Ingeniería Eléctrica Instrumentación Unidad 2 T 2.1 José de Jesús Chávez Sánchez17200556 2.1 Medición de Presión Principios de funcionamiento de sensores de presión (imágenes) El tubo de bourdon Es un tubo de secc1on elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por extremo. al aumentar la presión en el interior del tubo, este ende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora. Elemento espiral El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hè1ice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores. Diafragma El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por soldadura, de forma que, al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo más amplio posible con una mínima de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento. Fuelle El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable Bloque amplificador de dos etapas. Los transmisores neumáticos se basan en el sistema toberaobturador que convierte el movimiento del elemento de medición en una señal neumática. El sistema tobera-obturador consiste en un tubo neumático alimentado a una presión constante P, con una reducción en su salida en forma de tobera, la cual puede ser obstruida por una lamina llamada obturador, cuya posición depende del elemento de medida Transmisor de equilibrio de movimientos: compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión posterior de la tobera. El conjunto se estabiliza según la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posición de equilibrio tal que existe una correspondencia lineal entre la variable y la señal de salida. Estos instrumentos se utilizan, en particular, en la transmisión de presión y temperatura donde los elementos de medida tales como tubo Bourdon, manómetros de fuelle, elementos de temperatura de bulbo y capilar son capaces de generar un movimiento amplio, sea directamente o bien a través de palancas con la suficiente fuerza para eliminar el error de histéresis que pudiera producirse. Transductores de sensores de presión Hay una distinción clara entre el sensor de presión y un transductor de presión. El sensor proporciona la base de la medición, el transductor convierte la energía de una forma a otra. En los instrumentos de presión completamente mecánicos descritos anteriormente, un resorte puede proporcionar la restauración de fuerza y, por medio de vínculos y de la palanca, amplificar y transmitir el valor de sensor a un indicador, grabador, o controlador mecánicamente operado. En los transductores de presión neumática, una contrapresión de aire actúa sobre el diafragma, fuelle, bourdon, u otro elemento elástico para igualar la presión detectada (proceso). Un sistema de balance fuerza o posición puede ser utilizado en los instrumentos neumáticos. Los transductores de corriente a presión utilizados para la operación del control neumático diafragma En los transductores electrónicos u electro-ópticos, los valores de sensor son convertidos en cantidades eléctricas (corriente, resistencia, capacitancia, resistencia, y alteraciones en las salidas piezoeléctricas y ópticos). La invención de la banda extensométrica ( galga extensométrica, strain gage) sirvió de impulso inicial para utilizar transductores eléctricos. Hay numerosas ventajas para un gran número de aplicaciones que derivan de una cierta forma de transducción electrónica. El hecho de que la energía del proceso sea transformada en una señal eléctrica, a partir de un movimiento mecánico, hace que a estos instrumentos se les dé el nombre de “Transductores”. Entre estos instrumentos electromagnéticos utilizados para medir presión se pueden mencionar: Strain Gages o Estensómetros. Transductores Resistivos. Transductores Capacitivos. Transductores Magnéticos. Transductores Piezoeléctricos. • Strain Gage (también galgas o bandas estensométricas): los transductores de presión tipo Strain Gage proporcionan un medio conveniente y confiable para medir presión de gases y líquidos. Son especialmente adecuados para ser utilizados en sistemas viscosos y corrosivos. Un Strain Gage (galga estensométrica), es un mecanismo que utiliza el cambio de la resistencia eléctrica de un alambre o elemento semiconductor de resistencia, sometido a esfuerzo, para medir presión. El Strain Gage cambia un movimiento mecánico en una señal eléctrica cuando la resistencia varía por compresión o tensión. El cambio en la resistencia es una medida de la presión que produce la distorsión mecánica. La figura 8 ilustra el principio de operación de un Strain Gage. • Transductores resistivos: Estos transductores operan bajo el principio de que un cambio en la presión produce un cambio en la resistencia del elemento sensor. Están constituidos por un elemento elástico (tubo Bourdon, fuelle, diafragma), el cual hace variar la resistencia de un potenciómetro en función de la presión. La figura 9 muestra dos tipos de transductores resistivos. En uno de ellos el elemento sensor lo constituye un fuelle y el otro un diafragma. La figura 10 muestra un tipo de transductor resistivo en el cual no se utiliza un elemento elástico como sensor. • Transductores Capacitivos: La figura 11 muestra un sensor de presión que utiliza capacitancias en vez de resistencias como elementos del puente de Wheatstone. En este caso, el elemento sensor es un diafragma que está en contacto con la presión del proceso. Cuando la presión aplicada produce una deflexión en el diafragma, la capacitancia del elemento cambia en proporción a la presión aplicada; ya que la capacitancia es función del material dieléctrico entre las placas del capacitor y de las distancias entre las placas. Este cambio en la capacitancia produce un cambio en la señal de voltaje d.c. del circuito del puente. Esta variación de voltaje se convierte en una señal estándar de 4-20 mA. Estos transductores pueden censar presiones bajas, se usan frecuentemente en transmisores de presión manométrica, así