Tema: Medición de Flujo

Transcripción

1 1 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Instrumentación Industrial Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta) Tema: Medición de Flujo Objetivo General Analizar un método de medición de flujo por medio de un sensor de aspa giratoria. Objetivos Específicos Analizar la curva de salida del sensor de flujo de aspa giratoria. Analizar el error obtenido de este experimento. Medir el tiempo que tarda en pasar por la tubería una cantidad fija de volumen para obtener la corriente volumétrica del caudalómetro. Comparar las mediciones de flujo realizadas en la práctica con el dato proporcionado por el fabricante. Material y Equipo 1 Caudalómetro de aspa giratoria [SO3535-7S] 1 Amplificador de potencia [S Q] 1 Tanque de llenado [SO3536-9K] 1 Receptaculo con bomba [SO3536-9H] 1 Hoja transparente graduada para el tanque [SO3536-9W] 1 Beaker graduado. 1 Valor de referencia [SO3536-5A] 11 Puentes de conexión. 1 Multímetro digital. 1 Fuente de +/-15V [SO3538-8D] 1 Cronómetro [SO5127-2F] 5 Cables de conexión. 1 Regla. 1 Manguera.

2 2 Instrumentación Industrial. Guía 5 Introducción Teórica Generalidades Además de la medición temperatura y presión se considera la medición de caudal en tuberías con líquido corriente como de las más importantes. Posibilita medir la cantidad que ya pasó o la cantidad que actualmente está pasando. También se puede usar en este método diferentes materiales sin necesidad de pesar. Para eso hay que diferenciar entre cantidad y flujo. Bajo cantidad se entiende el volumen o la masa que pasó por la sección transversal. El flujo es una variable dependiente del tiempo. Dependiendo de la denominación de la cantidad se diferencia entre corriente volumétrica V y corriente de masa m : V = V (1) t m= m t (2) La corriente volumétrica puede ser expresada en m 3 /s o l/min y la corriente de masa en kg/s o ton/ph por ejemplo. Así se define la corriente volumétrica o de masa a la cantidad (volumen o masa) que corre por una sección transversal dentro de una unidad de tiempo. La masa de un material no depende de la temperatura y presión. El volumen si varía con la temperatura y la presión es decir la densidad ρ. La medición de cantidad es realizada mayormente con mediciones volumétrica debido a su complejidad inferior. La conversión de corriente volumétrica a corriente de masas se realiza análogamente a la conversión de volumen a masa vía la densidad: m= V (3) La mayoría de los equipos empleados para la medición de caudal sufren una pérdida de presión definida. Esta es la diferencia de la presión estática entre la entrada y la salida del dispositivo de medición. Es un valor de la energía necesaria para la operación del dispositivo de medición tomada del medio de medición. Con el volumen mínimo se define el menor volumen que se puede definir dentro de las tolerancias indicadas. Métodos de medición de caudal Existen varios sistemas para medir caudal según sea el tipo de caudal, volumétrico o másico. En la Tabla 1, se detalla el sistema, elemento y transmisor.

3 3 Medidores Volumétricos Sistema Elemento Transmisor Presión Diferencial Placa Orificio Equilibrio de fuerzas Tobera Tubo Venturi Silicio Fundido Tubo Pitot Tubo Annubar Área Variable Rotámetro Equilibrio de movimientos Potenciométrico Puente de Impedancias Velocidad Vertedero con flotador en canales Potenciométrico abiertos Turbina Piezoeléctrico Transductores ultrasónicos Fuerza Placa de impacto Equilibrio de fuerzas Galgas extensométricas Tensión inducida Medidor magnético Convertidor Potenciométrico Desplazamiento positivo Disco Giratorio Generador tacométrico o Pistón Oscilante Pistón Alternativo Medidor Rotativo transductor de impulsos Torbellino Medidor de frecuencia de Transductor de resistencia termistancia o condensador de ultrasonidos Medidores de Caudal de Masa Térmico Diferencia de temperatura en dos Puente de Wheatstone sondas de resistencia Momento Medidor Axial Convertidor de par Medidor Axial de doble turbina Par giroscopio Tubo giroscopio Convertidor de par Presión diferencial Puente hidráulico Equilibrio de fuerzas Tabla 1. Resumen de los equipos de medición volumétrica y caudal de masa.

4 4 Instrumentación Industrial. Guía 5 Procedimiento PARTE I: CONOCIMIENTO DEL SISTEMA DE MEDICIÓN. 1. Marcas para el llenado. 2. Tubo de llenado. 3. Escala. 4. Cristal sintético. 5. Marcas para vaciado. 6. Tubo de vaciado. 7. Marco del tanque. Figura 1. El recipiente de llenado. La bomba del recipiente transporta el líquido al recipiente de llenado por medio del caudalómetro de aspa giratoria. Con el valor de referencia se gradúan diferentes velocidades de flujo. El caudalómetro es uno de una sola tubería con una capacidad de medición de 0.04 l/min hasta 6 l/min. La tolerancia indicada por el fabricante comprende para el valor mayor ±1%. Las aspas disponen de barras de ferrita. Un detector inductivo registra el movimiento de las barras. Por medio de circuitos integrados se obtienen los pulsos proporcionales a la cantidad de flujo. A la salida del circuito se presenta una tensión que es proporcional al flujo (1V = 0,1 l/min). PARTE II: ARMADO DEL CIRCUITO Y DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL RECIPIENTE DE LLENADO. 1. Conecte los equipos según la Figura 2.

