina para calibrar manómetros; el manómetros a calibrar se compara con pesas estandarizadas de diferentes pesos, y como P = F/A entonces se comparan las presiones. Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 4

5 Termodinámica para ingenieros PUCP Manómetros Este tipo de manómetros es el más utilizado, funciona como el sistemade los juguetes de carnaval, al aumentar la presión el elemento curvo tiende a enderezarse y acciona unos engranajes que miden la señal y la convierten en medidas de presión. En estas salidas se conectan las líneas (o tuberías) que deseamos medir. Estos manómetros miden solamente la diferencia entre estos dos valores de presión. Bour- Manómetro Digital Manómetro digital Manómetro diferencial (mide P) Manómetros instalados en el equipo de refrigeración del Laboratorio de Energía de la PUCP. Qué tipo de presión miden? a) Manométrica b) Barométrica c) Atmosférica d) Digital Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 5

6 4.2 Temperatura En el colegio nos enseñaron que la temperatura es una magnitud física asociada al sentido del tacto y a la sensación de frío y calor. Desde hace años existe una escala para medir la temperatura de los cuerpos, la escala Celsius o centígrada (Los europeos no hablan de grados centígrados sino Celsius como debe ser). En ella el hielo funde a una temperatura de 0 C y el agua hierve, si la presión exterior es 1 atm, a 100 C y nuestro cuerpo tiene una temperatura próxima a 37 C. En Termodinámica es necesaria tener una escala que pueda ser INDEPENDIENTE de la sustancia de comparación (en este caso de nuestro cuerpo) y es la llamada Kelvin, la cual es la Escala Absoluta que usaremos durante todo el curso, y que está relacionada linealmente con la centígrada mediante la expresión: T(K) = t( C) En la escala de temperaturas el hielo funde a 273 K y el agua hierve a 373 K. El Kelvin es igual al grado centígrado; la diferencia entre ellos es el origen de las escalas. El cero absoluto corresponde al cero de la escala Kelvin y a -273 C en la escala centígrada. Fórmula de conversión de C a F Termómetros Industriales Termómetros Termocuplas Hélice Bimetálica Pirómetros Cuál es cuál? Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 6

7 Termodinámica para ingenieros PUCP Tablas para conversión de Unidades Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 7

8 RANGO DE TEMPERATURAS TEMPERATURA EJEMPLO 14 millonesºk (14 millonesºc) Núcleo Del Sol ºK (29.727ºC) Rayos 5.800ºK (5.527ºC) Superficie del Sol 4.000ºK (3.727ºC) Núcleo de la Tierra 523ºK (250ºC) Incineración de la madera 373ºK (100ºC) Punto de ebullición del agua 331ºK (58ºC) Temperatura más alta del aire registrada en la Tierra 310ºK (37ºC) Temperatura normal del cuerpo humano 273ºK (0ºC) Punto de congelación del agua 184ºK (-89ºC) Temperatura más baja del aire registrada en la Tierra 43ºK (-230ºC) Temperatura de la superficie de Plutón 0ºK (-273,15ºC) Cero absoluto Rango de operación de instrumentos y sensores de temperatura Si quiero comprar una termocupla para medir dentro de un rango de a Qué termocuplas debería seleccionar? Qué otros factores influirán en mi decisión? Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 8

9 Termodinámica para ingenieros PUCP Registradores de temperatura Registradores de Temperatura Registros de Temperatura Registrador de temperaturas en el Lab. de Energías de la PUCP. En qué momento tomaré las mediciones? Termómetro Infrarrojo Gas de combustión. Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 9

10 4.3 Medidores de FLUJO: Flujo de Volumen = Caudal Flujo de Masa = Flujo de Masa Cantidad de masa que atraviesa un sistema en un segundo. Existen varias formas de medir los flujos, directa o indirectamente, ya sea el flujo o también la velocidad. Ver capítulo sobre Continuidad. Entre ellas se conocen : - Fluviómetro - Venturi - Pitot - Placa orificio Anemómet- Elección de tipo de flujómetro Medidores de gases Instalación Típica Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 10

11 Termodinámica para ingenieros PUCP Rotámetro Cómo te cobra el consumo de agua SEDAPAL? Qué forma tiene el medidor? Cómo serian los indicadores? a) Cónico b) Cilindrico c) Esferas d) Platillos Contadores de tipo hélice Otros Instrumentos Multímetro Los multímetros miden : a) Voltaje b) Intensidad c) Amperaje d) Potencia e) Resistencia f ) Flujo Taquímetro Osciloscopio Multímetro Digital computarizado Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 11

12 Tacómetro Estroboscopio : Para medir las RPM o revoluciones por minuto, variando la frecuencia de las luces. Similara al las luces de las discotecas Calorímetro de estrangulamiento Sirve para medir la calidad o título del vapor (x) x = mg / m Explique cómo se mide x en la figura. Psicrómetro Densímetro Cómo sabes si una batería de carro está descargada o no? Para medir propiedades del : a) Agua b) Aire atmosférico c) Refrigerantes Sirve para medir : a) Temperatura b) Humedad Relativa c) Humedad Absoluta d) Densidad Cap 4 Instrumentos de Medición - Pág. 12