como diferencial y en aplicaciones de medición de presión, flujo y nivel. - Transductores magnéticos: Existen dos tipos, los de inductancia variable y los de reluctancia variable. - Transductores de Inductancia Variable: Utilizan una bobina con un núcleo magnético móvil. La inductancia en la bobina varía proporcionalmente según la posición que ocupe el núcleo dentro de la bobina. De este modo, variaciones de presión sobre el sensor producen cambios en la posición del núcleo, lo que a la vez origina un cambio en la inductancia (figura 12). Este tipo de sensor ha venido siendo utilizado para detectar pequeños desplazamientos de cápsulas y otros instrumentos. - Transductores de Reluctancia Variable: En este caso existe un electroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de material magnético. El circuito magnético se alimenta de una fuerza magnetomotriz constante, de este modo, al variar la presión en el sensor, varía la posición de la armadura produciéndose un cambio en la reluctancia y por lo tanto el flujo magnético. Los dos tipos de transductores magnéticos utilizan como sensor un elemento elástico y circuitos eléctricos constituidos por un puente de Wheatstone. Aplicaciones: estos transductores se utilizan en algunos instrumentos para medición de presión absoluta, manométrica y diferencial, y en aplicaciones de medición, flujo y nivel. También se utilizan en ciertos convertidores presión/voltaje Transductores piezoeléctricos: La piezoelectricidad se define como la producción de un potencial eléctrico debido a la presión sobre ciertas sustancias cristalinas como el cuarzo, titanato de bario, etc. En un sensor piezoeléctrico las presiones aplicadas sobre varios cristales producen una deformación elástica. Un semiconductor piezoresistivo se puede describir como un elemento que produce un cambio en la resistencia, causado por un esfuerzo aplicado sobre un diafragma. De esta manera, resistencias de estado sólido se pueden utilizar como instrumentos de presión, del mismo modo que los alambres de un Strain Gage, pero con varias ventajas. La alta sensibilidad o factor de medida es aproximadamente 100 veces mayor que en los Strain Gages de alambre. Las piezoresistencias están difundidas en un medio homogéneo de silicona cristalino. De esta manera, las resistencias están integradas al elemento sensor. El valor de la resistencia cambiará dependiendo de la cantidad de presión aplicada al diafragma. Materiales Semiconductores (silicio) para Strain-Gage. Los material semiconductores tiene una ventaja sobre los metales debido a que su factor de galga es de aproximadamente 50 a 70 veces superior. Sin embargo, el aumento deseable en factor de galga está parcialmente compensado por su mayor coeficiente térmico de resistividad (el término común es el efecto de la temperatura) Marcas de sensores Aesculap® Ahlborn AVS Ing. J.C. Römer Bürkert GmbH & Co. KG Fluid Control Systems } Çağdaş Medical EnviteC GRI-Alleset HiTec Zang GmbH Honeywell Advanced Sensing Technologies IDEX Health & Science LP-RESEARCH Inc. Metallux SA Particle Measuring Systems Pewatron AG Steelco SpA SUTO iTEC GmbH TE Connectivity Tecnosoft SRL Thyracont Vacuum Instruments ÜZÜMCÜ Simbología isa Simbología eléctrica Conexión 2.2 Medición de Nivel y densidad Principios de funcionamiento de sensores de nivel y densidad Medición de nivel Los medidores de nivel de líquidos se basarán en la medida bien directamente de la altura de líquido, bien la presión hidrostática, bien el desplazamiento de un flotador que descansa en el líquido, o bien a partir de características eléctricas del líquido. Instrumentos de medida directa El medidor de sonda efectúa la medida por lectura directa de la longitud moja por el líquido. El nivel de cristal basa la medida de nivel en la altura de la columna de líquido en un tubo de cristal. Instrumentos de Medida Directa Nivel de cristal. Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al tanque, generalmente mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape de líquido en caso de rotura del cristal y una de purga. Solo permite indicación local y es susceptible de ensuciarse por lo que solo puede aplicarse en fluidos limpios. Flotador. Consisten en un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque, indicando directamente el nivel mediante una conexión mecánica, magnética o hidráulica. El flotador puede atascarse en el tubo guía por un eventual depósito de sólidos, ademas puede sufrir daño por caídas abruptas y olas. Instrumentos de Presión Hidrostática Medidor de tipo burbujeo. Emplea un tubo sumergido en el líquido a cuyo través se hace bubujear aire mediante un rotámetro con un regulador de caudal incorporado. La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por la columna de líquido, es decir, al nivel. Se utiliza en fluidos corrosivos o con sólidos en suspensión. Es de muy fácil mantenimiento. Medidor de presión diferencial. Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo del tanque. También se emplean en la medida de interfases entre líquidos de diferente densidad, masa y volumen. Transductores de sensores de nivel Instrumentos basados en características eléctricas del líquido El medidor de nivel conductivo o resistivo consiste en uno o varios electrodos que se cortocircuitarán al ser mojados por el líquido. El medidor de capacidad mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto dependerá del nivel de líquido. El sistema ultrasónico de medición de nivel se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. Medidores de nivel de sólidos Detectores de nivel de punto fijo. En ellos sólo se considerará el nivel en un punto determinado y constante del tanque. Varilla flexible. Consiste en una varilla de acero que al hacer contacto con los sólidos actúa sobre un interruptor, emitiendo una señal de salida Medidor conductivo. Se basa en la disposición de unos electrodos que se