INTRODUCCIÓN
En todo proceso industrial es necesario conocer el estado actual en que se encuentran las variables que este manipula, ya sea presión, temperatura, caudal entre otros. Esto es para que en caso de que estén ocurriendo ciertas irregularidades atacarlas con el sistema de control.
La presión es una medida que refleja la relación entre la fuerza aplicada en un área y la superficie que ocupa dicha área.
Esta práctica se centrara en calibrar un transmisor inteligente calculando de esta manera los errores que el dispositivo pudiera tener a la hora de ser utilizado.
OBJETIVO GENERAL
Determinar el error de la lectura de un transmisor inteligente, haciendo uso de diferentes presiones.
- Calibrar un transmisor inteligente (
- P), para flujo y presión diferencial.
- Determinar el error de lectura haciendo uso del transmisor inteligente.
MARCO TEORICO
PRESIÓN
A= área donde se aplica la fuerza
F=Fuerza
y se expresa en N/m2 en el sistema internacional, esta definición se muestra en la ecuación (1) y es aplicable para la presión en sólidos (esfuerzo), líquidos (presión hidráulica) y gases (presión neumática).
Clasificación
Presión Absoluta
Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Este termino se creo debido a que la presión atmosférica varía con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un termino absoluto unifica criterios.
El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud.
Presión Manométrica
Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.
La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.
Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
De la misma manera que para las presiones manométricas, las variaciones de la presión atmosférica tienen solo un efecto pequeño en las lecturas del indicador de vacío.
Sin embargo, las variaciones pueden llegar a ser de importancia, que todo el intervalo hasta llegar al cero absoluto solo comprende 760 mmHg.
El pascal es 1 newton por metro cuadrado (1 N/m²), siendo el newton la fuerza que aplicada a un cuerpo de masa 1 kg, le comunica una aceleración de 1 m/s² . Como el pascal es una unidad muy pequeña, se emplean también el kilopascal (1 kPa = 10 ² bar), el megapascal (1 MPa = 10 bar) y el gigapascal (1 GPa = 10 000 bar). En la industria se utiliza también el bar (1 bar = 10^5 Pa = 1,02 kg/cm. cuadrado) y el kg/CM2, Si bien esta última unidad, a pesar de su uso todavía muy extendido, se emplea cada vez con menos
En la tabla 1. Figuran las equivalencias entre estas unidades.
La presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales. En la figura 1 se indican las clases de presión que los instrumentos miden comúnmente miden en las industrias.
Figura 1.
La presión absoluta mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de la figura 1).
La presión atmosférica es la presión ejercida por la atmosfera 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 psia (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por la atmosfera estándar.
La presión relativa es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos B y B'), si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas.
La presión diferencial es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C'. El vacío es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica (puntos D, D' y D"). Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vacío.
El campo de aplicación de los medidores de presión es amplio y abarca desde valores muy bajos (vacío) hasta presiones de miles de bar. En anexo 1 pueden verse los tipos de instrumentos y su campo de aplicación.
Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: mecánicos, neumáticos, electromecánicos y electrónicos.
Elementos mecánicos
Se dividen en:
Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas (barómetro de cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana), y elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen.
Los elementos primarios elásticos más empleados son: el tubo Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.
El tubo Bourdon es un tubo de sección elìstica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. AI aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La Ley de deformación del tubo Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos.
El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel.
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.
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 mas amplio posible con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento.
El material del diafragma es normalmente aleación de níquel o inconel x. Se utiliza para pequeñas presiones.
El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.
Hay que señalar que los elementos de fuelle se caracterizan por su larga duración, demostrada en ensayos en los que han soportado sin deformación alguna millones de ciclos de flexión. El material empleado para el fuelle es usualmente bronce fosforoso y el muelle es tratado térmicamente para mantener fija su constante de fuerza por unidad de compresión. Se emplean para pequeñas presiones.
Los medidores de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un fuelle sellado al vacio absoluto. El movimiento resultante de la unión de los dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido. El material empleado para los fuelles es latón o acero inoxidable. Se utilizan para la medida exacta y el control preciso de bajas presiones, a las que puedan afectar las variaciones en la presión atmosférica. Por ejemplo, en el caso de emplear un vacuometro para el mantenimiento de una presión absoluta de 50 mm de mercurio en una columna de destilación, el punto de consigna seria de 710 mm, con una presión atmosférica de 760 mm. Si la presión atmosférica cambiase a 775 mm el vacuometro indicaría: 710 + 15 = 725 mm con lo cual la presión absoluta en la columna sería controlada a 50 + 15 = 65 mm, es decir, a un 30 % más de la deseada.
