MÓDULO: METROLOGÍA EN PRESIÓN 1. Objetivo: Permitir al estudiante conocer la diversidad de instrumentos que se utilizan en la magnitud de presión y aplicar los conocimientos teóricos prácticos en la calibración de instrumentos de medición de presión. 2. Metodología: La actividad se desarrolla durante media jornada intensiva, en modalidad de curso-taller, cubriendo aspectos teóricos y prácticos. A lo largo del mismo, los estudiantes tendrán la posibilidad de intervenir y presentar inquietudes y aportes; ver las demostraciones del proceso de calibración realizado dentro del Laboratorio con equipos que se emplean en la industria y patrones de medición del laboratorio, y si es posible realizar ejercicios individuales o grupales supervisados por el Instructor. 3. PRESIÓN. Se define como Presión la relación entre una Fuerza distribuida, y el Área sobre el cual se aplica dicha Fuerza, que actúa perpendicularmente sobre un punto de esta. 4. UNIDAD DE PRESIÓN. La unidad de presión es una unidad derivada en el Sistema Internacional. Es una unidad derivada de las unidades fundamentales de masa (kg), longitud (m) y tiempo (s). Tabla 1. La unidad de medida al SI. Unidad de medida básica Magnitud básica Presión Expresión algebraica Nombre Símbolo pascal Pa 1 Pa = 1 N m-2 La unidad SI estándar para la medición de la presión es Pascal (Pa) que es equivalente a un Newton por metro cuadrado (N/m2) o kilo Pascal (kPa) donde 1 kPa = 1000 Pa. En el sistema inglés, la presión generalmente se expresa en libras por pulgada cuadrada (psi). La presión puede expresarse en muchas unidades diferentes, incluso en términos de altura de una columna de líquido. La siguiente tabla enumera las unidades de medida de presión usadas comúnmente y la conversión entre las unidades. 5. CLASIFICACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE PRESIÓN. Las mediciones de presión se pueden dividir en tres categorías diferentes: presión absoluta, presión manométrica y presión diferencial. Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión cero de un vacío absoluto. Presión atmosférica: La presión atmosférica es la presión ejercida por la atmósfera terrestre medida mediante un barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a 760 mm (29,9 pulgadas) de mercurio absolutas o 14,7 PSI (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por la atmósfera estándar. Presión relativa (manométrica): Presión mayor a la presión atmosférica, es la presión medida con referencia a la presión atmosférica, conocida también como presión relativa o presión positiva. Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones. Vacío: Presión menor a la presión atmosférica, medida por abajo de la presión atmosférica. Cuando el vacío se mide con respecto a la presión atmosférica se le conoce como presión negativa, el vacío también puede medirse con respecto al "cero absoluto" como una presión absoluta menor a la presión atmosférica. 6. MANÓMETRO. Es un instrumento diseñado para indicar la presión de un fluido comprimido. Según el líquido o gas que se esté trabajando ( agua, aceite, líquidos corrosivos(ácidos), líquidos venenosos, vapor de aire, oxigeno, etc.) se requerirá de manómetros apropiados para cada caso. Los manómetros son instrumentos para indicar, constituidos internamente por: a) El elemento sensibles a la presión que se afecta cambiando su forma, curvatura, propiedades eléctricas, etc., por efecto de la aplicación de determinada presión. b) Un mecanismo o engranaje mecánico o circuito eléctrico o electrónico complementario que maneja los cambios o efectos aparecidos en el elemento sensible a la presión para darle un tratamiento mecánico, eléctrico o electrónico nuevo o conveniente a los propósitos finales de indicar en una escala, display o pantalla digital, en algún graficador o en algún dispositivo electrónico de salida el valor correcto de la presión que se está midiendo. 7. TEORIA DE LA MEDICIÓN. En la industria se usan varias clases de elementos para medir, la elección del tipo adecuado y el material en que debe ser construido el elemento, dependen de la presión a medir y de las características del medio en que va a efectuarse la medición. El campo de aplicación de los medidores de presión es amplio y abarca desde valores muy bajos ( vacío) hasta presiones de miles de bar. Los instrumentos para medir presión puede ser: Mecánicos Neumáticos Electromecánico s Electrónicos a) Los instrumento mecánicos son de dos tipos: Primarios de medida directa, y, Primarios elásticos Los instrumentos mecánicos primarios de medida directa, se clasifican en: Manómetro de presión absoluta Manómetro de tubo en U Manómetro de pozo Manómetro de tubo inclinado