cortocircuitan cuando son alcanzados por los sólidos. Detectores de nivel continuos Basaran su medición en lecturas realizadas en cualquier punto del tanque. El medidor de nivel de sondeo electromecánico basa su medida en la longitud necesaria hasta que un peso de tensión alcance la superficie del sólido. La pesa desciende en puntos aleatorios movidos por un motor El medidor de presión diferencial se empleará en la medida y el control de lechos fluidizados. Su funcionamiento es idéntico al utilizado para líquidos. El medidor de nivel de ultrasonidos tendrá la misma configuración que el usado en líquidos Rotatorio con aspas Detectores de nivel cuya operación se basa en la rotación continua de aspas a muy baja velocidad. Las aspas se detienen cuando encuentran resistencia del material, activando el microscitch que señala la presencia del material mismo. Los detectores de nivel de aspas de Camlogic pueden ser instalados vertical o horizontalmente en tolvas y silos de almacenaje, midiendo la carga y la descarga de polvos y granulados. La selección de las aspas depende del material que se quiera medir, la aplicación, la densidad y el método de instalación. El flujo del material no debe golpear directamente al instrumento. Estos instrumentos no necesitan mantenimiento ordinario y cuentan con garantía de 24 meses a partir de la fecha de compra. Capacitivo Los detectores de nivel tipo capacitivo son empleados en las instalaciones industriales en tolvas, silos o tanques, con el propósito de detectar el nivel del material a granel. El control de nivel consta de una unidad de censado o sonda capacitiva y un microprocesador, el cual permite el control de nivel máximo y mínimo. El principio de medición capacitivo es uno de los métodos de medición de nivel más difundido en la tecnología de medición industrial. Su funcionamiento es una variación del campo magnético generado por el sensor cuando el equipo se somete a inmersión o en proximidad con el material a granel. Péndulo Instrumentos cuya operación depende del hecho que, materiales en polvo o gránulos forman en la parte alta del silo, un cono cuyo ángulo en el vertex es siempre muy pronunciado. Cuando el nivel del material aumenta, el péndulo se mueve causando un acto en el contacto eléctrico. El detector de nivel del tipo péndulo de la marca Camlogic puede ser instalado en una posición vertical a través del uso de un tubo con rosca de 3/4" Gas. Flotador Sensores utilizados para detectar el nivel de líquidos en tanques y cisternas, utilizan el principio mecánico de transmisión de movimiento mediante un empaque de hule negro, el cual al ser movido por el líquido alcanza una inclinación que activa el microswitch interno. Los detectores de nivel para líquidos del tipo flotador pueden ser instalados en posición horizontal o paralela al liquido. Impermeable al 100% - el movimiento del flotante se transmite por inducción magnética, ninguna posibilidad de pasaje de líquido entre el tanque y el interior del indicador de nivel. Marcas de sensores InterControl Camlogic ABB Measurement & Analytics ACS-CONTROL-SYSTEM GmbH AECO AFRISO-EURO-INDEX Agisco s.r.l. Airmar Technology Airtrol Components Inc AMA S.p.A. AMETEK Drexelbrook AMETEK Factory Automation AMETEK PMT Products Anderson Instrument Anderson-Negele | Negele Messtechnik GmbH APLISENS S.A. Applied Measurements AQUALABO ATMI Audiowell Electronics (Guangdong) Co., Ltd. autosen GmbH Balluff GmbH Barksdale BCM SENSOR TECHNOLOGIES bv BD|SENSORS GmbH Berthold Technologies Process Control BinMaster BossPac Engineering and Technology Broyce Control BÜRKERT FLUID CONTROL SYSTEMS CAODURO impianti S.r.l. CAPTRON CARLO GAVAZZI celduc relais CHEMITEC Clark CS Instruments GmbH & Co. KG DANFOSS Refrigeration & Air Conditioning Delta Mobrey Limited di-soric DIVATEC,SL Dropsa spa DWYER EBE EGE EIT Solutions Co., Ltd ELETTROTEC s.r.l. Eljunga ELOBAU Endress+Hauser AG Engler Steuer-Mess- und Regeltechnik ENVEA Environnement S.A. Escort Monitoring Systems EUGEN WOERNER GmbH & Co. KG Euroswitch FAE Srl FAFNIR Feejoy Technology FIAMA FineTek Co., Ltd. Fischer Mess- und Regeltechnik FISHER REGULATORS Fluidwell bv FLYGT Simbología isa Simbología eléctrica Conexión Medición de flujo Medidores volumétricos Instrumentos de presión diferencial En este tipo de instrumento es posible deducir el caudal que circula por el mismo a partir de la lectura de la presión diferencial entre dos puntos del sistema con diferente sección de tubería, es decir en los que existe diferente velocidad del fluido al ser el caudal constante. • Placa-orificio o diafragma. Se dispone una placa perforada en el seno de la tubería como forma de obtener la diferencia de presiones de medida necesaria. • Tobera. Con este elemento conseguimos reducir la sección de paso, con lo que reducirá la presión del fluido en él. • Tubo Venturi. Su esquema constructivo obedece a la siguiente figura • Tubo Pitot. Este dispositivo mide directamente la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea la presión dinámica del fluido, a partir de la que se pude deducir el caudal. Instrumentos de área variable (rotámetros) Los rotámetros son medidores de caudal de área variable en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo, proporcionalmente al flujo del fluido. Así partiendo de una calibración previa del dispositivo, conociendo la posición del flotador podremos deducir el caudal de paso. Existen diversas configuraciones de este tipo de elemento Instrumentos basados en la medida de la velocidad • Vertederos. Se utilizan en la medición del caudal en canales abiertos. Se utiliza la diferencia de alturas de líquidos en el canal entre la zona anterior al vertedero y el punto más bajo en éste, para deducir el caudal que circula por el canal. Turbinas. Consisten en un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal. Sensor de flujo de pistón: Como su nombre lo indica, consiste en un