Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Dinámica y Control de Procesos

Tarea 1

Integrantes del Equipo:

Cruz Galindo Hugo Morteo Rodríguez Francisco

Serrano Vázquez Moisés Villegas Ornelas Francisco

Grupo: 1

Profesor: Carlos Álvarez Maciel.

Fecha de entrega: 20 / 08 / 2015

MEDIDORES DE FLUJO

MEDIDOR TIPO VORTEX

Principio:

Cuando una corriente se encuentra con una obstrucción, se separa y se mueve alrededor del objeto que impide su paso. En el punto de contacto se forman remolinos y/ó vórtices. Esto crea un incremento en la presión local y una disminución en la velocidad por un lado, y una disminución en la presión e incremento en la velocidad por el otro. Una vez que el remolino se ha creado en un lado, se traslada al otro lado. La frecuencia de esta alternancia es proporcional a la velocidad. Esta proporcionalidad está definida como el número de Srouhal.

En donde, St= número de Strouhal , f= Frecuencia,v= Velocidad ,d=strut

La frecuencia con la cual se generan los vórtices, puede ser medida con sensores.

ROTÁMETRO

El rotámetro consiste en un tubo y un flotador. La respuesta del flotador a los cambios de caudal es lineal.

Principio: La operación del rotámetro se basa en el principio de área variable: El flujo de fluido eleva el flotador en un tubo ahusado, lo que aumenta el área para el paso del fluido. Cuanto mayor es el flujo, más alto se eleva el flotador. La altura del flotador es directamente proporcional al caudal. Con líquidos, el flotador se eleva por una combinación de la flotabilidad del líquido y la altura

equivalente de velocidad del fluido. Con los gases, la flotabilidad es despreciable, y el flotador responde solo a la altura equivalente de velocidad.El flotador se mueve hacia arriba o hacia abajo en el tubo en proporción al caudal de fluido y el área anular entre el flotador y la pared del tubo. El flotador alcanza una posición estable en el tubo cuando la fuerza ascensional que ejerce el fluido en movimiento es igual a la fuerza gravitatoria hacia abajo que ejerce el peso del flotador. Un cambio en el caudal afecta este equilibrio de fuerzas. El flotador luego se mueve hacia arriba o hacia abajo, y cambia el área anular hasta que nuevamente alcanza una posición en la que las fuerzas están en equilibrio. Para satisfacer la ecuación de fuerzas, el flotador del rotámetro supone una posición distinta para cada caudal constante. Sin embargo, es importante señalar que debido a que la posición del flotador depende de la gravedad, los rotámetros deben estar orientados y montados verticalmente.

MEDIDORES DE VELOCIDAD

Los medidores de velocidad utilizan un elemento primario consistente en álabes, copas o aspas que giran dentro de las tuberías a presión o en los canales a superficie libre debido a la acción del flujo que pasa por estos conductos en dirección axial.

Principio: La medición del caudal en este tipo de aparatos se logra con base en la proporcionalidad que existe entre el número de revoluciones o vueltas que dan las aspas del dispositivo, y la velocidad del agua que es transportada a través del conducto. Medidores que están dentro de esta clasificación son los de tipo moliente, turbina

Medidor tipo molineteEste tipo de medidor aprovecha la energía mecánica del fluido para hacer girar una rueda. Los movimientos de la rueda son detectados por un sensor. Este tipo de medidores no son recomendados para medir fluidos que carecen de propiedades lubricantes, además de tener el inconveniente que son ara velocidades de fluido altas.

Medidor tipo turbinaEste medidor es una variante de los medidores de velocidad en el que el elemento sensor de la velocidad del agua se conforma por una rueda en forma de turbina y funciona con el mismo principio que los medidores de molinete, donde se relaciona el empuje del agua con el número de vueltas que da esta rueda.

Medidores ultrasónicosPrincipio: Estos medidores usan las ondas del sonido para determinar la velocidad del fluido. A condiciones de ausencia de flujo, la frecuencia de las ondas trasmitidas así como sus reflexiones son las mismas. Bajo condiciones de flujo, la frecuencia de las reflexiones es distinta debido al efecto Doppler. Cuando el fluido va rápido la relación es lineal.

