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ASOCIACION ARGENTINADE CONTROL AUTOMATICO
COMISION DE CURSOS
Curso Intensivo sobre: “Mediciones Industriales:
Presión – Nivel – Caudal – Temperatura”
3 de Mayo de 2002
Presión
Disertante: Ing. ZOLTAN BARKASZ
AADECA ASOCIACION ARGENTINA DE CONTROL AUTOMATICO CURSO SOBRE MEDICIONES INDUSTRIALES – 3 de Mayo de 2002
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Disertante: Ing. Zoltán Barkász
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Presión
Definiciones
y
Nociones Importantes
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1 - DEFINICIONES Y TERMINOLOGIA
• Se define como Presión la relación entre una Fuerza distribuida, y el Área sobre el cual se aplica dicha Fuerza
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1 - DEFINICIONES Y TERMINOLOGIA
Unidad de presión:
La Unidad de Presión es una unidad derivada en el Sistema Internacional. Es una unidad derivada de las unidades fundamentales de masa (kg), longitud (m) y tiempo (s).
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UNIDADES DE PRESIÓN
1 m
1 m
F=1 N
Pa=1 N
1 m²Pa
kgm
s
• Unidad SI de presión: Pa• Es una unidad muy
pequeña, lo que lo hace de utilización incómoda: 1 atmósfera 101325 Pa
• En la práctica se usan otras unidades: kPa, MPa, bar, atm, Kg/cm², altura de columna líquida.
• Unidades Inglesas: psi, libras por pulgada cuadrada
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UNIDADES DE PRESIÓN
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DIFERENTES TIPOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN
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Principios de MediciónColumna Líquida
• P = ρ (h1 + h2) g• Usado para medición de Presión
absoluta, manométrica y diferencial
• La dificultad de leer 2 alturas condujo a la evolución del diseño.
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Principios de MediciónColumna Líquida
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Presión Absoluta o Barómetro
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Manómetro Inclinado
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Tubo Bourdon
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Diafragma
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Diafragma como Elemento Sensor de un Transmisor
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Retransmisor Neumático
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Sensor de Presión de Strain Gauge
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R1 x R3 = R2 x R4
DE = ---- x (DR2 + DR4 – DR1– DR3)V
4R
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Características que debe cumplir un sensor de Presión
• Debe formar una interfase integral entre la Presión a medir y la Señal de Salida
• Debe tener un Coeficiente térmico mínimo• Debe tener buena Linealidad, Histéresis y
Repetibilidad
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En Conclusión: un Transductor de Presión debe cumplir los siguientes requisitos
1. Ser intercambiable2. Mantener su exactitud sobre un amplio rango de
Temperaturas3. Ser operable a temperaturas extremas4. Ser resistente a las condiciones Ambientales5. Resistir sobre-presiones6. Apto para medir distintos tipos de fluidos, (gases,
líquidos, barros, fluidos corrosivos, etc.)7. Para lo cual el sensor debe estar aislado del medio a
medir
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Sensor de Strain Gauge
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Sensor Capacitivo
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SECCIÓN
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Ejemplo de Estructura de un Transmisor
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ORGANIZACIÓN DE UNA CADENA DE CALIBRACIÓN
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EL PATRÓN DE CALIBRACIÓN
• Vincula las Mediciones directamente con las Magnitudes Fundamentales de Masa, Longitud y Tiempo.
• Dos Leyes cumplen esta condición para el caso de la Presión:
P = ρhgP = Mg/A
• Dos Tecnologías pueden ser empleadas como Standard Fundamental Primario en la Medición de Presión:
Columnas ManométricasBalanzas Manométricas
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COLUMNAS MANOMÉTRICAS
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COLUMNAS MANOMÉTRICAS
VENTAJAS• Posibilidad de Medir Presiones muy
bajas.• Capacidad de Medir Presión
Manométrica, Absoluta y Diferencial.• Posibilidad de Automatizar las
Mediciones y de Registrar los datos obtenidos mediante un Sistema de Adquisición de Datos, empleando alguno de los sofisticados Sistemas de Medición de Nivel Ópticos o Magnéticos.
DESVENTAJAS• Rango de Medición Restringida.• Afectado por condiciones
Ambientales: vibración, variaciones de temperatura, pureza y limpieza del líquido manométrico.
• Requiere Equipos Auxiliares Sofisticados para el logro de una Medición de Altas Exactitud.
• Sensible a cambios rápidos de Presión.
• Fragilidad
• Costo alto para Unidades de Alta Performance.
• Riesgo para la Salud del Operador usando Mercurio como Líquido Manométrico.
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BALANZAS DE PRESIÓN
PRINCIPIO
P=Mg/A• Puede ser Hidráulico o
Neumático• Nivel de Exactitud muy Alto• Estabiliza la Presión• Tiene Histéresis despreciable• Alta Estabilidad en el Tiempo,
típicamente 2 ppm/año
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BALANZAS DE PRESIÓN – RANGOS DE APLICACIÓN
• Las Balanzas Hidráulicas no son recomendables en la medición de presiones bajas, debido a la influencia de la presión hidrostática en el circuito.
• Las Balanzas de Gas no son aptas para la medición de presiones por sobre 10 MPa, pues aparecen pérdidas significativas entre el pistón y el cilindro.
• La solución puede ser una Balanza operada a Gas y lubricada por líquido.