En la medida de presiones de fluidos corrosivos pueden emplearse elementos primarios elásticos con materiales especiales en contacto directo con el fluido. Sin embargo, en la mayoría de los casos es más económico utilizar un fluido de sello cuando él fluido es altamente viscoso y obtura el elemento (tubo Bourdon, por ejemplo), o bien, cuando la temperatura del proceso es demasiado alta. Tal ocurre en la medición de presión del vapor de agua en que el agua condensada aísla el tubo Bourdon de la alta temperatura del vapor figura 2 a.
Se emplean asimismo sellos volumétricos de diafragma y de fuelle figura b y c que contienen un líquido incompresible para la transmisión de la presión.
En la tabla 2 pueden verse las características de los elementos mecánicos descritos.
Elementos neumáticos
Como elementos neumáticos consideramos los instrumentos transmisores neumáticos.
Transmisores neumáticos
Figura 3. Sistema tobera-obturador
El aire de alimentación de presión normalizada 1,4 bar (20 psi) pasa por la restricción R y llena el volumen cerrado V escapándose a la atmósfera por la tobera R,. Ésta tiene un diámetro muy pequeño, de unos 0,25-0,5 mm, mientras que la restricción R tiene un diámetro alrededor de 0,1 mm. Con el obturador abierto la presión posterior remanente es de unos 0,03 bar, lo cual indica que la relación de presiones diferenciales a través de la restricción R es de 1,4/0,03 =-= 50 veces. El consumo de aire del conjunto tobera-obturador es relativamente pequeño, del orden de 3 NI/min.
El escape de aire a través de la tobera depende de la posición del obturador, es decir, del valor de x. Debido a este escape, el volumen V se encontrará a una presión P, intermedia entre P, y la presión atmosférica. En efecto: para x = 0 el obturador tapa casi totalmente a la tobera, con lo cual no hay escape de aire a la atmósfera y P, llega a ser casi igual a la presión P, del aire de alimentación: para x relativamente grande el obturador está bastante separado de la tobera y no limita el escape a la atmósfera siendo la presión P, próxima a la atmosférica.
En la figura 4 se representa una tobera ejerce una fuerza sobre el obturador F P, X S que tiende a desplazarlo. Esta curva de respuesta típica de un sistema tobera-obturador, pudiendo verse que la misma no es lineal.
El aire que se escapa de la fuerza debe hacerse despreciable con relación a la fuerza del elemento de medida que posiciona el obturador.
Con este objeto, en el amplificador de dos etapas se utiliza sólo una parte reducida de la curva, y se disminuye además la sección de la tobera a diámetros muy pequeños de 0,1 a 0,2 mm (no se consideran diámetros más pequeños para evitar que la tobera se tape por suciedad del aire). De este modo, la parte reducida de la curva puede aproximarse a una línea recta con lo cual se consigue una relación prácticamente lineal entre el valor de la variable y la señal transmitida.
Figura 4. Curva de respuesta de un sistema tobera-obturador
Como la restricción fija R es 3 a 4 veces menor que la tobera R; sólo pasa por la misma un pequeño caudal de aire, por lo cual, el volumen V debe ser tan reducido como sea posible para obtener un tiempo de respuesta del sistema inferior al segundo.
Transmisores inteligentes:
Son aquellos instrumentos capaces de realizar funciones adicionales a la de la transmisión de la señal del proceso gracias a un microprocesador incorporado. También existen dos modelos básicos de transmisores inteligentes:
Capacitivo que consiste en un condensador compuesto de un diafragma interno que separa las placas y que cuando se abren las placas es porque se realiza una presión este diafragma se llena de aceite lo cual hace variar la distancia entre placas en no mas de 0.1 mm. Luego esta señal es amplificada por un oscilador y un demodulador que entrega una señal análoga para ser convertida a digital y así ser tomada por el microprocesador.