5 5 Figura 2. Montaje y conexión del equipo. 2. Para completar los ejercicios es necesario conocer exactamente el volumen del recipiente de llenado, ya que el flujo se calcula con volumen por tiempo y se usará para definir la corriente volumétrica del caudalómetro con aspa giratoria. Como primer paso hay que determinar el volumen del recipiente (tanque) con la mayor exactitud posible. Para mantener el error de medición al mínimo se deberia repetir el proceso varias veces y tomará el promedio de los resultados, sin embargo por cuestiones de tiempo se hará una sola vez, se llenará el recipiente hasta una marca y después debe vaciarse por un tubo a un beaker graduado. Así se obtiene el volumen para una altura de llenado ΔH. Se elige el valor ΔH lo más grande posible para mantener el error lo más bajo posible.

6 6 Instrumentación Industrial. Guía 5 3. Fije en el tanque la hoja transparente con escala graduada y ponga el regulador de la bomba al máximo. 4. La perilla de entrada a la esquina superior izquierda del tanque debe tener el punto verde arriba y rojo abajo (llenado por el orificio superior) al frente y la salida debe estar cerrada, en la perilla de la esquina superior derecha, con el punto rojo al frente. 5. Controlando la bomba con el regulador del valor de referencia, llene el recipiente hasta una altura de aprox. 150 mm. Si se pasó un poco de este valor utilice la perilla de la derecha para abrir un momento la salida del tanque con bomba, pasando al frente el siguiente punto verde que sigue al rojo girando la perilla en el sentido de las agujas del reloj y deje que el nivel baje a 150 mm y cierrela de nuevo dejando el punto rojo al frente. 6. Deje que el recipiente se vacíe en el beaker graduado. Para ΔH = 150 mm, V 150mm = l PARTE III: DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE VOLUMÉTRICA EN DEPENDENCIA DE LA TENSIÓN DE SALIDA DEL CAUDALÓMETRO DE ASPA GIRATORIA. 7. El caudalómetro de aspa giratoria produce una tensión U A. La cantidad que pasa por el medidor es determinada con el volumen del tanque y con un cronómetro. Es necesario realizar el ejercicio con una altura ΔH = 100 mm. Obtenemos el volumen respectivo con el ejercicio hecho en la parte II: V 100mm = l 8. Llene el tanque con agua, dejando la salida abierta al máximo (la perilla de la derecha en el último punto verde girando en el sentido de las agujas del reloj) y gradúe con el valor de referencia las tensiones U A (tensión de salida del sensor de flujo Voltaje) indicadas en la Tabla Mientras se estabiliza la tensión de salida, deje la perilla de salida del tanque abierta. Después cierre con la perilla la salida (punto rojo al frente) y empiece la medición con el cronómetro cuando el nivel pase por el limite de 30 mm. Pare el cronómetro cuando alcance ΔH = 100 mm (corresponde al volumen elegido anteriormente) es decir H = 130 mm. Repita esto dos veces para obtener un promedio. 10.Con este promedio y el volumen (V 100 ) se calculan para las tensiones de salida, la corriente volumétrica. 11. Anote los valores medidos y calculados en la Tabla 2. Compare a continuación los valores con los indicados por el fabricante. Estos indican que 1V equivale a 0.1 l/min. 12.Anote en la Tabla 3 para las tensiones U A, los valores teóricos del fabricante y los valores medidos de la Tabla 2 y calcule la desviación. Registre finalmente los valores medidos y teóricos en una gráfica como una función U A = f(v ) (ver punto 1 de análisis de resultados).

7 7 Voltaje de salida U A [V] Tiempo t [segundos] Corriente volumétrica V = V 60 [l/min] t Promediot = Tabla 2. Valores de Salida U A para determinar la corriente volumétrica V Voltaje de salida U A [V] Valor teórico V [l/min] Valor medido V [l/min] Desviación % Tabla 3. Comparación de datos teóricos y medidos 13. Apague la fuente de alimentación y desconecte el equipo.

8 8 Instrumentación Industrial. Guía 5 Análisis de Resultados 1. A partir de los datos obtenidos, Analice la curva de salida del caudalómetro, trace la recta óptima para los datos obtenidos, y determine su linealidad. 2. Analice el error obtenido en la Tabla 3 a qué puede deberse este error? 3. Qué posibles errores procedimentales puede identificar de este experimento? Investigación Complementaria 1. Investigue cuál es el sensor usado para la medición de flujo de líquidos en el módulo TY30A/EV de Electrónica Veneta presente en el laboratorio de Automatización del taller de electrónica y describa sus principales características. 2. Diseñe una aplicación usando este sensor donde se pueda medir la cantidad de volumen de líquido presente en un tanque que está siendo vaciado con un caudal de aproximadamente 0.6 l/min. 3. Investigue acerca de los medidores de flujo indirectos utilizando medición de diferencia de temperaturas Bibliografía 1. Medición de Presión Llenado y Caudal. IMT 4. SO Q LUCAS NÜLLE

9 9 Hoja de cotejo: 5 Guía 5: Medición de Flujo Alumno: Máquina No: Docente: GL: Fecha: CONOCIMIENTO 25% APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 70% ACTITUD 2.5% EVALUACION % Nota 2.5% TOTAL 100% Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos No hace, no realiza: - Experimentar y Analizar los gráficos para la curva de salida. - Analizar el error obtenido del experimento y sus causas. Es un observador pasivo. Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Presenta desarrollo incompleto de: - Experimentar y Analizar los gráficos para la curva de salida. - Analizar el error obtenido del experimento y sus causas. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos Realiza correcta y completamente todos los análisis solicitados. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.