MEDIDOR DE FLUJO DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO (PD)

Realizan la medición pasando un volumen exacto de fluido con cada revolución. Los medidores PD son instrumentos de precisión cuyos componentes móviles internos están bloqueados en tándem con el volumen de fluido que se mueve a

través del dispositivo. El resultado es que se puede medir flujos intermitentes, caudales muy bajos y líquidos de casi cualquier viscosidad. El medidor PD se mueve instantáneamente cuando hay movimiento de fluido, y se detiene de inmediato cuando se detiene el fluido. Este tipo de medición no se ve afectado por la viscosidad o densidad del líquido, ni la turbulencia en la tubería. Todos los fluidos incompresibles ocuparán el mismo volumen, y no es necesario corregir la salida del medidor para compensar estos factores.

Existen muchos tipos de Medidores con desplazamiento positivo, por ejemplo de pistón alternativo, de pistón oscilante o giratorio, con dos rotores (engranajes rectos, engranajes ovales, engranajes helicoidales, paletas rotativas), y de disco nutante (placa con balanceo).

PRESIÓN DIFERENCIAL

Principio: Se sabe que cualquier restricción de fluido produce una caída de presión después de esta, lo cual crea una diferencia de presión antes y después de la restricción. Esta diferencia de presión tiene relación con la velocidad del fluido y se puede determinar aplicando el Teorema de Bernoulli, y si se sabe la velocidad del fluido y el área por donde está pasando se puede determinar el caudal.La ecuación de Bernoulli es una de la más útiles y famosas en la mecánica de fluidos y su principio físico es utilizado para medir el caudal. El teorema de Bernoulli eestablece que la energía mecánica de un fluido, medida por energía potencial gravitacional, la cinética y la de la presión es constante.

Medidor de orificio El registrador de flujo del tipo diferencial, comúnmente denominado medidor de orificio, es un dispositivo que registra la presión de flujo antes y después de una restricción del diámetro, ocasionada intencionalmente a la tubería por la cual circula un fluido. El principio de operación del medidor de orificio está basado en la relación que existe entre la velocidad de flujo y la caída de presión, es decir; “La pérdida de presión causada por restricción del diámetro es proporcional al cuadrado de la

velocidad de flujo”. La restricción conocida como elemento primario de medición, hace que el fluido se contraiga y una vez que el flujo permanece constante, la velocidad de éste disminuye al mismo tiempo, según la Ley de la conservación de la energía (Teorema de Bernoulli), la diferencia entre las presiones antes y después de la restricción, llamada “diferencial”, representa un índice de la velocidad de flujo.

Para determinar el caudal del fluido, se multiplica el índice de velocidad por el área de la restricción, dando como resultado la ecuación básica para flujo:

En donde: q, caudal de flujo C, coeficiente de descarga A, área de la restricción v, velocidad del fluido

Medidor tipo tubo de VenturiEl medidor Venturi es uno de los dispositivos más precisos para medir el gasto en tuberías y tiene la desventaja de tener un costo elevado. Causa una muy baja pérdida de carga y, con las precauciones debidas, se puede usar para líquidos con deteminadas concentraciones de sólidos.

Medidor tipo tubo de PitotEl tubo Pitot tiene sección circular y generalmente doblado en L. Consiste en un tubo de pequeño diámetro con una abertura delantera, que se dispone contra una corriente o flujo de forma que su eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo.

Realizando un balance de energía, (Ecuación de Bernoulli) la presión de estancamiento se describe con la siguiente ecuación:

MEDIDORES MAGNÉTICOS

Principio: Los medidores de flujo del tipo de tensión inducida (magnéticos) se fundamentan en la ley de Faraday la cual establece que la tensión inducida en un conductor que se mueve perpendicularmente a un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor.Un líquido eléctricamente conductor fluye en una tubería de material no magnético entre los polos de un electroimán dispuesto perpendicularmente a la dirección del flujo. La interacción entre el fluido y el campo magnético genera una fuerza electromotriz en dos electrodos ubicados a ras de la tubería, diametralmente opuestos y haciendo contacto con el fluido. Esta fuerza electromotriz es proporcional a la velocidad del fluido.La relación entre la velocidad del fluido y la fuerza electromotriz generada viene dada por:

Donde:e = tensión generada en el conductor K = constanteB = intensidad del campo magnéticoD = distancia entre los electrodos (diámetro interno de la tubería)v = velocidad del fluido

MEDIDORES TÉRMICOSSe basan en el principio que establece que un cuerpo se calienta al pasar cerca de otro cuerpo a mayor temperatura. El sistema consiste en un manta de calentamiento aplicada en la parte exterior de la tubería que proporciona calor constante, y dos termocuplas conectadas aguas arriba y aguas abajo de dicha manta; cuando el caudal sea bajo, la transferencia de calor será más efectiva.