El semiconductor sus cualidades permiten que se incorpore un puente de wheastone al que el microprocesador linealiza las señales y entrega la salida de 4 - 20mA.
Los transmisores inteligentes permiten leer valores, configurar el transmisor, cambiar su campo de medida y diagnosticar averías, calibración y cambio de margen de medida. Algunos transmisores gozan de auto calibración, autodiagnóstico de elementos electrónicos; su precisión es de 0.075%. Monitorea las temperaturas, estabilidad, campos de medida amplios, posee bajos costes de mantenimiento pero tiene desventajas como su lentitud, frente a variables rápidas puede presentar problemas y para el desempeño en las comunicaciones no presenta dispositivos universales, es decir, no intercambiable con otras marcas.
Transmisor de equilibrio de movimientos
El transmisor de equilibrio de movimientos (fig. 5) 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. Hay que señalar que en este tipo de transmisores, las palancas deben ser livianas, pero bastante fuertes para que no se doblen.
Fig. 5. Transmisor de equilibrio de movimientos.
Estos instrumentos se utilizan, en particular, en la transmisión de presión y temperatura donde los elementos de medida tales como tubos 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. Si la fuerza disponible es pequeña, aparte de la histéresis, el tiempo necesario para el movimiento es grande y el transmisor es lento en responder a los cambios de la variable. En este caso, se acude a los transmisores de equilibrio de fuerzas en los que básicamente el elemento primario de medida genera una fuerza que se equilibra con otra igual y opuesta producida por el transmisor.
Transmisor de equilibrio de fuerzas
En la figura 6 puede verse que el elemento de medición ejerce una fuerza en el punto A sobre la palanca AC que tiene su punto de apoyo en D. Cuando aumenta la fuerza ejercida por el elemento de medición, la palanca AC se desequilibra, tapa la tobera, la presión aumenta y el diafragma ejerce una fuerza hacia arriba alcanzándose un nuevo equilibrio. Hay que señalar, como se ha dicho, que en este transmisor los movimientos son inapreciables.
Figura 6. Transmisor de equilibrio de fuerzas.
Como elementos neumáticos consideramos los instrumentos transmisores neumáticos cuyo elemento de medida es la presión adecuado al campo de medida correspondiente. El tipo de transmisor queda establecido por el campo de medida del elemento- Por ejemplo, un transmisor de 0-20 kg/cm2 utilizará un transmisor de equilibrio de fuerzas de tubo Bourdon mientras que uno de 3-15 psi será de equilibrio de movimientos con elemento de fuelle.
Elementos Electromecánicos Electrónicos
Los elementos electromecánicos de 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.
Los elementos electromecánicos de presión se clasifican según el principio de funcionamiento en los siguientes tipos:
Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas:
Este instrumento el elemento mecánico de medición (tubo Bourdon, espiral, fuelle...) ejerce una fuerza sobre una barra rígida del transmisor.
Para cada valor de la presión, la barra adopta una posición determinada excitándose un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia, un transformador diferencial o bien un detector fotoeléctrico. Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una unidad magnética y la fuerza generada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas. Se completa así un circuito de realimentación variando la corriente de salida en forma proporcional al intervalo de presiones del proceso.
En el transmisor de equilibrio de fuerzas con detector fotoeléctrico, la barra rígida tiene en su extremo una ventanilla ranurada que interrumpe total o parcialmente un rayo de luz que incide en una cé1ula fotoeléctrica de dos elementos. Esta cé1ula forma parte de un circuito de puente de Wheatstone autoequilibrado y, por lo tanto, cualquier variación de presión que cambie la barra de posición, moverá la ventana ranurada y desequilibrará el puente. La señal diferencial que se produce en los dos elementos de la ce1ula es amplificada y excita un servomotor. Éste, al girar, atornilla una varilla roscada la cual comprime un resorte de realimentación que a su vez aprieta la barra de equilibrio de fuerza con una fuerza tal que compensa la fuerza desarrollada por el elemento de presión. De este modo, el sistema se estabiliza en una nueva posición de equilibrio.
Este transmisor dispone de un contador óptico-mecánico acoplado al servomotor que señala los valores de presión en una pantalla exterior.