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BALANZAS DE PRESIÓN - FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA
DETERMINACIÓN DEL ÁREA
F Mg a
M= −( )1 ρ
ρF Mg Da
M= − +( )1
ρρ
Γπ
[ ][ ]A A t PP C= + + − −0 1 20 1( )( )α α λ
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BALANZAS DE PRESIÓN - FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
( )( )[ ][ ]PMg D
A t P
a
M
P C=
−
�
�� +
+ + − +
1
1 20 10
ρρ
α α λ
Γπ
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BALANZAS DE PRESIÓN - CONCLUSIÓN
VENTAJAS• Rango de Medición Amplio. • Histéresis despreciable =>
Exactitud expresada en % de la lectura.
• Instrumento resistente.• Exactitud elevada• Estabilidad a largo plazo
excelente• Transportable• Estabiliza la presión
DESVENTAJAS• Capacidad limitada para
bajas Presiones.• Manipulación incómoda de
las pesas.• La exactitud se degrada si
no se aplica las correcciones
• No es posible automatizar ni la adquisición de datos remota
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA -Béla G. Lipták, Instrument Engineers Handbook. Chilton -Douglas M. Considine y S.D. Ross, Handbook of Applied Instrumentation. Mc. Graw Hill -Omega Engineering Inc., The Pressure, Strain and Force Handbook, Omega Engineering, Inc. -Omega Engineering Inc., The Flow and Level Handbook, Omega Engineering, Inc. -Sydenham, Peter H., Transducers in Measurement and Control, Adam Hilger -R.W. Miller, Flow Measurement Engineering Handbook. Mc Graw Hill -L.K. Spink, Principles and Practice of Flow Meter Engineering The Foxboro Co. -Dr. Roger B. Dowdell, Flow its Measurement and Control in Science and Industry. I.S.A. -David W. Spitzer, Industrial Flow Measurement. I.S.A. -Dr. R.A. Furness, The Effect of Installation on the Performance of Flowmeters -Gabor Vass, Magmeter Basics, Fisher & Porter Co. - ISO Standard 5167, Measurements of Fluid Flow by Means of Orifice Plates, Nozzles, and Venturi Tubes in Circular Cross-Section Conduits Running Full, ISO 5167-1980(E), Geneva, 1980 - ISO Standard 2186, Fluid Flow in Closed Circuits – Connections for Pressure Signal Transmissions between Primary and Secondary Elements, ISO 2186-1973, Geneva, 1973 - ISO Standard R541, Measurement of Fluid Flow by Means of Orifice Plates and Nozzles, ISO, Geneva, 1967 - ISO Standard R781, Measurement of Fluid Flow by Means of Venturi, ISO, Geneva, 1968 - ANSI (MFC), Differencial Producers Used for the Measurement of Fluid Flow in Pipes, (Orifice, Nozzle, Nozzle Venturi, Venturi), draft 3e, New York, July 1982. - ANSI/API 2530, Orifice Metering of Natural Gas, catalog no. XQ0178, American Gas Association, Arlington,Va.,1978 - ASME, Fluid Meters, 6th. ed., ASME, New York, 1971.
- ASME, "The ASME-ISO Orifice Equations", Mech. Eng., vol. 103, no. 7, 1981 -Richtmyer, F. K. – Kennard, E. H. – Lauritsen, T., Introduction to Modern Physics, Mc Graw Hill -Omega Engineering Inc., The Temperature Handbook, Omega Engineering, Inc. -Suguer, Roberto – Weisz, Juan Pedro – Maceri, Hector A., Medición de Temperatura, A.A.D.E.C.A. – Comisión de Cursos. -Navesnik, Rolando, Medición de Temperatura mediante Sensores de Contacto, A.A.D.E.C.A. – Comisión de Cursos. -Harris, Forest K., Electrical Measurements, John Wiley & Sons -Kinnard, Isaac F., Medidas Eléctricas y sus Aplicaciones, Ediciones Técnicas Marcombo -Omega Engineering Inc., Thermocouple Reference Tables, Based on the ITS-90, Omega Engineering, Inc. -Minco Products, Inc., Bulletin TS – 102(J), =Temperature Sensors & Instruments, Minco Products, Inc. -Heraeus, Ceramic Wire Wound Resistance Temperature Detectors (PRTDs), Heraeus Electro-Nite - ITS – 90 (International Temperature Scale of 1990), Comité Consultatif de Thermométrie (CCT), Comité International des Poids et Mesures (CIPM) - N.I.S.T Monograph 175, Revised to ITS – 90, National Institute of Standards and Technology. - A.N.S.I., MC – 96, American National Standards Institute - A.S.T.M., E230, American Society for Testing Materials - DIN 43710, Deutsches Institut für Normung - DIN 43760, Deutsches Institut für Normung - DIN EN 60 584, Deutsches Institut für Normung - DIN EN 60 751, Deutsches Institut für Normung - BS – 4937, British Standards - NF E – 18 – 001, Norme Française - JIS C 1602, Japanese Industry Standards - IEC 584, International Electrotechnical Commission
NOTA: varias de las obras citadas se encuentran en la BIBLIOTECA AADECA . La misma puede ser consultada en el horario de 10 a 17 horas, de
lunes a viernes, en nuestra Sede, Av. Callao 220 piso 7.Ud puede consultar el catálogo de nuestras existencias en biblioteca, en el web site de AADECA: www.aadeca.org.
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