MEDIDORES DE PRESIÓN

Presión

La presión se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de área. En ingeniería, el término presión se

restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de área de la superficie que lo encierra. De esta

manera, la presión (P) de una fuerza (F) distribuida sobre un área (A), se define como:

Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir presión. Entre estas se tienen:

Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un

proceso.

Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor

máximo dado por las especificaciones del diseño.

En aplicaciones de medición de nivel.

En aplicaciones de medición de flujo.

En el sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de presión es el Pascal (Pa), que se define como la fuerza

ejercida por un Newton (N) sobre un área de un metro cuadrado (m2). O sea, Pa = N/m2. Esta es una unidad de presión

muy pequeña, pero el kilo pascal (KPa), 1.000 Pa, permite expresar fácilmente los rangos de presión comúnmente más

usados en la industria petrolera. Otras de las unidades utilizadas son el Kilogramo por centímetro cuadrado (Kg./cm 2);

libras por pulgada cuadrada (Psi); bar, y otros.

En la tabla 1 se presentan los factores de conversión entre las unidades de presión más comunes.

Tabla 1. Factores de conversión para unidades de presión.

En estas páginas se estudiarán los principales métodos o principios mecánicos y electromecánicos utilizados en la

medición de presión. También se hará una breve descripción sobre interruptores y transmisores de presión.

Instrumentos para medición de la presión

1. Instrumentos mecánicos

Los instrumentos mecánicos utilizados para medir presión cuyas características se resumen en la tabla 2, pueden

clasificarse en:

Columnas de Líquido:

Manómetro de Presión Absoluta.

Manómetro de Tubo en U.

Manómetro de Pozo.

Manómetro de Tubo Inclinado.

Manómetro Tipo Campana.

Instrumentos Elásticos:

Tubos Bourdon.

Fuelles.

Diafragmas.

b. Instrumentos electromecánicos y electrónicos

Los instrumentos electromecánicos y electrónicos utilizados para medir presión pueden clasificarse en:

Medidores de Esfuerzo (Strain Gages)

Transductores de Presión Resistivos

Transductores de Presión Capacitivos

Transductores de Presión Magnéticos

Transductores de Presión Piezoeléctricos

Tabla 2. Principales características de los instrumentos para medir presión.

Los medidores de presión son instrumentos de precisión fabricados para medir la presión sanguínea, la presión de

líquidos y gases en tuberías o tanques de almacenamiento y la presión atmosférica, a grandes rasgos, teniendo para

cada uso diversos equipos disponibles de acuerdo a las necesidades.

Dependiendo de las aplicaciones de los medidores de presión, son las unidades disponibles para sus resultados, además

de que algunos reciben nombres diferentes dependiendo también del tipo de presión que van a medir.

Manómetro de tubo de bourdon

Este medidor de presión tiene una amplia variedad de aplicaciones para realizar mediciones de presión estática; es

barato, consistente y se fabrica en diámetros de 2 pulgadas (50 mm) en caratula y tienen una exactitud de hasta 0.1% de

la lectura a escala plena; con frecuencia se emplea en el laboratorio como un patrón secundario de presión.

Un manómetro con tubo bourbon en los que la sección transversal del tubo es elíptico o rectangular y en forma de C.

Cuando se aplica presión interna al tubo, este se reflexiona elástica y proporcionalmente a la presión y esa deformación

se transmite a la cremallera y de esta al piñón que hace girar a la aguja indicadora a través de su eje. Las escalas,

exactitudes y modelos difieren de acuerdo con el diseño y aplicación, con lo que se busca un ajuste que de linealidad

optima e histéresis mínima.

Ancho de las líneas de graduación. Tabla de referencia.

Escalas para medidores de presión. Unidad kgf/cm3 (Mpa)

Manómetro de tubo abierto

Un aparato muy común para medir la presión manométrica es el manómetro de tubo abierto. El manómetro consiste en

un tubo en forma de U que contiene un líquido, que generalmente es mercurio. Cuando ambos extremos del tubo están

abiertos, el mercurio busca su propio nivel ya que se ejerce una atmósfera de presión sobre cada uno de ellos. Cuando

uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el mercurio se eleva hasta que la presiones se igualan.