Los transductores electrónicos de equilibrio de fuerzas se caracterizan por tener un movimiento muy pequeño de la barra de equilibrio, poseen realimentación, una elasticidad muy buena y un nivel alto en la señal de salida. Por su constitución mecánica presentan un ajuste del cero y del alcance (span) complicado y un alta sensibilidad a vibraciones y su estabilidad en el tiempo es de media a pobre.
Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico que utilizan (tubo Bourdon, espiral, fuelle, diafragma...) y su precisión es del orden de 0,5 - 1 %.
Transductores resistivos
Constituyen, sin duda, uno de los transmisores eléctricos más sencillos. Consisten en un elemento elástico (tubo Bourdon o capsula) que varia la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión. El potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o no de resistencia. Existen varios tipos de potenciómetro según sea el elemento de resistencia: potenciómetros de grafito, de resistencia bobinada, de película metálica y de plástico moldeado. En la figura 7 puede verse un transductor resistivo representativo que consta de un muelle de referencia, el elemento de presión y un potenciómetro de precisión. El muelle de referencia es el corazón del transductor ya que su desviación al comprimirse debe ser únicamente una función de la presión y además debe ser independiente de la temperatura, de la aceleración y de otros factores ambientes externos.
Figura 7. Transductor resistivo
El movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo móvil aislado que se apoya sobre el potenciómetro de precisión. Este esta conectado a un circuito de puente de Wheatstone.
Los transductores resistivos son simples y su señal de salida es bastante potente como para proporcionar una corriente de salida suficiente para el funcionamiento de los instrumentos de indicación sin necesidad de amplificación. Sin embargo, son insensibles a pequeños movimientos del contacto del cursor, muy sensibles a vibraciones y presentan una estabilidad pobre en el tiempo.
El intervalo de medida de estos transmisores corresponde al elemento de, presión que utilizan (tubo Bourdon, fuelle...) y varía en general de 0-0,1 a 0-300 kg/cm². La precisión es del orden de 1-2 %.
Transductores magnéticos
Se clasifican en dos grupos según el principio de funcionamiento. a) Transductores de inductancia variable figura 8 en los que el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de esta en forma casi proporcional a la porción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina.
Figura 8. Transductor de inductancia variable.
El devanado de la bobina se alimenta con una corriente alterna y la f.e.m. de autoinducción generada se opone a la f.e.m. de alimentación, de tal modo que al ir penetrando el núcleo móvil dentro de la bobina la corriente presente en el circuito se va reduciendo por aumentar la f.e.m. de autoinducción.
El transformador diferencial estudiado en los transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas es también un transductor de inductancia variable, si bien, en lugar de considerar una sola bobina con un núcleo móvil, se trata de tres bobinas en las que la bobina central o primaria es alimentada con una corriente alterna y el flujo magnético generado induce tensiones en las otras dos bobinas, con la particularidad de que si el núcleo esta en el centro, las dos tensiones son iguales y opuestas y si se desplaza a la derecha o a la izquierda, las tensiones son distintas.
Es decir, que el transformador diferencial es más bien un aparato de relación de inductancias.
Los transductores de inductancia variable tienen las siguientes ventajas: no producen rozamiento en la medición, tienen una respuesta lineal, son pequeños y de construcción robusta y no precisan ajustes críticos en el montaje. Su precisión del orden de ± 1 %.
Transductores capacitivos
Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión figura 9. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tienen dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna.
Los transductores capacitivos se caracterizan por su pequeño tamaño y su construcción robusta, tienen un pequeño desplazamiento volumétrico y son adecuados para medidas estáticas y dinámicas. Su señal de salida es débil por lo que precisan de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la medición. Son sensibles a las variaciones de temperatura y a las aceleraciones transversales y precisan de un ajuste de los circuitos oscilantes y de los puentes de c.a. a los que están acoplados.
Figura 9. Transductor capacitivo
Su intervalo de medida es relativamente amplio, entre 0,05-5 a 0,5-600 bar y su precisión es del orden de ± 0,2 a ± 0,5 %.
Galgas extensométricas
Se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión.
Existen dos tipos de galgas extensométricas: galgas cementadas figura 10 formadas por varios bucles de hilo muy fino que están pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico, y galgas sin cementar en las que los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.