pistón que cambia de posición al circular el fluido por la tubería. Es uno de los más usados en los procesos de producción y tiene un alcance de detectar caudales entre 0,5 LPM y 20 LPM Sensor de flujo de paleta: Posee una paleta que se encuentra unida al eje que cruza la pared el sensor generando el apagado o encendido del sensor Sensor de flujo de elevación: Es compatible para casi todos los tipos de flujos, por ello su uso es compatible para diversos procesos. Su principio de funcionamiento está basado en un tapón que tiene el objetivo de cortar el flujo. La sensibilidad del sensor se obtiene abriendo perforaciones en el tapón Sensor de flujo electromagnético: Están basados en la Ley de Faraday de la inducción electromagnética. Las bobinas generan una corriente magnetizante que activa las bobinas del sensor. La corriente se vigila y corrige permanentemente. Un circuito de autovigilancia registra los errores o fallos de cable, En esta categoría Siemens ofrece varios modelos. Los cuales pueden ser aplicados en industrias relacionadas con la química, agua, petróleo, gas, entre otros. Sensor de flujo coriolis: Es compatible con procesos donde se utilicen flujos frágiles. Está diseñado para garantizar un rendimiento y fiabilidad superior. Ofrece baja perdida de presión y alta capacidad para procesar ruidos en las plantas de fabricación. Sensor de flujo ultrasónico: Está elaborado con tecnologías avanzadas que mejoran su rendimiento y su precisión. Compatible para aplicaciones industriales con grandes diámetros. Sensor de flujo vortex: Ideal para mediciones en caudales másicos y volumétricos. Funciona para vapor, líquidos y gases. Unifica el control de caudal, la temperatura y la presión en un dispositivo fácil de utilizar y de instalar Sensor de fluido para áreas variable: Como lo indica si nombre, es un dispositivo que cuenta con las condiciones para ser implementados en áreas variables de tipo robustas como metálicos para líquidos y gases en ambientes agresivos Sensor de fluido para presión diferencial: Este tipo de dispositivos pueden ser utilizados en las industrias que requieran mediciones de flujo de calidad para líquidos gases y vapores. Transductores de sensores flujo • Transductores ultrasónicos. Los transductores ultrasónicos miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al propagarse éste en el sentido del flujo y en el sentido contrario. Existen diversas disposiciones de distribuir los sensores Transductor de Flujo radial Este medidor de flujo radial utiliza una turbina de baja inercia Marcas de sensores ABB ALLEN-BRADLEY CARLO-GAVAZZI DWYER-INSTRUMENTS EDISON ENDRESS-HAUSER FASCO FLOWLINE GEMS-SENSORS GF-SIGNET HONEYWELL IFM-EFECTOR JOHNSON-CONTROLS KEYENCE KING-INSTRUMENT MADISON MATHESON MCDONNELL-AND-MILLER MERCOID MURPHY NOHKEN OMEGA-ENGINEERING OMRON ONICON ROSEMOUNT SAGINOMIYA SIEMENS SMC-CORPORATION SYSTEM-SENSOR TACO-HVAC TECFLUID TURCK WARRICK-CONTROLS YOKOGAWA Simbología isa Simbología eléctrica Conexión Medición de temperatura Instrumentos de medida de temperatura La medida de la temperatura constituye una de las mediciones más importantes y más frecuentes que se llevan a cabo en los procesos de una industria. De este parámetro dependerá tanto la buena marcha como la economía de toda operación. Los instrumentos de medida de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran: • Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases); • variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia); • variación de resistencia de un semiconductor (termistores); • fuerza electromotriz creada en la unión de dos metales distintos (termopares) • intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación); • otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal... Termómetros de bulbo Los Termómetros de Bulbo de uso industrial están diseñados para proveer una indicación o registro de la temperatura a distancia del punto de medición. El sistema generalmente está formado por un elemento sensitivo a la temperatura (Bulbo) Dependiendo del fluido que está dentro del bulbo, estos termómetros se clasifican de la siguiente manera: Sistema Clase I (bulbo lleno de líquido, excluyendo mercurio). Sistema Clase II (bulbo lleno de vapor). Sistema Clase III (bulbo lleno de gas). Sistema Clase V (bulbo lleno de mercurio). Los sistemas clase I y V operan bajo el principio de expansión volumétrica del líquido con la temperatura y dan una respuesta aproximadamente lineal frente a los cambios de temperatura. Los sistemas de Clase II (bulbo lleno de vapor) operan bajo el principio del cambio en la presión de vapor de un líquido volátil con la temperatura; dando una relación no lineal entre la presión de vapor y la temperatura. Termómetros bimetálicos Todos los metales se dilatan cuando son calentados y la cantidad de dilatación depende de la temperatura y del coeficiente de dilatación de cada metal. Si dos láminas de metal con coeficientes de dilatación diferentes se funden la una a la otra, ocurre una distorsión al ser calentados ya que uno de los metales tratará de dilatarse más que el otro. Este es el principio de operación de los termómetros bimetálicos Termopares El termopar es uno de los sensores más comunes y simples usados para determinar la temperatura de los procesos. Básicamente, un termopar está constituido por dos metales diferentes tales como alambres de hierro. Los conductores de un termopar forman un circuito eléctrico, por el cual fluye la corriente como resultado de la Fem. generada. Esta Fem. es proporcional a la diferencia de temperatura entre las dos juntas. La corriente fluirá en el circuito siempre y cuando T1 sea distinto de T2. Pirómetros de radiación Los pirómetros de radiación se fundamentan en el hecho de que un cuerpo a temperatura emite una energía radiante de intensidad proporcional a la cuarta potencia de la temperatura del cuerpo. Partiendo de este hecho, un