La diferencia entre los dos niveles de mercurio es una medida de presión manométrica: la diferencia entre la presión

absoluta en la cámara y la presión atmosférica en el extremo abierto. El manómetro se usa con tanta frecuencia en

situaciones de laboratorio que la presión atmosférica y otras presiones se expresan a menudo en centímetros de

mercurio o pulgadas de mercurio.

Barómetros

La presión, por definición, es la fuerza aplicada por unidad de superficie, dando cabida a una gran gama de acciones y

eventos donde se ejerce y es necesario el uso e medidores de presión para evaluar su magnitud.

Los medidores de presión más conocidos son los barómetros, ya que son utilizados para medir la presión atmosférica

como un indicador de los cambios climáticos en cualquier región. Lo que realmente hacen estos barómetros es medir

cual es la presión ejercida por el peso de la atmosfera por unidad de superficie, dependiendo del sistema de medición

que se utilice. Las diferentes dimensiones utilizadas para la presión atmosférica comprenden los kilogramos por

centímetro cuadrado, libras por pulgada cuadrada, milímetros de mercurio y atmósferas, entre otros.

Barómetro de mercurio

Un barómetro de mercurio ordinario está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el

extremo superior y abierto por el inferior. Cuando el tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un

recipiente lleno del mismo líquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel del

recipiente y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo. Las variaciones de la presión atmosférica hacen

que el líquido del tubo suba o baje ligeramente; al nivel del mar no suele caer por debajo de los 737 mm ni subir más de

775 mm. Cuando el nivel de mercurio se lee con una escala graduada denominada nonius y se efectúan las correcciones

oportunas según la altitud y la latitud (debido al cambio de la gravedad efectiva), la temperatura (debido a la dilatación o

contracción del mercurio) y el diámetro del tubo (por los efectos de capilaridad), la lectura de un barómetro de mercurio

puede tener una precisión de hasta 0,1 milímetros.

Barómetro Aneroide

Un barómetro más cómodo (y casi tan preciso) es el llamado barómetro aneroide, en el que la presión atmosférica

deforma la pared elástica de un cilindro en el que se ha hecho un vacío parcial, lo que a su vez mueve una aguja. A

menudo se emplean como altímetros (instrumentos para medir la altitud) barómetros aneroides de características

adecuadas, ya que la presión disminuye rápidamente al aumentar la altitud. Para predecir el tiempo es imprescindible

averiguar el tamaño, forma y movimiento de las masas de aire continentales; esto puede lograrse realizando

observaciones barométricas simultáneas en una serie de puntos distintos. El barómetro es la base de todos los

pronósticos meteorológicos.

MEDIDORES DE NIVEL

Nivel es una importante variable de proceso medida en la industria. Es usado para tener la información de cuanto producto está almacenado en determinado recipiente, también es usado para la seguridad de las plantas. Por esto, la mayoría de las empresas emplean gran cantidad de dinero y esfuerzo para asegurar que el nivel sea medido y controlado exactamente.

Fig1. Medidores de nivel líquido.

Fig2. Medidores de nivel sólido.

Medidores de Nivel de Líquidos

Los medidores de nivel de líquidos trabajan midiendo, bien directamente la altura de líquido sobre una línea de referencia, bien la presión hidrostática, bien el desplazamiento producido en un flotador por el propio líquido contenido en el tanque del proceso, o bien aprovechando características eléctricas del líquido.

Los instrumentos de medida directa se dividen en:Medidor de sondaMedidor de cinta y plomadaMedidor de nivel de cristalMedidor de flotador.

Los aparatos que miden el nivel aprovechando la presión hidrostática se dividen en:Medidor manométricoMedidor de membranaMedidor de tipo burbujeoMedidor de presión diferencial de diafragma

Los instrumentos que utilizan características eléctricas del líquido se clasifican en:Medidor conductivoMedidor capacitivoMedidor ultrasónicoMedidor de radiaciónMedidor láser

Medidor de sonda:Consiste en una varilla o regla graduada, de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación del nivel se efectúa por la lectura directa de la longitud mojada por el líquido. En el momento de la lectura el estanque debe estar abierto a presión atmosférica. Se utiliza generalmente en estanques de gasolina.Otro medidor consiste en una varilla graduada, con un gancho que se sumerge en el seno del líquido y se levanta después hasta que el gancho rompe la superficie del líquido. La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del estanque representa indirectamente el nivel. Se emplea en estanques de agua a presión atmosférica.

Medidor de cinta y plomada.

