INSTRUMENTACION INDUSTRIAL. PROFESOR: Felipe Castro Nieny

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1 5 INSTRUMENTACION INDUSTRIAL UNAB PROFESOR: Felipe Castro Nieny

2 TEMARIO Principios i i de Medición ió de Variables de Proceso Industriales.

3 Temario Principios de Medición de Variables de Proceso Industriales. (solemne 2) Temperatura Presión Nivel Flujo

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14 TERMOMETRO - PIROMETRO

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19 TERMOPAR Un termopar (también llamado termocupla) es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener. El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones i de calefacción a gas.

20 TERMOPAR TERMOPAR

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26 BULBO DE RESISTENCIA RTD

27 BULBO DE RESISTENCIA RTD

28 RTD

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30 Termsistor Termsistor Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de termistor: t NTC (Negative Temperature Coefficient) coeficiente de temperatura negativo PTC (Positive Temperature Coefficient) coeficiente de temperatura positivo Son elementos PTC los que la resistencia aumenta cuando aumenta la temperatura, y elementos NTC los que la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura.

31 Termsistor Sin embargo, a diferencia de los sensores RTD, la variación de la resistencia con la temperatura es no lineal. Para un termistor NTC, la característica es hiperbólica. Para pequeños incrementos de temperatura, se darán grandes incrementos de resistencia. Por ejemplo, el siguiente modelo caracteriza la relación entre la temperatura y la resistencia mediante dos parámetros: Puede observarse como el valor de este coeficiente varía con la temperatura. Por ejemplo, para un termistor NTC con B = 4000 K y T = 25 C, se tendrá un coeficiente equivalente = , que será diez veces superior a la sensibilidad de un sensor Pt100 con =

32 RESUMEN

33 pueden medir la temperatura en líquidos, gases y vapores en el rango de 50 a 150 C ( 58 a 302 F). Hay tres distintas longitudes de inserción de sonda para los modelos con pantalla y sin pantalla. EJEMPLOS

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35 En física, la presión (símbolo p)1 2 es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. En el Sistema Internacional la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión se mide en una unidad derivada que se denomina libra por pulgada cuadrada (pound per square inch) psi que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

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37 La presión atmosférica media a nivel del mar: pascales (101,3 kpa), 1Atm 1,01325 bar Pa 1,033 kgf/cm² 9.81 kpa.

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44 pueden medir la presión de líquidos, gas, vapor y polvo. La familia de productos consta de dispositivos para distintos rangos de presión, desde 15 hasta 6,000 psi, ofreciendo tanto salidas discretas como analógicas

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46 El nivel es una de las variables de proceso más utilizada para el gobierno de las plantas industriales, pero muy especialmente en el control de almacenamiento tanto de materias primas como de productos acabados. En la selección del tipo de medidor tienen preferencia, técnicamente, los medidores estáticos frente a los que tienen partes móviles y los que no necesitan contacto con el fluido o, incluso, son exteriores al recipiente, así como los que requieren menor modificación en la estructura del recipiente y sus soportes, especialmente cuando éstos están construidos.

47 Instrumentos de medida directa. Instrumentos basados en la presión hidrostática Instrumentos basados por métodos electromecánicos. Instrumentos basados en medición de carga. Detección de nivel por método de horquillas vibrantes. Detección de niveles por conductividad. Medición de nivel por capacidad. Medición y detección de nivel por ultrasonidos. Medición y detección de nivel por microondas. Detección y medición radiométrica de niveles

48 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA Método de la mirilla de nivel. Se puede obtener una indicación visual del nivel en líquidos razonablemente limpios si parte del líquido si parte del tanque o contenedor esta fabricado con algún material transparente,si la mirilla de nivel se monta en una tubería de derivación con llaves de paso en cada extremo se logra aislarla del estanque principal, p lo cual permite su retiro para mantención.

49 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA Método de barra calibrada. Este es un método manual muy simple igualmente aplicable a líquidos y a sólidos granulados. En silos muy altos se emplean flejes de acero con un contrapeso en su extremo. La aplicación mas familiar de una barra calibrada es la varilla empleada para comprobar el nivel del aceite de un motor de automóvil.

50 INSTRUMENTOS DE MEDIDA DIRECTA Switch de flotador Es el switch de nivel más conocido y simple. Consiste en un cuerpo flotante (flotador) montado sobre un brazo móvil y acoplado magnéticamente a un microinterruptor (externo al proceso) como lo muestra la También hay versiones que consisten en un flotador redondo con un pequeño imán que sube a lo largo del tubo. En el tubo hay uno o varios relés de láminas. Los relés de láminas harán conmutar el relé a medida que el flotador (imán)

51 Instrumentos basados en la presión hidrostática Medidores manométricos y de presión diferencial. Este método se basa en la medición de la presión hidrostática correspondiente a una columna de líquido de una altura determinada. La presión se calcula mediante la expresión: P=h ρ g Donde: P = presión; h = altura de la columna de líquido; g = aceleración de gravedad; ρ = densidad relativa; A partir de la formula se observa que si la densidad efectiva del medio es constante, a única variable es h. Así, la presión es directamente proporcional a la altura h, es decir, al nivel del líquido en el tanque. La presión hidrostática de la columna de líquido se mide directamente con un transmisor de presión o de presión diferencial.