pirómetro de radiación mide la temperatura de un cuerpo a distancia en función de su radiación. y los que, se llaman pirómetros de radiación total. Los pirómetros pueden corresponder a dos configuraciones básicas que son las siguientes: • Pirómetros ópticos. Miden la temperatura de un cuerpo en función de la radiación luminosa que éste emite. • Pirómetros de radiación total. Miden la temperatura captando toda o una gran parte de la radiación emitida por el cuerpo. Un termistor es un elemento de detección de temperatura compuesto por material semiconductor sinterizado que presenta un gran cambio en la resistencia en proporción a un cambio pequeño en la temperatura. En general, los termistores tienen coeficientes de temperatura negativos, lo que significa que la resistencia del termistor disminuye a medida que aumenta la temperatura. Termistor del coeficiente de temperatura negativo (NTC) Un termistor es una resistencia térmicamente sensible que exhibe un cambio de resistencia grande, predecible y preciso correlacionado con las variaciones de temperatura. Un termistor NTC proporciona una resistencia muy alta a bajas temperaturas. A medida que la temperatura aumenta, la resistencia disminuye rápidamente. Debido a que un termistor NTC experimenta un cambio tan grande en la resistencia por ° C, los pequeños cambios de temperatura se reflejan muy rápido y con una alta precisión (de 0,05 a 1,5°C). Debido a su naturaleza exponencial, la salida de un termistor NTC requiere linealización. El rango operativo efectivo es de -50 a 250 ° C para termistores encapsulados en gas o 150 ° C para estándar. Detector de temperatura de resistencia (RTD) Un RTD, también conocido como termómetro de resistencia, mide la temperatura al correlacionar la resistencia del elemento RTD con la temperatura. Un RTD consiste en una película o, para mayor precisión, un cable envuelto alrededor de un núcleo de cerámica o vidrio. Los RTD más precisos se fabrican con platino, pero los RTD de menor costo se pueden fabricar con níquel o cobre. Sin embargo, el níquel y el cobre no son tan estables ni repetibles. Los RTD de platino ofrecen una salida bastante lineal que es altamente precisa (de 0,1 a 1 ° C) a través de -200 a 600 ° C. Si bien proporcionan la mayor precisión, los RTD también tienden a ser los sensores de temperatura más costosos. Termopar Este tipo de sensor de temperatura consta de dos cables de diferentes metales conectados en dos puntos. La tensión variable entre estos dos puntos refleja cambios proporcionales en la temperatura. Los termopares no son lineales, requieren conversión cuando se usan para control de temperatura y compensación, normalmente se logran usando una tabla de búsqueda. La precisión es baja, de 0.5 a 5 ° C. Sin embargo, operan en el rango de temperatura más amplio, de 200 a 1750 ° C. Sensores basados en semiconductores Un sensor de temperatura basado en semiconductores se coloca en los circuitos integrados (IC). Estos sensores son efectivamente dos diodos idénticos con voltaje sensible a la temperatura que se pueden usar para controlar los cambios de temperatura. Ofrecen una respuesta lineal pero tienen la precisión más baja de los tipos básicos de sensores a 1 a 5 ° C. También tienen la respuesta más lenta (5 a 60 s) en el rango de temperatura más estrecho (-70 a 150 ° C). 2.5 Medición de otras variables Comparación con otros pesos patrones La comparación con otros pesos patrones la realizan las balanzas y las básculas. La balanza clásica está constituida por una palanca de brazos iguales llamada cruz que se apoya en su centro y de cuyos extremos cuelgan los platillos, que soportan los pesos. En uno de los platos se colocará la masa a determinar, mientras que en el otro se irán depositando las masas patrón hasta conseguir el equilibrio. La báscula clásica consiste en una palanca donde en uno de sus extremos se coloca el peso a medir, mientras que en el otro hay una estructura en la cual se encuentran los pesos de referencia. Estos últimos se colocarán a distancia variable del punto de apoyo de la palanca hasta conseguir el equilibrio del conjunto Célula de carga de galgas extensiométricas Consiste en una célula con una pieza de elasticidad conocida a la que se encuentra unida una galga extensiométrica. La tensión creada por el peso provocará la deformación del resorte, variando la longitud de la galga y con ello su resistencia. De esta manera podremos cuantificar el empuje sufrido, y con ello el valor del peso Célula de carga hidráulica En las células hidráulicas encontramos un pistón sobre el que se apoya la carga, el cual ejercerá una presión sobre un fluido hidráulico. De la medida de la presión generada se podrá conocer el valor del peso a medir. Instrumentos de medida velocidad La medición de la velocidad de los equipos rotativos de la planta es de gran importancia en el control de su nivel de carga. Para efectuar dicho control se puede recurrir a sistemas bien mecánicos, o bien eléctricos. Tacómetro mecánicos Consiste en un eje elástico que apoyado sobre eje del equipo transmite el movimiento giratorio a un tren de engranajes que actúan sobre un indicador exterior. La posición de este indicador constituirá la señal de salida. Tacómetros eléctricos Basan su funcionamiento en las características de la señal producida por generadores eléctricos rotativos, movidos por el movimiento de la máquina, cuya velocidad se desea conocer. Existen diversos tipos de diseño en función de la señal eléctrica generada. Instrumentos de medida de la densidad Los instrumentos utilizados para determinar la densidad basan su funcionamiento en diversos principios. Estos principalmente serán: • Empuje experimentado por un cuerpo sumergido en un fluido. • Presión debida a una columna de líquido de altura conocida. • Velocidad del sonido en el fluido • Cambio de punto de ebullición del fluido al ser disuelto con agua, etc Instrumentos