Este sistema es parecido a los anteriores, consta de una cinta graduada y un plomo en la punta. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso al fondo del estanque.

Medidor de cristal

Consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectador a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al estanque generalmente mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una de purga.El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.

Medidor de flotador

Consiste en un flotador ubicado en el seno del líquido y conectado al exterior del estanque indicando directamente el nivel sobre una escala graduada. Es el modelo más antiguo y el más utilizado en estanques de gran capacidad tales como los de petróleo y gasolina. Tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el flotador debe mantenerse limpio.

.Medidor manométrico

Consiste en un manómetro conectado directamente a la inferior del estanque. El manómetro mide la presión debida a la altura de líquido h que existe entre el nivel del estanque y el eje del instrumento. Así pues, el rango de medida del instrumento corresponderá a:

Medidor de membrana

Utiliza una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor.La fuerza ejercida por la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido. El instrumento es delicado ya que cualquier pequeña fuga del aire contenido en el diafragma destruiría la calibración del instrumento.

Medidor de tipo burbujeo

Mediante un regulador de caudal se hace pasar por un tubo (sumergido en el deposito hasta el nivel mínimo), un pequeño caudal de aire o gas inerte hasta producir una corriente continua de burbujas. La presión requerida para producir el flujo continuo de burbujas es una medida de la columna de líquido. Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos corrosivos con materiales en suspensión (el fluido no penetra en el medidor, ni en la tubería de conexión).

Medidor de nivel capacitivo

Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del estanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de las conexiones superiores. En fluidos conductores el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y delgas.La precisión de los transductores de capacidad es de ± 1 %. Se caracterizan por no tener partes móviles, son ligeros, presentan una buena resistencia a la corrosión y son de fácil limpieza. Su campo de medida es prácticamente ilimitado. Tiene el inconveniente de que la temperatura puede afectar las constantes dieléctricas (0,1 % de aumento de la constante dieléctrica / °C) y de que los posibles contaminantes contenidos en el líquido puedan adherirse al electrodo variando su capacidad y falseando la lectura, en particular en el caso de líquidos conductores.

Medidor de nivel ultrasónico

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 estanque. Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del sólido o del líquido.La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3 %. Son adecuados para todos los tipos de estanques y de líquidos o fangos pudiendo construirse a prueba de explosión. Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos y de dar señales erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida como es el caso de un líquido que forme espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos.

La utilización de la computadora permite, a través de un programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisión de la medida.

MEDIDORES DE TEMPERATURA

TERMOPARES

Un termopar es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje, que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. El termopar fue descubierto por Thomas Seebeck en 1831. Él descubrió que una corriente eléctrica fluía en un circuito cerrado de dos metales distintos cuando una de las uniones era calentada. La magnitud y dirección de la corriente son función de la diferencia de temperatura de las uniones y de las propiedades térmicas de los metales usados en el circuito.

A este fenómeno se le conoce como efecto Seebeck. Si abrimos este circuito, obtenemos una diferencia de potencial pequeña, la cual es directamente proporcional a la temperatura de la unión y a la composición de los dos metales. Medición. La diferencia de potencial (ddp) no puede ser medida directamente con un voltímetro debido a que la unión del termopar con el voltímetro crea un nuevo circuito termoeléctrico. En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener. Vamos a suponer por ejemplo, que conectamos un voltímetro a un termopar tipo T (Cobre – Constantan) para conocer su ddp.

TIPOS DE TERMOPARES

Tipo K

(Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200º C a +1.372º C y una sensibilidad 41µV/° C aprox. Posee buena resistencia a la oxidación.

Tipo E

(Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/° C. Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de

termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760º C ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un rango de -40º C a +750º C y una sensibilidad de ~52 µV/° C. Es afectado por la corrosión.

Tipo N

(Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.

Tipo T

(cobre Vs. cobre-níquel) mide temperaturas entre -250 a 400°C Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/° C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300º C).

Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800º C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0º C y 42º C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando su uso a temperaturas por encima de 50º C.

Tipo R

(Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300º C. Su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio quitan su atractivo.

Tipo S

(Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300º C, pero su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43° C). Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar

CODIGO DE COLORES

PIROMETROS DE RADIACION

Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termómetros de mercurio. Este término abarca a los pirómetros ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos. Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan - Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, por encima de 1600 °C mientras que los pirómetros ópticos se fundan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 °C en la Escala Internacional de Temperaturas.

Las medidas pirométricas, exactas y cómodas, se amplían cada vez más, incluso para temperaturas relativamente bajas (del orden de 800 °C).

