2. Sesión N°2 Presion y Temperatura PDF

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SESION N°2

MEDICIÓN DE PRESIÓN Y TEMPERATURA

Capacidades Terminales Reconocer y aplicar diferentes instrumentos para medir variables industriales y actuadores. Aplicar estrategias de control. Usar sistemas de supervisión y control basados en computador.

Ing.Santos Calizaya

Competencia específica de la sesión

Ing.Santos Calizaya

• Identificar los métodos y dispositivos para medir presión. • Identificar los métodos y dispositivos para medir temperatura

Repaso Sesión anterior • • • •

Tipos de proceso. Tipos de control de procesos. Variables físicas y de control. Clasificación de los sistemas de control.

Ing.Santos Calizaya

CONTENIDOS A TRATAR  Tipos de presión.  Sensores y transmisores de presión.  Criterios de selección de transmisores de presión.  Escalas de temperatura.  Tipos de sensores de temperatura.  Termómetros de vidrio.  Medidores bimetálicos. Ing.Santos Calizaya

MEDICION DE PRESIÓN

Ing.Santos Calizaya

INTRODUCCIÓN La medición y el control de presión son las variables de proceso más usadas en los más distintos sectores de la industria de control de procesos. Además, a través de la presión se puede inferir fácilmente una serie de otras variables, tales como, nivel, volumen, flujo y densidad

Ing.Santos Calizaya

¿Qué se pretende medir? Presión

manométrica,

presión

absoluta,

presión

diferencial; otras grandezas inferidas a partir de mediciones de presión (flujo, nivel, volumen, fuerza, densidad, etc.).

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Unidades de Presión Las unidades de presión mas utilizadas son:

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OTRAS UNIDADES DE PRESIÓN: TABLA DE EQUIVALENCIAS

atm

kg/cm 2

bar

1

1,033

1,013

0,968

1

0,981

98100

98100

14,78

0,987

1,02

1

105

105

14,50

10-5

1

1

1,45 x 10-4

9,87 x 10-4 1,02 x 10-5

N/m2

Pa

1,013 x 105 1,013 x 105

psi 14,68

Tipos de Presión

a)Atmosférica b)Absoluta c)Presión relativa o manométrica

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a) Presión atmosférica Es la presión ejercida por el peso de la atmósfera sobre la tierra medida mediante un barómetro. A nivel del mar esta esta presión es

de aproximadamente 760

mm de Hg , 14.7 psi o 100 Kpa y estos valores definen la presión ejercida

por

estándar. Ing.Santos Calizaya

la

atmosfera

b) Presión absoluta Es la presión que se mide con relación al vacío perfecto, o sea, es la diferencia de la presión en un cierto punto de medición por la presión del vacío (cero absoluto). La presión absoluta que la atmósfera ejerce a nivel del mar es de 760mmHg.

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c) Presión relativa o manométrica (Gauge) Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica.

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¿Para que medir la presión? Por lo general se mide la presión para control o monitoreo de procesos, por protección (seguridad), control de calidad, transacciones comerciales de fluidos (transferencias de custodia, medición fiscal, estudio e investigación, balances de masa y energía.

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Ing.Santos

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Equipos Industriales para Medición de Presión Entre los distintos equipos utilizados en la industria para medir presión se emplean dos: el manómetro y el transmisor de presión.

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1. Manómetros con tubo de Bourdon Los muelles Bourdon consisten en tubos curvados en arco de sección oval. A medida que se aplica presión al interior del tubo, éste tiende a enderezarse. El trayecto del movimiento se transmite a un mecanismo y es la medida de presión que se indica mediante una aguja.

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2. Manómetros con elementos de diafragma

Los elementos de diafragma tienen forma circular y membranas onduladas. Estas están sujetas alrededor del borde entre dos bridas o soldadas y sujetos a la presión del medio actuando en un lado. La desviación causada de esta forma se utiliza como medición para la presión y es mostrada por la aguja indicadora del instrumento.

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3. Manómetros con elementos con cápsula El elemento de cápsula comprende dos membranas de forma circular, onduladas selladas fuertemente alrededor de su circunferencia. Los actos de presión en el interior de la cápsula y el movimiento que genera es mostrada por la aguja como medida de la presión ejercida. Los manómetros con elementos de cápsula son especialmente apropiados para la medición de fluidos gaseosos y presiones Bajas. Ing.Santos Calizaya

4. Manómetros absolutos Se utilizan donde las presiones han de ser medidas con independencia de las fluctuaciones naturales de la presión atmosférica. La presión de los elementos a medir se compara contra una referencia de presión, que a la vez, es cero absoluto. Ing.Santos Calizaya

5. Manómetros diferenciales Se da el caso en el que el diafragma es sometido a la presión de dos fluidos por ambas

caras.

La

presión

diferencial medida equivale a la diferencia entre la presión P1 y la presión P2. Si

ambas

presiones

de

funcionamiento son iguales, el elemento de presión no puede moverse y por lo tanto no se puede indicar la presión Ing.Santos Calizaya

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TRANSMISORES DE PRESIÓN Básicamente existen dos tipos de transmisores: •Transmisores de presión manométrica: Se utilizan para la lectura directa de la presión en una línea de proceso o en algún punto de control de un compresor, secador, etc.

•Transmisores de presión diferencial: Se utilizan para medir la diferencia de presión que existe entre dos puntos. Lo más habitual es verlos instalados en los filtros de línea, filtros separadores de los compresores o en los secadores de adsorción. Ing.Santos Calizaya

In

aya

Sensor de presión Capacitivos Estos son los sensores más confiables y que fueran usados en millones de aplicaciones. Se basan en transductores donde la presión aplicada a diafragmas sensores produce una variación de la capacitancia entre ellos y un diafragma central

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Sensor de presión Capacitivos 

Ideales para aplicaciones de baja y alta presión.