de medida de la humedad en aire y gases Cabe decir que la humedad de un gas se referirá a la masa de vapor de agua contenida en una masa determinada de gas. Para la determinación de la humedad pueden emplearse varios métodos: Método de elemento de cabello (o nailon). Se basan en la variación lineal de la longitud de ciertos materiales sensibles a la humedad Célula de cloruro de litio. Este dispositivo tiene la propiedad de variar su resistencia en función de la humedad ambiente. Instrumentos de medida de la viscosidad. Viscosímetros La viscosidad de un fluido se puede determinar de forma discontinua o continua. A continuación se presentan diversos tipos de viscosímetros discontinuos, basan su medida en el tiempo de fluencia del fluido, y la resistencia al movimiento de un cuerpo en el seno del mismo. Así mismo estos diseños corresponderán al tipo continuo. Tienen un fundamento parecido al de los continuos, recurriendo también a la pérdida de carga del fluido. Instrumentos detectores de llama La detección de la llama en la industria es muy importante desde el punto de vista de seguridad. Este tipo de sistema se utilizará en hornos y calderas donde por cuestiones de seguridad es muy importante conocer si existe llama en el hogar. Existen distintos tipos de dispositivos para este fin, de los que se presentan los principales: Detectores de calor. El calor desprendido por la llama activa detectores térmicos, como termopares, etc. Detectores de ionización-rectificación. En este tipo de detectores la presencia de la llama produce la existencia de corriente entre electrodos. Esta circulación es posible por fenómenos de ionización y de rectificación respectivamente. Instrumentos detectores de variables químicas Conductividad La conductividad es la capacidad de una solución acuosa para conducir una corriente eléctrica, la facilidad que ofrece a ello. Para medir tal parámetro sólo tendremos que disponer un sistema que induzca una tensión alterna en el fluido produciéndose por ello un paso de corriente a través de la disolución. Del valor de esta se puede deducir la conductividad de la disolución. Se presentan dos esquemas constructivos: 2.6 Procedimiento para la calibración Calibración: Es el conjunto de operaciones con las que se establece, en ciertas condiciones específicas, la correspondencia entre los valores indicados en un instrumento o equipo y los valores conocidos correspondientes a una magnitud de medida o patrón, asegurando así la trazabilidad de las medidas y procediendo a su ajuste o corrección. Patrón: Instrumento de medición destinado a definir o materializar, conservar o reproducir la unidad de medida de una verificación, para transmitirla por verificación a otros instrumentos de medición. Ajuste: Operación para ubicar un instrumento de medición en un estado de funcionamiento para uso. Verificación: consiste en comparar el equipo de medición con un patrón certificado. Se realiza con mayor frecuencia que la calibración y con un método rápido con el fin de comprobar y afirmar que el instrumento de medición está dentro de error máximo permitido. REGLAS INTERNAS 5.1. Este documento normativo es de aplicación obligatoria para todos los servidores del GAD Portoviejo que operan procesos agregadores de valor. El no cumplimiento por parte de los funcionarios responsables del control y la ejecución, será causal para la determinación de sanciones y responsabilidades en conformidad con las leyes y normas vigentes. 5.2. Este procedimiento se encuentra sujeto a actualización permanente, con el propósito de incluir los cambios que se produzcan, como efecto de la actualización de las leyes, normas y políticas emitidas o las necesidades administrativas que surjan. POLÍTICAS 6.1. Todo equipo o instrumento que se utilice para realizar una medición, cuyo resultado sea crítico para un proceso que genere un servicio a una parte interesada, debe estar dentro de los Equipos del Programa Metrológico. 6.2. Cada director de área es responsable de establecer qué instrumentos de medición son críticos para sus servicios y deben entrar al Programa Metrológico. Así mismo, ellos son responsables de su calibración y adecuación para el uso. 6.3. Terminada la calibración, los equipos o instrumentos deben quedar protegidos contra alteraciones que puedan afectar sus ajustes de calibración, tales como golpes, exceso de temperatura, fallas de manipulación o almacenamiento irregular. 6.4. Para los equipos que tengan instrumentos, éstos se codifican con el código del equipo principal y un dígito consecutivo. 6.5. Se deben emplear los mecanismos que impidan las alteraciones de los dispositivos ajustables (si existen) en los equipos de medición, para lo cual se pueden utilizar los siguientes: Banda autoadhesiva. Pintura. Alambre. Soldadura. Llave/Candado. 6.6. Se retiran del Programa Metrológico los equipos que presenten las siguientes características: Mal funcionamiento. Por cambio de tecnología. Cuando el equipo se encuentre averiado u obsoleto. Por retiro o cambio de un procedimiento. Cuando el equipo ha sufrido sobrecargas o ha sido manipulado irregularmente. Cuando el equipo no permite ningún tipo de ajuste y/o la desviación presentada es superior a la máxima permitida. 6.7. El “Programa Anual de Calibración y Mantenimiento de Equipos” PRO-DPP-006-04 es un Cronograma donde se lleva el control de la calibración de los equipos, con base en las frecuencias de calibración establecidas para cada uno de ellos. El Cronograma debe ser actualizado en los siguientes casos: - Cuando no se haya realizado una Calibración por una razón justificada. - Cuando se necesite realizar una calibración que no haya estado contemplada en el Programa. 