Desde el punto de vista de la medición de temperaturas industriales, las longitudes de onda térmicas abarcan desde las 0.1 micras para las radiaciones ultravioletas, hasta las 12 micras para las radiaciones infrarrojas. La radiación visible ocupa un intervalo entre la longitud de onda de 0.45 micras para el valor violeta, hasta las 0.70 micras para el rojo.

ESTRUCTURA DE LOS PIRÓMETROS DE RADIACIÓN

Los pirómetros de radiación para uso industrial, fueron introducidos hacia 1902 y desde entonces se han construido de diversas formas. El medio de enfocar la radiación que le llega puede ser una lente o un espejo cóncavo; el instrumento suele ser de "foco fijo" o ajustable en el foco, y el elemento sensible puede ser un simple par termoeléctrico en aire o en bulbo de vacío o una pila termoeléctrica de unión múltiple en aire. La fuerza electromotriz se mide con un milivoltímetro o con un potenciómetro, con carácter indicador, indicador y registrador o indicador, registrador y regulador.

El espejo cóncavo es a veces preferido como medio para enfocar por dos razones:

• La imagen de la fuente se enfoca igualmente bien en el receptor para todas las longitudes de onda, puesto que el

espejo no produce aberración cromática, en tanto que la lente puede dar una imagen neta para una sola longitud de onda.

• Las lentes de vidrio o de sílice vítrea absorben completamente una parte considerable de la radiación de largas longitudes de onda. La radiación reflejada por el espejo difiere poco en longitud de onda media de la que en él incide.

TIPO ESPEJO

En la FIGURA siguiente se presenta esquemáticamente los rangos ópticos de un pirómetro de radiación moderno del tipo de espejo. La radiación entra, desde una fuente, a través de una ventana A de sílice vítrea, es reflejada por el espejo esférico B y llevada a un foco sobre el diafragma J, en el centro del cual hay una abertura C.

La radiación que pasa a través de C es reflejada por el espejo esférico D hacia el receptor E, donde se forma una imagen de C. La superficie de J se blanquea ligeramente con óxido de magnesio para que refleje difusamente suficiente luz que haga visible la imagen de la fuente cuando se mira a través de una lente H colocada detrás de B. El instrumento es orientado por el observador de manera que la imagen de la porción de la fuente que ha de ser mirada, cubra la abertura C. Dado que B no produce ninguna aberración cromática y muy poca aberración esférica, la imagen de la fuente, colocada a la distancia para la cual está enfocado el espejo, es muy neta y puede hacerse que una porción muy definida de la imagen cubra C.

La relación de la distancia de la fuente al diámetro requerido por la fuente (factor distancia) es aproximadamente de 24 a 1 para distancias mayores de 24 pulgadas. En 24 pulgadas, el diámetro de la fuente debe ser por lo menos de 1 pulgada; en 48 pulgadas, de 2 pulgadas, etc.

Para distancias más cortas de la fuente, el factor distancia es más largo.

Para distancias mayores de 20 pulgadas, el instrumento puede emplearse como de "foco universal" si está debidamente enfocado y graduado para una distancia de 24 pulgadas.

Un obturador F ajustable delante de la ventana A sirve para regular el tamaño de la abertura que deja osar la radiación de manera que la fuerza electromotriz utilizada de la pila termoeléctrica se ajuste estrechamente a una temperatura de la tabla de temperaturas y f.e.m.

Diafragmas de entrada fijos proporcionan el ajuste del intervalo del pirómetro en anchos límites. El extremo superior del intervalo puede ser de 1000 a 1800 C, e incluso superior a 1800 C, si se necesita, para un máximo de f.e.m. de 20 milivoltios.La escala no es lineal y sigue aproximadamente la ley de la cuarta potencia en la relación entre la temperatura y la f.e.m.Dado que el extremo inferior de la escala está comprimido, una f.e.m. menor de 1 milivoltio en una amplitud de 20 milivoltios no es útil en la medida de temperaturas. La escala que termina en 1000 C comienza en 450 C y la que termina en 1800 C comienza en 825 C.

En la mitad superior de la amplitud se descubren fácilmente cambios de temperatura de la fuente del orden de 0.1 % del valor medido.

El tiempo requerido para conseguir el equilibrio después de un cambio grande y rápido de temperatura de la fuente depende de la capacidad calorífica del receptor y de la rapidez con la que disipa el calor. Este tiempo de respuesta en el instrumento que hemos descrito es de 1 a 10 segundos, según el tamaño del receptor.