Figura 10. Galga cementada y Galga sin cementar
En ambos tipos de galgas, la aplicación de presión estira o comprime los hilos según sea la disposición que el fabricante haya adoptado, modificando pues la resistencia de los mismos.
La galga forma parte de un puente de Wheatstone figura 11 y cuando está sin tensión tiene una resistencia e1éctrica determinada. Se aplica al circuito una tensión nominal tal que la pequeña corriente que circula por la resistencia crea una caída de tensión en la misma y el puente se equilibra para estas condiciones.
Cualquier variación de presión que mueva el diafragma del transductor cambia la resistencia de la galga y desequilibra el puente. El intervalo de medida de estos transductores varía de 0-0,6 a 0-10 000 bar y su precisión es del orden de ± 0,5%
Figura 11. Puente de Wheatstone para galga extensométricas.
Una innovación de la galga extensométricas la constituyen los transductores de presión de silicio difundido. Consisten en un elemento de silicio situado dentro de una cámara conteniendo silicona que está en contacto con el proceso a través de un diafragma flexible. El sensor está fabricado a partir de un monocristal de silicio en cuyo seno se difunde boro para formar varios puentes de Wheatstone constituyendo así una galga extensométricas autocontenida. El espesor del sensor determina el intervalo de medida del instrumento. El sensor con su puente Wheatstone incorporado forma parte del circuito de la figura 12.
Figura 12. Transductor de presión de silicio difundido
Cuando no hay presión, las tensiones El y E2 son iguales y, al aplicar la presión del proceso Rb y Rc, disminuyen su resistencia y Ra y Rd la aumentan dando lugar a caídas de tensión distintas y a una diferencia entre El y E2.
Esta diferencia se aplica a un amplificador diferencial de alta ganancia que controla un regulador de corriente variable. Un margen de corriente continua de 3 a 19 mA con 1 mA del puente produce una señal de salida de 4 a 20 mA c.c. Esta corriente circula a través de la resistencia de realimentación Rfb y produce una caída de tensión que equilibra el puente. Como esta caída es proporcional a Rfb esta resistencia fija el intervalo de medida (span) del transductor. El cero del instrumento se varía intercalando resistencias fijas en el brazo izquierdo del puente (cero basto) y un potenciómetro en el brazo derecho (cero fino).
La adición de un microprocesador permite añadir <
El intervalo de medida de los transductores de silicio difundido varía de 0-2 a 0-600 bar, con una precisión del orden de ± 0,2 %.
Las galgas extensométricas pueden alimentarse con c.c. o c.a. Tienen una respuesta frecuencial excelente y pueden utilizarse en medidas estáticas y dinámicas. Presentan una compensación de temperatura relativamente fácil y generalmente no son influidas por campos magnéticos. Con excepción de las galgas de silicio difundido poseen las siguientes desventajas: señal de salida débil, pequeño movimiento de la galga, alta sensibilidad a vibraciones y estabilidad dudosa a lo largo del tiempo de funcionamiento. La galga de silicio difundido tiene la ventaja adicional de estar en contacto directo con el proceso sin mecanismos intermedios de medición de la presión pudiendo así trabajar correctamente aunque el fluido se deposite parcialmente sobre el diafragma del elemento ya que mide directamente la presión del fluido y no la fuerza que éste hace sobre el diafragma.
Transductores piezoeléctricos
Los elementos piezoeléctricos figura 13 son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, generan una señal eléctrica. Dos materiales típicos en los transductores piezoeléctricos son el cuarzo y el titanato de bario, capaces de soportar temperaturas del orden de 150° C en servicio continuo y de 230° C en servicio intermitente.
Figura 13. Transductor piezoeléctrico.
Son elementos ligeros, de pequeño tamaño y de construcción robusta. Su señal de respuesta a una variación de presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas, al ser capaces de respuestas frecuenciales de hasta un millón de ciclos por segundo. Tienen la desventaja de ser sensibles a los cambios en la temperatura y de experimentar deriva en el cero y precisar ajuste de impedancias en caso de fuerte choque. Asimismo, su señal de salida es relativamente débil por lo que precisan de amplificadores y acondicionadores de señal que pueden introducir errores en la medición.
En el tabla 3 pueden verse las características de los elementos electromecánicos descritos.