6.8. La información documentada de la calibración y ajuste de los instrumentos y equipos de medición debe ser conservada como evidencia de su ejecución. Paso 1 Para el ingreso al Programa se deben desarrollar los siguientes documentos y actividades: a) Los equipos relacionados con el Programa Metrológico, son identificados con una etiqueta, la cual indica el Estado de Calibración del Equipo. (ver Anexo 1). Esta etiqueta debe estar protegida para evitar su deterioro, además debe encontrarse en un lugar visible. b) Elabora la “Ficha Técnica de Equipo” (PRODPP-006-01) y/o “Ficha Técnica de Instrumento” (PRO-DPP-006-02). c) Ingresarlo al “Inventario de Equipos del Programa Metrológico” (PRO-DPP-006-03). d) Efectúa el procedimiento de Control y Calibración del Equipo o Instrumento (que incluye: Operación, Calibración, Verificación, Ajuste y Mantenimiento del Equipo). e) Ingresarlo al “Programa Anual de Calibración y Mantenimiento de Equipos” (PRO-DPP-006- 04). Paso 2 ¿Algún equipo presenta daño? SI: Identificarlo con una etiqueta roja que indique “FUERA DE USO” NO: Se establecen los criterios de protección contra daños y deterioro durante la manipulación, el mantenimiento y el almacenamiento y se los registran en las Fichas Técnicas y en los procedimientos de Control y Calibración de cada equipo. Paso 3 ¿El equipo es considerado NO CONFORME? SI: Retirarlo del Programa, para lo cual se deben desarrollar las siguientes actividades: a) Retiro del equipo de la “Ficha Técnica de Equipo” PRO-DPP-006-01 y/o Ficha Técnica de Instrumento” PRO-DPP-006-02. b) Retiro del equipo del Procedimiento de Control y Calibración (si lo amerita). c) Retiro del equipo del “Inventario de Equipos del Programa Metrológico” PRO-DPP-006-03. d) Retiro del equipo del “Programa Anual de Calibración y Mantenimiento de Equipos” PRO-DPP006-04. Al retiro de un equipo, la documentación correspondiente debe ser archivada y enviada al Archivo Inactivo. NO: Paso 2. 2.6.1 Consideraciones previas para la calibración. Cuando el instrumento se calibra contra un 1nstrumento de referencia, su exactitud muestra si esta fuera dentro de los límites de exactitud, si el instrumento está dentro del límite de medición, el único curso de acción requerido es registrar los resultados de calibración en la hoja de control del instrumento y ponerlo en funcionamiento hasta el s1guiente periodo de calibración. DOCUM ENTACION DE LOS S1STEMAS DE MEDICION Y SU CALIBRACION: Todos los sistemas de medición y calibración implementados deben estar documentados, en el caso de pequeñas compañías toda informac1on relevante debo estar conten1da dentro de un manual, mientras que para una empresa grande es apropiado tener volúmenes separados cubriendo procedim1entos corporativos y por áreas. Registro de los instrumentos Se debe tener un registro separado para cada instrumento del sistema donde se especifique como mínimo: Su número de serie. El nombre de la persona responsa8le para su calibración. Frecuencia de calibración requerida. Fecha de la última calibración. Resultados de la calibración. RECOLECCION DE DATOS Cuando se procede a recolectar datos referentes a med1ciones es necesario registrar factores externos como humedad, temperatura, altura sobre el nivel del mar, ruido externo, etc. debido a que en la medida de lo posible dichas condiciones ambientales deben ser reproducidas en el laboratorio de calibración para que d1cho instrumento se comporte de manera similar a su entorno de trabajo habitual y cotid1ano. 2.6.2 Error Al momento de hacer la medición el sensor o instrumento si no está bien calibrado va a hacer una medición con error Error sistemático: aquel que es constante a lo largo de todo el proceso de medida y, por tanto, afecta a todas las medidas de un modo definido y es el mismo para todas ellas. Estos errores tienen siempre un signo determinado y las causas probables pueden ser: Errores instrumentales (de aparatos); por ejemplo, el error de calibrado de los instrumentos. Error personal: Este es, en general, difícil de determinar y es debido a las limitaciones de carácter personal. Como, por ejemplo, los errores de paralaje, o los problemas de tipo visual. Errores de método de medida, que corresponden a una elección inadecuada del método de medida; lo que incluye tres posibilidades distintas: la inadecuación del aparato de medida, del observador o del método de medida propiamente dicho. Errores accidentales son aquellos que se deben a las pequeñas variaciones que aparecen entre observaciones sucesivas realizadas por el mismo observador y bajo las mismas condiciones. Las variaciones no son reproducibles de una medición a otra y se supone que sus valores están sometidos tan sólo a las leyes del azar y que sus causas son completamente incontrolables para un observador. Los errores accidentales poseen, en su mayoría, un valor absoluto muy pequeño y si se realiza un número suficiente de medidas se obtienen tantas desviaciones positivas como negativas. Y, aunque con los errores accidentales no se pueden hacer correcciones para obtener valores más concordantes con los reales, si pueden emplearse métodos estadísticos, mediante los cuales se pueden llegar aalgunas conclusiones relativas al valor más probable en un conjunto de mediciones. 2.6.3 Incertidumbre Incertidumbre de medición es el parámetro asociado con el resultado de una medición que caracteriza la dispersan de los valores que en forma razonable se le podría atribuir a una magnitud por medir. Cuando se expresa el resultado de medición en una magnitud, es conveniente y a veces obligatorio, dar alguna indicación cuantitativa de la calidad del resultado, de tal forma que quienes utilicen este resultado puedan evaluar su idoneidad. sin esta indicación, las mediciones no pueden compararse entre sí, ni con otros valores de referenc1a dados en especif1caciones 0 normas tecn1cas. El método ideal para evaluar y expresar la incertidumbre de medida debe ser capaz de proporcionar tal intervalo, en particular, aquel con la probabilidad o con el nivel de conf1anza que corresponda, de forma acorde a las neces1dades particulares de cada caso. 2.7 Criterios de selección Cuando se intenta hacer una medición de una cantidad no eléctrica convirtiendo la cantidad a una forma eléctrica, se debe seleccionar un transductor adecuado para llevar a cabo una conversión. Por lo cual hay que considerar algunos puntos tales como: 1.