Metrología de Presión

Transcripción

1 Metrología de Presión

2 Objetivos Objetivo Introducir los conceptos metrológicos relacionados con la magnitud de presión 2

3 Presión, Dónde se mide y por qué? 3

4 Presión, Dónde se mide y por qué? Salud Energía Aviación Industria en general 4

5 Definición Presión es igual a fuerza entre unidad de área En un fluido la presión es igual a: P = F/A P = ρ*g*h 5

6 Unidades En el sistema internacional la unidad de presión es el pascal (Pa) Pa = N/m² Sin embargo, existen muchas otras unidades: bar = 100 kpa psi = 6,895 kpa mmhg = 0,133 kpa inh₂o = 0,249 kpa Kg/cm² = 98,066 kpa 6

7 La presión depende de la referencia Presión A Presión positiva Presión diferencial Presión absoluta Presión negativa (vacío) Presión B Presión atmosférica (cero relativo) Cero absoluto 7

8 Trazabilidad Presión es una magnitud derivada Trazabilidad a traves del kilogramo (masa) y el metro (dimensional) Además la aceleración de la gravedad que incluye el tiempo Dependiendo de la realización de la magnitud pueden influir otras variables 8

9 Patrones e instrumentos de medición Patrónes primarios Balanzas de presión primarias, columnas de liquido Patrones secundarios o de trabajo Balanzas de presión industriales, Transductores Instrumentos de medición Manómetros, transductores 9

10 Balanzas de presión Masa (discos) Área (pistón-cilindro) Utiliza la definición F/A para determinar una presión Rango de trabajo desde 10 kpa hasta 500 Mpa Fluidos de trabajo (típicos): nitrógeno, aceite Presión del fluido 10

11 Balanzas de presión P = n i=1 m i g 1 ρ a ρ m + γ. C A α t λ P n Ensamble pistón-cilindro de balanza neumática secundaria Balanza neumática primaria 11

12 Columnas de líquido Utiliza la definición de presión dentro de un fluido P = ρ*g*h Rango desde 1 mpa hasta 360 kpa Fluido típico: mercurio 12

13 Columnas de líquido Alta exactitud Difíciles de operar Costosas (construcción y mantenimiento) No es practica para la mayoría de laboratorios 13

14 Transductores y manómetros Patrones de trabajo Ventajas Fáciles de operar Relativamente económicos Existen en muchos rangos, en modo relativo, absolutos y diferenciales. Desventajas Exactitud menor que la de una balanza Derivan con respecto al tiempo 14

15 Tipos de manómetros 15

16 Manómetro tipo bourdon 16

17 Clasificación de manómetros 17

18 Clasificación de manómetros Existen diferentes guías y recomendaciones para identificar manómetros Se suelen clasificar según su clase de exactitud, la cual se expresa como un porcentaje de su escala total Ejemplo: Si se tiene un manómetro con una exactitud de 0,1% de la escala total y su escala es de 1000 kpa, su exactitud es de 1kPa 18

19 Clasificación de manómetros OIML R-101 y R109 Clase de exactitud (% de la escala total) 0,06 / 0,1 / 0,16 / 0,2 / 0,25 / 0,4 / 0,5 / 0,6 Número mínimo de puntos de calibración 1 / 1,6 / 2 / 2, / 5 3 Fuente: recomendaciones de la OIML R-109 y R

20 Clasificación de manómetros Clase de exactitud ASME B Error permisible (% de la escala total) Primer cuarto de escala Mitad de la escala 4A 0,1 3A 0,25 2A 0,5 1A 1,0 Último cuarto de la escala A 2,0 1,0 3,0 B 3,0 2,0 3,0 C 4,0 3,0 4,0 D 5,0 5,0 5,0 Fuente: norma ASME B

21 Calibración de manómetros 21

22 Calibración de un manómetro Existen diferentes métodos La gran mayoría se basan en una comparación directa entre el patrón y el instrumento a calibrar El patrón va a depender del nivel de exactitud El fluido utilizado en la calibración depende del uso del instrumento a calibrar y su presión máxima 22