Manómetro tipo campana Los instrumentos primarios elásticos se clasifican en: Diafragma, Fuelle, y, Tubo de Bourdon. b) Los instrumentos neumáticos de medición de presión, utilizan elementos mecánicos con desplazamiento de gases. c) Los instrumentos electromecánicos de medición de la presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elemento mecánico consiste en un tubo Bourdon, espiral, hélice, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos que, a través de un sistema de palancas convierte la presión en una fuerza o en un desplazamiento mecánico, se clasifican en: Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerza Transductores de presión resistivos Transductores de presión capacitivos Transductores de presión magnéticos Transductores de presión piezoeléctricos d) Los instrumentos electrónicos de medición de la presión se clasifican en: Mecánicos Medidores McLeod Térmicos De ionización 8. PATRONES E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. a) Patrones primarios. Balanzas de presión primarias, columnas de liquido b) Patrones secundarios o de trabajo Balanzas de presión industriales, Transductores c) Instrumentos de medición. Manómetros, transductores Balanzas de presión. Utiliza la definición F/A para determinar una presión Rango de trabajo desde -30inHg hasta 10000 psi Fluidos de trabajo (típicos): nitrógeno, aceite Columnas de líquido. Utiliza la definición de presión dentro de un fluido P = ρ*g*h Rango desde -2 inH201 hasta 2 inH20 Fluido típico: mercurio, Alcohol, Agua Patrones de trabajo. Transductores y manómetros 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 9. CLASIFICACIÓN DE MANÓMETROS. De acuerdo con el documento OIML R101 y R109. Clase de exactitud (% de la escala total) Número mínimo de puntos de calibración 0,06 / 0,1 / 0,16 / 0,2 / 0,25 / 0,4 / 0,5 / 0,6 8 1 / 1,6 / 2 / 2,5 5 4/5 3 De acuerdo con la norma ASME B40.100. Error permisible (% de la escala total) Clase de exactitud Primer cuarto de escala Mitad de la escala 4A 0,1 3A 0,25 2A 0,5 1A 1 Último cuarto de la escala A 2 1 3 B 3 2 3 C 4 3 4 D 5 5 5 10. CALIBRACIÓN DE MANÓMETROS. 8.1 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. Operaciones previas a una calibración a) Inspección visual Se verifica que no hallan daños en los elementos del manómetro Limpieza del manómetro Las marcas se leen con facilidad b) Inspección del funcionamiento Prueba de fugas en el sistema Suministro de energía c) Para realizar una calibración, las condiciones ambientales deben de mantenerse estables. d) Se recomienda que la temperatura se encuentre aproximadamente dentro los límites establecidos en el procedimiento de calibración normalizado ( por ejemplo en 20 °C ± 1 °C según la norma ASME B40.100). e) Si la densidad del aire influye en el procedimiento, la humedad relativa y la presión atmosférica también se tiene que anotar. Calibración de acuerdo con la DKD-R 6-1. 8.2 Secuencia de calibración 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 a) Preparar herramientas. Formulario de calibración, acoples. b) Revisar y registrar las características del manómetro a calibrar c) Efectuar de acuerdo al manómetro a calibrar la preselección del patrón d) Efectuar el montaje de los manómetros e) Cuando se calibre con balanzas de presión ( también llamados pesos muertos), debe tenerse definido previamente para los diferentes rangos de presión, las masas a utilizar (equivalentes). Tomar las lecturas ascendentes y descendentes tal como lo establece el procedimiento de calibración f) g) Registrar los datos del patrón y del equipo sujeto a calibración en el formulario de calibración. h) Calcular los errores por linealidad e histéresis 𝐶 = 𝑃𝑝atrón−𝑃calibrado+𝜌.𝑔.Δℎ Donde: 𝐶 es la corrección ( error de calibración) del instrumento bajo calibración 𝑃𝑝atrón es la presión del patrón 𝑃calibrado 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 – No. 127 1992) Δℎ es la diferencia de alturas entre el patrón y el instrumento bajo calibración i) 8.3 Hacer el análisis del error para definir si se requiere ajustar el instrumento Estimación de la incertidumbre de medición. Incertidumbres típicas del instrumento bajo calibración: Incertidumbre por resolución. Incertidumbre por repetibilidad. Incertidumbre por histéresis. Resolución: Mínima diferencia entre indicaciones visualizadas, que puede percibirse de forma significativa Repetibilidad: 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. 8.4 Reporte de los resultados de la calibración. Ver certificado de calibración impreso de un manómetro ------------------------------------------------------Fin del documento----------------------------------------------------