- Rango. el rango del transductor debe ser lo suficiente grande tal que abarque todas las magnitudes esperadas de la cantidad a ser medida. 2.- Sensibilidad. para obtener datos significativos, el transductor debe producir una señal de salida suficiente por unidad que se da en la entrada. 3.- Efectos de carga como los transductores siempre consumirán algo de energía del efecto físico, debe determinarse si se puede despreciar o si pueden ser aplicados factores de corrección para las perdidas. 4.- Respuesta a la frecuencia. el transductor debe ser capaz de responder a velocidad máxima de cambio en el efecto que se esté observando. 5.- Formato de salida Electrica forma Electrica de salida del transductor debe ser compatible con el resto del sistema de medición, por ejemplo, un voltaje de salida de no ser compatible con un amplificador que solo pueda responder a señales de corriente alterna. 6.- Impedancia de salida. debe tener un valor que lo haga compatible con las siguientes fases eléctricas del sistema. 7.- Requerimiento de potencia los transductores pasivos necesitan de excitación externa por lo que si en el sistema se encuentra uno debe haber fuentes de poder adecuadas para operarlos 8.- Medio físico. el transductor seleccionado debe poder resistor a las condiciones ambientales a las que estará sujeto. 9.- Errores, los errores inherentes a la operación del transductor o aquellos errores originados por malas condiciones del ambiente, deben ser lo suficientemente pequeños o controlables para que permitan tomar datos. Una vez seleccionado el transductor se deben seguir algunas recomendaciones como: 1.- Calibración del transductor se debe calibrar con algún estándar conocido y llevar acabo calibraciones de manera regular a medida que se hagan mediciones. 2.- Monitorear de forma continua los cambios en las condiciones ambientales del transductor. 3.- Controlar arterialmente el ambiente de medición, como ejemplo encerrar el transductor en una caja de temperatura controlada, aislamiento del dispositivo a golpes y vibraciones externas. 2.8 Acondicionamiento de señal Señal de salida del sensor de un sistema de medición en general se debe procesar de una forma adecuada para la siguiente etapa de la operación. La señal puede ser, por ejemplo, demasiado pequeña, y seria necesar1o amplificarla; podría contener interferencias que eliminar; ser no lineal y requerir su linealizacion; ser analógica y requerir su digitalización; ser digital y convertirla en analógica, ser un cambio en el valor de la resistencia, y convertirla a un cambio en corriente; consistir en un cambio de voltaje y convertirla en un cambio de corriente de magnitud adecuada, etc. Los dispositivos de entrada y de salida están conectados con un sistema de microprocesador mediante puertos el término "interfaz" se refiere a un elemento que se usa para interconectar diversos dispositivos y un puerto existen así entradas de sensores, interruptores y teclados, y salidas para indicadores y actuadores la más sencilla de las interfaces podría ser un simple trozo de alambre, en realidad, la interfaz cuenta con acondicionamiento de señal y protección; esta última previene daños en el sistema del microprocesador por ejemplo, cuando es necesario proteger las entradas de voltajes excesivos o de señales de polaridad equivoca. 1.- Protección para evitar daño al siguiente elemento, por ejemplo, un microprocesador, como consecuencia de un voltaje o una corriente elevados. 2.- Convertir una señal en un tipo de señal adecuada sería el caso cuando es necesario convertir una señal a un voltaje de cd, o a una corriente 3.- Obtención del nivel adecuado de la señal en un termopar, la señal de salida es de unos cuantos mV, si la señal se va a aumentar a un convertidor a análogo a digital para después entrar a un microprocesador, será necesario ampliarla en forma considerable. 4.- Eliminación o reducción del ruido, por ejemplo, para eliminar el ruido de una señal se utilizan filtros, 5.- Manipulación de la señal, per ejemplo, convertir una variable en una función lineal, las señales que producen algunos sensores, per ejemplo los medidores de flujo son alinéales y hay que usar un acondicionador de señal para que la señal que se alimenta, en el siguiente elemento sea lineal. Bibliografía Instrumentación industrial - Medición de caudal. Orificios integrales. Turbinas. Medidores electromagnéticos. Ultrasónicos. (s. f.). Sapiensman. Recuperado 8 de marzo de 2022, de http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/doc19.php Instrumentación Industrial. Análisis de Señales. Tipos de Señales. (s. f.). Sapiensman. Recuperado 8 de marzo de 2022, de http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/doc55.php Instrumentación industrial. Medición de la presión. (s. f.). Sapiensman. Recuperado 8 de marzo de 2022, de http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/doc57.php Instrumentación industrial .Medición de nivel. (s. f.). Sapiensman. Recuperado 8 de marzo de 2022, de http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/doc61.php Medición de nivel. Instrumentación industrial. (s. f.). Sapiensman. Recuperado 8 de marzo de 2022, de http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/doc60a.php Sensores de nivel de tipo ultrasónico, fotoeléctrico, radiactivo y por microondas. (s. f.). Sapiensman. Recuperado 8 de marzo de 2022, de http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/doc62.php Technical Documents - Documentos Técnicos: Instrumentación industrial. Normas. (s. f.). Sapiensman. Recuperado 8 de marzo de 2022, de http://www.sapiensman.com/tecnoficio/docs/doc47.php