Elementos Electrónicos de Vacio
Los transductores electrónicos de vacio se emplean para la medida de alto vacío, son muy sensibles y se clasifican en los siguientes tipos:
Ø Mecánicos Fuelle y ionización Filamento caliente
Ø Diafragma Cátodo frío
Ø Radiación
Ø Medidor McLeod -
Ø Térmicos Termopar
Ø Pirani
Ø Bimetal
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Se monta el circuito indicado en la siguiente figura.
Figura 14. Circuito a montar
2. Se abre el regulador del banco de prueba al máximo colocando la presión de entrada en 1 bar, para esto se abre el regulador del filtro ubicado a la salida del compresor en 1Kfg/cm2.
3. Se quita la cubierta de la carcaza y se abre el compartimiento de las teclas del transmisor.
4. Conecte el transmisor a la fuente (figura 15). Coloque la salida de la fuente a 24V dc. El alcance del trasmisor es de 16 a 1600 mbar.
Figura 15. Circuito de alimentación
5. En el interior del transmisor se encontrará una pantalla de cristal líquido y el botón CIS (blanco). En el compartimiento de teclado se encuentra la tecla de modo (M) y las teclas de selección ( ).
6. Para medir presión diferencial se utiliza el siguiente procedimiento:
a) Colocar la presión en un bar (mueva el regulador de presión).
b) Usando la tecla M seleccione el modo 02, coloque la corriente de salida en 4mA presionando simultáneamente las teclas ( ) hasta que aparezca en la pantalla ese valor. Presione luego CIS. En la LCD se mostrará el valor.
c) Coloque el manómetro patrón en 0.2 bar y usando la tecla M seleccione el modo 03.
d) Coloque la corriente de salida en 20 mA, presionando simultáneamente las teclas ( ) hasta que aparezca ese valor. Presione luego el CIS. En la LCD se mostrará el valor.
e) Incremente en 0.2 bar el valor del manómetro patrón hasta llegar a 1 bar, y tome el valor del manómetro patrón, de lo registrado por el LCD, y el voltaje en la resistencia de salida. Para esto haga un cuadro con los siguientes valores: P1, P2, P12, I0, I1. Donde es la presión de suministro (1 bar), es la presión de aguas abajo medida por el manómetro patrón, es la diferencia en La primera y la ultima, es la corriente de salida proporcional (mA) a indicada por el LCD, es la corriente que genera el transmisor y que se mide en la resistencia (también dada en mA).
7. Para medir presión diferencial en medición de flujo se utiliza el siguiente procedimiento:
a) Coloque la presión en 0.2 bar (mueva el regulador de presión).
b) Usando la tecla M seleccione el modo 11. con las teclas de flecha seleccione la característica “SrLn”, la cual significa que al iniciar la curva, la misma es lineal, y en un determinado punto comienza la característica de la raíz cuadrada. Presione el CIS.
c) Usando la tecla M seleccione el modo 12. con las flechas seleccione el 15%. Presione el CIS.
d) Usando la tecla M seleccione el modo 02, coloque la corriente de salida en 4 mA presionado simultáneamente las teclas ( ) hasta que aparezca ese valor. Presione luego el CIS. En la LCD se mostrará el valor de la corriente mínima que sea aproximadamente 4mA.
e) Coloque el manómetro patrón en 1 bar usando la tecla M seleccione el modo 03.
f) Coloque la corriente de salida en 20 mA, presionando simultáneamente las teclas ( ) hasta que aparezca ese valor. Presione luego el CIS. En la LCD se mostrará el valor el valor máximo de corriente que será aproximadamente 20mA.
g) Incremente en 0.2 bar el valor del manómetro patrón hasta llegar a 1 bar, y tome el valor del manómetro patrón, de lo registrado por el LCD, y el voltaje en la resistencia de salida. Para esto haga un cuadro con los siguientes valores: . Donde es la presión de suministro (1 bar), es la presión de aguas abajo medida por el manómetro patrón, es la diferencia en La primera y la ultima, es la corriente de salida proporcional (mA) a indicada por el LCD, es la corriente que genera el transmisor y que se mide en la resistencia (también dada en mA).
h) Usando la tecla M seleccione el modo 11. Con las teclas de flecha seleccione la característica “Ln”, lo cual significa que la relación es lineal. Presione el CIS.