El pirómetro de radiación se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los casos siguientes:

• Donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno.• Para la medida de temperaturas de superficies.• Para medir temperaturas de objetos que se muevan.• Para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoeléctricos formados por metales comunes.• Donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente.• Cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.

Termómetro de gas.

El termómetro de gas de volumen constante pertenece a la categoría de termómetros llenos de gas y es el más exacto de este tipo. Para usos industriales, un termómetro por presión de gas consta de un elemento que mide la presión, como el tubo Bourdon conectado por un tubo capilar a una ampolla que se expone a la temperatura que se ha de medir. El sistema se llena, a presión, con un gas inerte, ordinariamente el nitrógeno. Como el gas del elemento medidor y del tubo de conexión no está a la temperatura del bulbo, el volumen de éste tiene que ser grande para que los errores introducidos por la diferencia de temperatura del elemento medidor de la presión y del tubo capilar resulten insignificantes. El bulbo debe tener por lo menos cuarenta veces el volumen del resto del sistema. Por ello, y a causa del retardo en la transmisión de los cambios de presión por el tubo capilar, la longitud de éste se limita a un máximo de 60 m, y es preferible mucho menos.

La presión inicial en el termómetro de gas es ordinariamente de 10 a 35 Kg/cm². Las dimensiones de la escala menores de 50 grados no son recomendadas. El tiempo de respuesta tiende a ser largo, en parte a causa de la necesidad de transmitir los cambios de presión por medio de un tubo de calibre fino y en parte a causa del gran volumen y escasa conductividad térmica del nitrógeno. Para el volumen suficiente, el bulbo tiene ordinariamente 22 mm. de diámetro, lo que da una respuesta lenta.

La temperatura es indicada por una aguja que se mueve sobre una escala graduada o se registra en un papel de gráficas sobre un cilindro por una pluma accionada por el elemento que mide la presión. La escala para los registradores rara vez es menor de 100 grados centesimales, pero en los aparatos indicadores el campo puede ser menor.

Los termómetros de gas a presión se emplean en temperaturas entre -450 °F. y + 1000 °F. (-268 °C. y + 538 °C.), lo cual queda parcial o enteramente fuera de los límites de los sistemas de vapor a presión y en aplicaciones en que la menor exactitud y el mayor tamaño del bulbo no exigen la elección de un termómetro de alto costo del tipo de expansión de líquido.

Termocupla.

Una termocupla es un sensor para medir temperatura. Consiste en dos cables de metales distintos, conectados en un extremo donde se produce un pequeño voltaje asociado a una temperatura. Ese voltaje es medido por un termómetro de tremocupla.

Las mediciones de temperatura que utilizan termocuplas o termopares se basan en el descubrimiento hecho por Seebeck en 1821. Este se puede resumir de la siguiente manera: una corriente fluye en un circuito contínuo de dos

alambres de distintos metales, si las conexiones o uniones se encuentran a temperaturas distintas. La corriente será proporcional a la diferencia de temperatura entre las dos uniones.

Lo anterior se puede representar según el siguiente esquema en que la sonda termoeléctrica acciona el galvanómetro (aparato para fuerzas electro motrices):

En la práctica, la soldadura de referencia permanece a temperatura ambiente, en general dentro del mismo instrumento. Como usualmente el galvanómetro está a apreciable distancia (entre 1 y 100 metros) de la soldaura caliente y sería muy costoso prolongar metales de la termocupla hasta esas distancias, se intercala entre la termocupla y el galvanómetro un cable llamado cable de compensación. Este es de una aleación especial que no forma termocupla con los metales ni con los bornes del instrumento, no alterando prácticamente las indicaciones del galvanómetro.

Lo anterior se puede representar según el siguiente esquema:

Si bien es cierto que cualquier par de metales forma una termocupla solo son algunos los que, por sus cualidades, relevantes, se usan en la práctica. Cada una de estas termocuplas ofrece curvas típicas de F.E.M. vs Temperatura. Para cada una de ellas se fabrican galvanómetros especiales, que generalmente están graduados directamente en grados de temperatura y más raramente en milivolts (mV). Las termocuplas tienen generalmente dimensiones de entre 20 y 100 cm. y van aisladas, por ejemplo, con cuentas de cerámica y protegidas por vainas cerámicas o metálicas. Los dos extremos libres de los alambres de la termocupla concluyen en una placa de cerámica con dos terminales donde se fijan y desde donde parte el cable compensado hasta el galvanómetro.