23 Calibración de un manómetro Operaciones previas a una calibración: Inspección visual Se verifica que no hallan daños en los elementos del manómetro Limpieza del manómetro Las marcas se leen con facilidad Inspección del funcionamiento Prueba de fugas en el sistema Suministro de energía 23

24 Calibración de un manómetro Para realizar una calibración, las condiciones ambientales deben de mantenerse estables. Se recomienda que la temperatura se encuentre aproximadamente en 20 C ± 1 C (ASME B40.100) Si la densidad del aire influye en el procedimiento, la humedad relativa y la presión atmosférica también se tiene que anotar 24

25 Calibración de acuerdo con la DKD-R 6-1 Secuencia de calibración DKD-R 6-1 Incertidumbre de medición esperada (% de la escala total) Número mínimo de puntos de calibración A < 0,1 9 B 0,1 0,6 9 C > 0,6 5 Fuente: guía DKD-R

26 Calibración de acuerdo con la DKD-R 6-1 Secuencia A Secuencia B Secuencia C 26

27 Calibración de acuerdo con ASME B ASME B Secuencia de calibración Número mínimo de puntos de calibración 4A 10 3A, 2A, 1A, A 5 B, C, D 3 Fuente: norma ASME B

28 Ejemplo 28

29 Calibración de manómetros C = P p P ibc + ρ. g. h Donde: C es la corrección del instrumento bajo calibración Pp es la presión del patrón Pibc es la presión del instrumento bajo calibración ρ es la densidad del fluido utilizado (Recomendación del BIPM) g es la aceleración de la gravedad local (Boletín OIML N ) Δh es la diferencia de alturas entre el patrón y el instrumento bajo calibración 29

30 Estimación de incertidumbres Incertidumbres típicas del instrumento bajo calibración Incertidumbre por resolución Incertidumbre por repetibilidad Incertidumbre por histéresis 30

31 Resolución Estimación de incertidumbres Mínima diferencia entre indicaciones visualizadas, que puede percibirse de forma significativa 31

32 Repetibilidad Estimación de incertidumbres Condición de medición, dentro de un conjunto de condiciones que incluye diferentes lugares, operadores, sistemas de medida y mediciones repetidas de los mismos objetos u objetos similares Histéresis : Es la diferencia entre la presión medida en ascenso y en descenso para un mismo punto de calibración en un mismo ciclo 32

33 Corrección (kpa) Estimación de Incertidumbres Ejemplo Primer ciclo Segundo ciclo Presión Nominal (kpa) 33

34 Error (kpa) Deriva Estimación de incertidumbres Variación continua o incremental de una indicación a lo largo del tiempo, debida a variaciones de las características metrológicas de un instrumento de medida Año de calibración Errores 34

35 Reporte de resultados 35

36 Reporte de resultados Presión del Patrón (kpa) Presión medida (kpa) Corrección (kpa) Incertidumbre (kpa) 9,9772 9,973 0,0042 0, , ,9195 0,0039 0, , ,8656 0,0039 0, , ,8117 0,0038 0, , ,7581 0,0032 0, , ,7049 0,0023 0, , ,6514 0,0021 0, , ,5982 0,0013 0, , ,545 0,0006 0, , ,4652-0,0004 0,

37 Corrección (kpa) Reporte de resultados Corrección vs presión medida del transductor Presión medida (kpa) Fuente: 37

38 Corrección (kpa) Reporte de resultados Corrección vs presión medida del transductor y = -2E-05x R² = Presión medida (kpa) Fuente: 38

39 Laboratorio de presión LACOMET Trazabilidad CEM (España) Neumatica hasta 7000 kpa Ensambles pistóncilindro DH PG7601 Ensamble pistón-cilindro DH CPB 6000 Hidraúlica hasta 160 MPa Transductores y controladores de presión Ensambles pistón-cilindro Budemberg 480HX Equipos de clientes Fuente: 39

40 Servicios Manómetros y transductores (relativos, absolutos y diferenciales) Barómetros Balanzas de peso muerto Vacuómetros Esfigmomanómetros 40

41 Muchas gracias