RESULTADOS
Mediciones directas
Sin calibrar:
Diferencial
Calibrado
CALCULOS REALIZADOS
Corriente Experimental:
Errores
Para poder obtener los errores de cada corriente se debio tomar 5 mediciones como minimo para poder comparar y así obtener los errores de linealidad, cero y ganancia. Esta vez no se podra calcular porque solo se tomo un valor por cada medida.
Errores entre I experimetal e I medida
Error de Linealidad:
La grafica muestra el error de linealidad entre los dos valores de las corrientes:
Grafica de P12 Vs Io:
Parte II
Grafica de P12 Vs Io
Grafica que representa el error de linealidad en este sistema 
Los errores de la corriente experimental tampoco se pudieron realizar porque era necesario tener mas de una medida.
ANALISIS DE RESULTADOS
Aunque no se tomaron varios datos sobre una misma variable cabe destacar que los errores non fueron tan grandes, dando así una clara relación que tiene el transmisor al ser preciso.
CONCLUSION
Bajo este sentido, también es importante conocer que tipo de elementos o bien dispositivos se tienen para así poder controlar variables, tales como el desplazamiento, la presión, la temperatura, el potencial de hidrógeno, la velocidad, el peso, el flujo, entre otros.
Los dispositivos usados para le medición de variables ahorran trabajo y proporcionan exactitud en el proceso de algún proceso o producto.
El control de los procesos, el nivel de líquidos y sólidos contenidos en tanques y reactores, tolvas, etc., es una variable importante en la industria en general. Los dispositivos para la medida del nivel son muy variados, por ejemplos los Ultrasónicos y los nucleares son dispositivos muy complejos en la industria.
Para el estudio de la automatización de un proceso interesa el conocimiento de las relaciones existentes entre las variables de entrada y salida, normalmente en diversos procesos industriales es necesario controlar el peso de los materiales que se han de transformar, o ajustar la magnitud de las fuerzas actuantes.
Aprendimos que para la medición de las fuerzas, se da lugar a los transmisores que conviertan estas magnitudes en otras más fáciles de medir. La medición de las variables mencionadas con anterioridad debe hacerse con instrumento de medición directa, o bien se utilizan los llamados transductores, que son elementos que cambian la variable a otra para facilitar la medición, en este caso no existe alguna modificación del valor de la misma, ya que son equivalentes, el cambio sólo se realiza por la facilidad de la medición de dicha variable.
En la industria se debe manejar el concepto de transmisor el cual es un instrumento que capta la variable en proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador o ntrolador; pero en realidades eso y mucho más, la función primordial en la industria de la instrumentación y automatización, para el análisis de prueba en la calidad del instrumento.
El transmisor puede ser instalado arriba o abajo del punto de presión a intervenir. Cuando se miden gases, se recomienda que el transmisor se instale arriba del punto de intersección de presión y la tubería de presión y deben colocarse de manera que el gas baje a la válvula de presión. Esto permitirá que la condensación en la tubería se drene cuando este este apagado y no afecte la medida.
Los puntos de instalación deberían ser de fácil acceso, preferiblemente cerrado para el punto de medida y libre de vibraciones.
El transmisor debe ser protegido de fuentes directas de calor. Antes de instalar el transmisor, compare los datos del proceso contra los datos o valores del sitio. Mantener la transmisión cerrada durante la instalación del proceso.
Monitorizar los gases peligrosos para la calidad del aire, seguridad o control de procesos es una tarea compleja. Al contrario que con otros parámetros, en los que las medidas son directas como voltaje, temperatura, humedad, etc., la medida de gases es mas complicada.
Existen cientos de gases diferentes y se encuentran en diferentes proporciones. Cada aplicación tiene unos requerimientos únicos.
La mayor parte de los sensores no son específicos para un determinado gas sino que son sensitivos es un grupo o familia de gases. Para seleccionar un sensor o un sistema de detección de gases y conseguir el resultado óptimo se debe conocer los sensores disponibles y sus características de respuesta a varios gases.
REFERENCIAS
http://www.interzona.org/transmisor/sobre.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Transmisor
http://library.abb.com/GLOBAL/SCOT/SCOT211.nsf/
1 comentario:
hola muy interesante pero un poquito largo cortele se lo aconsejo
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