TERMÓMETRO DE RESISTENCIA.

Un termómetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia eléctrica de métales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura; tal es así que se puede utilizar esta propiedad para establecer el carácter del material como conductor, aislante o semiconductor.

El elemento consiste en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cerámica. El material que forma el conductor, se caracteriza por el "coeficiente de temperatura de resistencia" este se expresa en un cambio de resistencia en ohmios del conductor por grado de temperatura a una temperatura específica. Para casi todos los materiales, el coeficiente de temperatura es positivo, pero para otros muchos el coeficiente es esencialmente constante en grandes posiciones de su gama útil.

Características que deben poseer los materiales que forman el conductor de la resistencia

Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida será muy sensible.

Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada, mayor será la variación por grado; mayor sensibilidad.

Relación lineal resistencia-temperatura.

Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricación de estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda a fin de obtener tamaños pequeños (rapidez de respuesta).

Materiales usados normalmente en las sondas

A) PLATINO

Es el material más adecuado desde el punto de vista de precisión y estabilidad, pero presenta el inconveniente de su coste. En general la sonda de resistencia de Pt utilizada en la industria tiene una resistencia de 100 ohmios a 0ºC. por esta razón, y por las ventajosas propiedades físicas del Pt fue elegido este termómetro como patrón para la determinación de temperaturas entre los puntos fijos desde el punto del Oxigeno (-183ºC) hasta el punto de Sb (630'5).

B) NÍQUEL

Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada con una mayor variación por grado, el interés de este material lo presenta su sensibilidad; hay una falta de linealidad en su relación R - Tª. Efectivamente en el intervalo de temperatura de 0 a 100ºC, la resistencia de Niquel aumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un 38%. Sin embargo los problemas relativos a su oxidación u otro tipo de deterioro químico, limitan su utilización e incluso ponen en peligro la reproducibilidad de sus medidas. Otro problema añadido es la variación que experimenta su coeficiente de resistencia según los lotes fabricados.

C) COBRE

El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en el rango de temperatura cercano a la ambiente; es estable y barato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya que hace que las variaciones relativas de resistencia sean menores que las de cualquier otro metal. Por otra parte sus características químicas lo hacen inutilizable por encima de los 180ºC.

Termómetro de bulbo.

Es un tipo especial de higrómetro, conocido como psicrómetro, consiste en dos termómetros: uno mide la temperatura con el bulbo seco y el otro con el bulbo húmedo. Un dispositivo más reciente para medir la humedad se basa en el hecho de que ciertas sustancias experimentan cambios en su resistencia eléctrica en función de los cambios de humedad. Los instrumentos que hacen uso de este principio suelen usarse en la radiosonda o rawisonde, dispositivo empleado para el sondeo atmosférico a grandes altitudes.

Su bulbo relativamente grande en la parte mas baja del termómetro contiene la mayor cantidad del liquido el cual se expande cuando se caliente y sube por el tubo capilar en el cual esta grabada una escala apropiada con marcas, en la parte superior del tubo capilar se coloca en case de que el margen de temperatura del termómetro se exceda de manera inadvertida. los líquidos mas usados son el alcohol y el mercurio. El alcohol tiene la ventaja de poseer un coeficiente de expansión más alto que el del mercurio pero esta limitado a mediciones de baja temperatura debido a que tiende a

hervir a temperaturas altas. El mercurio no puede usarse debajo de su punto de congelación de -38.78°F (-37.8°C). El tamaño del capilar depende del tamaño del bulbo sensor, el líquido y los márgenes de temperatura deseados para los termómetros.Por lo general, los termómetros de mercurio en vidrio se aplican hasta 600°F (315°C); pero su alcance puede extenderse a 1000°F (338°C) llenando el espacio sobre el mercurio común gas como el nitrógeno. Esto aumenta la presión en el mercurio, eleva su punto de ebullición y permite; por lo tanto, el uso de termómetro a temperaturas mas altas.

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http://www.tecnoficio.com/docs/doc57.php

https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/metrologia-y-normalizacion/3-7-medidores-de-presion/

Instrumentación Industrial By ANTONIO CREUS SOLÉhttp://educaciones.cubaeduca.cu/medias/pdf/2452.pdf

http://materias.fi.uba.ar/7609/material/S0303MedicionNivel1.pdf

http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=5400