52 Instrumentos basados en la presión hidrostática P=h ρ g Donde: P = presión; h = altura de la columna de líquido; g = aceleración de gravedad; ρ = densidad relativa;

53 Instrumentos basados en la presión hidrostática Método por burbujeo. En este método se mide la presión hidrostática en un tanque insertando un tubo delgado en el líquido y aplicando aire comprimido en el tubo de modo que se empuja hacia abajo la columna de líquido del tubo hasta que salgan burbujas de aire al líquido. Estas burbujas dan su nombre al método. La presión del aire en el tubo es entonces igual a la presión de la columna de líquido y se puede medir con un transmisor de presión, que convierte la presión en una señal eléctrica. El aire comprimido se puede obtener a partir del conducto principal de aire mediante una válvula manoreductora o con un minicompresor.

54 Instrumentos basados en la presión hidrostática Método por burbujeo.

55 INSTRUMENTOS BASADOS EN MÉTODOS ELECTROMECÁNICOS. Sistema de medición por plomada. En estos sistemas se sondea desde la parte superior del silo la superficie del producto y se compara con la con la altura del silo. La diferencia es el nivel del producto. Este tipo de indicadores se conocen como silopilots.

56 INSTRUMENTOS BASADOS EN MEDICIÓN DE CARGA. Método de pesaje. Este método indirecto de medición de nivel es adecuado para líquidos y áridos, y consiste en montar en el tanque entero o el silo las llamas células de carga. Los transductores de peso se basan mayoritariamente en el principio del electroelongámetro. Pero en este caso no se mide el nivel, sino el peso. Por razones de seguridad, siempre debe haber un interruptor de nivel alto independiente.

57 MEDICIÓN DE NIVEL POR MÉTODO DE HORQUILLAS VIBRANTES.. Este método solo es adecuado para switch de nivel y consiste en una horquilla oscilante o giratoria preparada para que oscile en el aire a su frecuencia de resonancia. Si la horquilla se recubre de producto, la frecuencia de resonancia se reduce o se amortigua completamente. Esta variación de frecuencia se detecta t y se transmite por una señal de salida. El tipo de horquilla empleada y su frecuencia de resonancia dependerán del producto que se quiera medir. Para áridos granulados o pulverizados se emplea un diapasón (120 Hz), y para líquidos y lodos se usa una horquilla oscilante (1000 Hz).

58 MEDICIÓN DE NIVEL POR MÉTODO DE HORQUILLAS VIBRANTES..

59 DETECCIÓN DE NIVELES POR CONDUCTIVIDAD. Este método solo es adecuado para detección de nivel en líquidos conductivos. Se basa en el principio de que la presencia de un producto causa un cambio en la resistencia entre dos conductores.

60 MEDICIÓN DE NIVEL POR CAPACIDAD. una sonda metálica y la pared misma del tanque o silo actúan como dos placas de un condensador. La capacidad de este condensador depende del medio que haya entre la sonda y la pared. Si solo hay aire, es decir, si el tanque o silo esta vacío, la capacidad d del conductor es baja. Cuando parte de la sonda esté cubierta por el producto, la capacidad se incrementará. El cambio de capacidad se convierte mediante una amplificador en una acción de relé o en una señal de salida analógica. Por ello, este método es igualmente adecuado como indicador de nivel (disposición vertical de la sonda) y como switch de nivel (sonda en disposición horizontal)

61 MEDICIÓN Y DETECCIÓN DE NIVEL POR ULTRASONIDOS. La detección de niveles por ultrasonidos mide la diferencia entre los tiempos de resonancia de una señal de sonido emitida desde un sensor montado en la pared de un tanque y la misma señal recibida de vuelta por el mismo sensor.

62 están diseñados para resistir condiciones industriales hostiles y aplicaciones de lavado, tales como monitoreo de nivel de líquido en tanques, contenedores y oleoductos. Disponibles en versiones de CA y CC, estos interruptores no se ven afectados por la espuma y son inmunes a la vibración y a los depósitos.

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78 monitorean y muestran el régimen de l ujo de líquidos en el rango de a 3 m/s (0.1 a 9.84 pies/s). Disponible con dos longitudes de inserción de sonda, este sensor puede medir tanto el l ujo como la temperatura.