Minimizan el Error Total Probable y consecuentemente la variabilidad del proceso.



Ideales para aplicaciones de flujo.



Por su respuesta lineal, permite alta flexibilidad y exactitud.

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SELECCIÓN DE TRANSMISORES DE PRESIÓN Para la selección de trasmisores de presión se considera lo siguiente: •Tipo de transmisor. Presión manométrica o diferencial. •Estado (líquido, gas, vapor) •Rango de presión de trabajo (presión máxima del proceso). •Temperatura del fluido o gas. •Temperatura ambiente. •Tipo de señal eléctrica de comunicación, 4 a 20 mA, 1 a 5 voltios, etc. •Grado de protección IP. •Protocolo de comunicación. •El transmisor se puede solicitar con pantalla de lectura local o simplemente como instrumento de medición sin lectura. •Colector de descarga (manifold) si lo requiere la aplicación del usuario final. Ing.Santos Calizaya

MEDICION DE TEMPERATURA

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ESCALAS DE TEMPERATURA • ESCENCIALMENTE SON 3 LAS ESCALAS MAS UTILIZADAS SON:

•

• •

* CENTIGRADA * FAHRENHEIT *KELVIN (ABSOLUTA)

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ESC SCA ALA CE CENTI NTI NTIG GRA RAD DA • SU PUNTO DE FUSION ES DE 0° C • SU PUNTO DE EBULLICION ES DE 100° C

ESC SCA ALA FAHR HRE ENH NHEI EI EITT • SU PUNTO DE FUSION ES DE 32° F • SU PUNTO DE EBULLICION ES DE 212° F

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FORM RMUL UL ULAS AS PAR ARA A CONV ONVE ERSIO SIONE NE NESS

Ejercicio En un proceso de transporte de oxigeno, se sabe que la temperatura de ebullición del oxígeno es de 90,19°K. Determine dicha temperatura en las escalas Celsius y Fahrenheit. Solución Datos: TE = 90,19 K Celsius = K – 273 = 90,19 – 273 = -182,81 ºC Fahrenheit = 9°C / 5 + 32 = 9 x (-182,81) / 5 + 32 = -297,058 Ing.Santos Calizaya

Ejercicio

¿En qué valor numérico, una medida de temperatura en la escala Celsius es el doble que en la escala Fahrenheit? Solución Datos: °F = x °C = 2x °F = 9°C/5 + 32 === > x = 9 ● 2x / 5 + 32 === > 5 (x – 32) = 18x === > 5x – 160 = 18x === > 13x = - 160 x = -12,3 º Ing.Santos Calizaya

MEDICIÓN DE TEMPERATURA POR EFECTOS MECANICOS

1) Termómetro por expansión de líquido o termómetro de vidrio

Está conformado por un recipiente, cuyo tamaño depende de la sensibilidad deseada y un tubo capilar de sección lo mas uniforme posible, cerrado en la parte superior. El recipiente y parte del capilar se llenan con el liquido. La parte superior del capilar, posee un alargamiento que protege al termómetro en caso de que la temperatura sobrepase su límite máximo.

2) Termómetro bimetálico Los termómetros bimetálicos se basan en el coeficiente de dilatación de dos metales diferentes tales como latón, acero, ferro-níquel o Invar(35,5% de níquel) laminados conjuntamente. Las laminas bimetálicas pueden ser rectas, curvas, espirales o hélices.

La precisión del instrumento es de ±1% y su campo de medida es de -200 a +500°C

3.- Termómetro de bulbo y capilar Los termómetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desarrollarse moviendo la aguja sobre la escala par indicar la elevación de la temperatura del bulbo. Ing.Santos Calizaya

CLASES DE TERMOMETROS

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3.- Termómetro de bulbo y capilar Los termómetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desarrollarse moviendo la aguja sobre la escala par indicar la elevación de la temperatura del bulbo. Ing.Santos Calizaya

CLASE I:Termómetro de dilatación de líquido En este caso, el líquido llena todo el recipiente y con un aumento de la temperatura se dilata, deformando un elemento extensible (sensor volumétrico).

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CLASE II: Termómetro actuado por vapor Contienen un liquido volátil y se basan en el principio de presión de vapor, lo que les permite tener una amplia gama de aplicaciones y ser instalados en cualquier línea de proceso. Son ideales para obtener indicaciones de temperatura a distancia como paneles y cuartos de control.

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CLASE III: Termómetro actuado por gas Instrumento accionado por gas. Al subir la temperatura, la presión del gas aumenta proporcionalmente y por lo tanto estos termómetros tiene escalas lineales. La presión en el sistema depende principalmente de la temperatura del bulbo, del tubo capilar y del elemento de medición siendo necesario compensar la temperatura del ambiente en el sistema de medición

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CLASE IV: Termómetro actuado por mercurio Los termómetros actuados por mercurio son similares a los termómetros actuados por líquidos. Pueden tener compensación parcial y total.

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Termómetros Bimetálicos Los termómetros bimetálicos son instrumentos de medición de la temperatura especialmente útiles y prácticos ya que no requieren el uso de elementos adicionales para su uso. Por sí mismo un termómetro bimetálico nos da la medición local de la temperatura ya que cuentan con una carátula amplia desde la cual podemos hacer la medición directa de la temperatura. Ing.Santos Calizaya

Partes de un Termómetro Bimetálico

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APLICACIONES

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APLICACIONES

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TEMA DE LA PROXIMA SESIÓN SENSORES Y TRANSMISORES DE TEMPERATURA...