Metrología de Presión

Metrología de Presión

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

Presión, Dónde se mide y por qué? 3

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

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

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

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

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

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

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

Balanzas de presión P = n i=1 m i g 1 ρ a ρ m + γ. C A 0 1 + α t 20 1 + λ P n Ensamble pistón-cilindro de balanza neumática secundaria Balanza neumática primaria 11

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

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

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

Tipos de manómetros 15

Manómetro tipo bourdon 16

Clasificación de manómetros 17

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

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 5 8 4 / 5 3 Fuente: recomendaciones de la OIML R-109 y R-101 19

Clasificación de manómetros Clase de exactitud ASME B40.100 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 B40.100 20

Calibración de manómetros 21

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

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

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

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 6-1 25

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

Calibración de acuerdo con ASME B40.100 ASME B40.100 Secuencia de calibración Número mínimo de puntos de calibración 4A 10 3A, 2A, 1A, A 5 B, C, D 3 Fuente: norma ASME B40.100 27

Ejemplo 28

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 127 1992) Δh es la diferencia de alturas entre el patrón y el instrumento bajo calibración 29

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

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

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

Corrección (kpa) Estimación de Incertidumbres Ejemplo 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0.000 2000.000 4000.000 6000.000 8000.000-0.050 Primer ciclo Segundo ciclo -0.100-0.150 Presión Nominal (kpa) 33

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 0.0045 0.0040 0.0035 0.0030 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0.0000 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Año de calibración Errores 34

Reporte de resultados 35

Reporte de resultados Presión del Patrón (kpa) Presión medida (kpa) Corrección (kpa) Incertidumbre (kpa) 9,9772 9,973 0,0042 0,0014 29,9234 29,9195 0,0039 0,0016 49,8695 49,8656 0,0039 0,0022 69,8155 69,8117 0,0038 0,0025 89,7613 89,7581 0,0032 0,0031 109,7072 109,7049 0,0023 0,0031 129,6535 129,6514 0,0021 0,0034 149,5995 149,5982 0,0013 0,0046 169,5456 169,545 0,0006 0,0044 199,4648 199,4652-0,0004 0,0045 36

Corrección (kpa) Reporte de resultados Corrección vs presión medida del transductor 0000 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 50 100 150 200 250-0.001 Presión medida (kpa) Fuente: 37

Corrección (kpa) Reporte de resultados Corrección vs presión medida del transductor 0000 0.006 0.005 y = -2E-05x + 0.005 R² = 0.9444 0.004 0.003 0.002 0.001 0 0 50 100 150 200 250-0.001 Presión medida (kpa) Fuente: 38

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

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

Muchas gracias