Presentacin de PowerPoint

Instituto Tecnolgico de DurangoIngeniera QumicaControl e instrumentacinUnidad 8 Medidores.AlumnasCabral Njera Mara del SocorroIbanez Garca Blanca Mnica.MaestraCarranza Gonzlez Frin Guadalupe

Martes 10 de Diciembre del 2013

Temperatura

Para medir la temperatura se utiliza el termmetro. Su funcionamiento se basa en el hecho que se presenta cuando se ponen en contacto dos cuerpos que estn a distinta temperatura, es decir, estn en equilibrio trmico.

Las partes principales de un termmetro de lquido en vidrio tpico:

BulboEscala auxiliarTalloCmara de contraccinEscala principalCmara de expansin

Termmetro de vidrio

Constan de un depsito de vidrio que contiene determinada sustancia. Mediante la expansin del lquido con el incremento de la temperatura, que acta como un transductor.

Convierte la energa termal en una forma mecnica y con el incremento de la temperatura, el lquido y el vidrio del termmetro se expanden con diferente coeficiente de expansin, causando que el lquido avance por el tubo capilar. El menisco es usado como el indicador.

Son elementos de medicin utilizado en fines diversos. Los termmetros bimetlicos se fundan en el distinto coeficiente de dilatacin de dos metales diferentes, tales como latn, monel o acero. Las lminas bimetlicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hlices.

Termmetro bimetlico/Termostato

Contiene: una aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hlice y el propio elemento bimetlico; el eje y el elemento estn sostenidos con cojinetes y el conjunto est construido con precisin para evitar rozamientos. Se encuentra dentro de un tubo cerrado, en cuyo extremo superior se coloca el indicador y la escala de tamao adecuado el eje y el elemento estn sostenidos con cojinetes y el conjunto est construido con precisin para evitar rozamientos. La precisin del instrumento es de +-1%

Se basan el descubrimiento hecho por Seeback en 1821, el descubri que en un circuito elctrico formado de dos materiales diferentes en forma de alambres, cuando las dos juntas tenan diferente temperatura exista un potencial entre las terminales del circuito abierto; sin embargo, en caso de cerrar el circuito, se presenta el flujo de corriente.Termopar/Termocupla

La magnitud del potencial depende de los materiales empleados y de la diferencia de temperatura entre la junta caliente (o de medicin) y la junta fra (o de referencia). Ya que la corriente es una funcin de la diferencia de temperatura., por lo general se requiere efectuar la compensacin por la terminal fra.

Los termopares o termocuplas continan siendo los sensores de temperatura ms usados debido al intervalo de temperatura en el cual pueden utilizarse, su bajo costo y su versatilidad, la desventaja ms relevante es que miden diferencias de temperatura y no temperatura absoluta, por lo que debe usarse una junta de referencia.

Los termisores son semiconductores electrnicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rpidas y extremadamente grandes para los cambios relativamente pequeos de la temperatura. Los termisores se fabrican con xidos de nquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio y otros metales, ya estn encapsulados.

Termisor

Este mtodo para la medicin de la temperatura implica la medicin de la energa trmica radiada desde el cuerpo caliente en cuestin como funcin de su temperatura, es decir, la energa se concentra en un receptor o transductor sensible el cual a su vez hace operar a un sistema indicador o controlador. Pirmetros de radiacin

Los pirmetros de radiacin se fundan en la ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la intensidad de energa radiante emitida por la superficie de un cuerpo, aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo.

Pirmetros pticos.

Son anuales los cuales se basan en la desaparicin del filamento de una lmpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado, pueden ser de dos tipo de corriente variable en la lmpara y de corriente constante en la lmpara con variacin del brillo de la imagen de la fuente. Son parecidos a los de radiacin infrarrojos, y consisten esencialmente en un disco rotativo incide en un fototubo multiplicador.

Pirmetro de infrarrojos.

ste capta la radiacin espectral del infrarrojo, invisible al ojo humano, y puede medir temperaturas menores de 700C. La lente filtra la radiacin infrarroja emitida por el rea del objeto examinado y la concentra en un sensor de temperatura fotorresistivo que la convierte en una seal de corriente y a travs de un algoritmo interno del instrumento y de la emisividad del cuerpo enfocado, pasa a un valor de temperatura.

Pirmetro fotoelctrico.

Al contar con un detector fotoelctrico, es mucho ms rpido que los sensores trmicos, pero debe mantenerse refrigerado a muy baja temperatura mediante nitrgeno lquido para reducir el nivel de ruido elctrico. La seal de salida depende de la temperatura instantnea del volumen del detector, por lo que evita los retardos inherentes al aumento de la temperatura de la masa del detector que existen en los otros modelos de pirmetros.

Pirmetro fotoelctrico.

Al contar con un detector fotoelctrico, es mucho ms rpido que los sensores trmicos, pero debe mantenerse refrigerado a muy baja temperatura mediante nitrgeno lquido para reducir el nivel de ruido elctrico. La seal de salida depende de la temperatura instantnea del volumen del detector, por lo que evita los retardos inherentes al aumento de la temperatura de la masa del detector que existen en los otros modelos de pirmetros.

Pirmetros de radiacin total.

Est formado por un lente de pyrex, slice o fluoruro de calcio que concentra la radiacin del objeto caliente en una termopila formada por varios termopares de Pt-Pt/Rh, de pequeas dimensiones y montados en serie. La radiacin est enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares. Su reducida masa les hace muy sensibles a pequeas variaciones de la energa radiante, y, adems muy resistentes a vibraciones o choques.

Este sistema est formado por un lquido, gas o vapor que puede expandirse y el cual se encuentra contenido dentro de un sistema totalmente sellado. A medida que el material de relleno del bulbo aumenta de temperatura, el efecto provocado por el incremento de volumen y/o la presin se transmite a travs de un tubo capilar fino hacia el receptor (que generalmente es una espiral o hlice), el cual es sensible a los cambios de volumen o de presin. Sistemas trmicos llenos (lquido, vapor).

En el receptor se requiere de la compensacin por temperatura ambiente, tambin es necesaria otra compensacin cuando los tubos capilares son largos.

Los detectores de temperatura basados en la variacin de una resistencia elctrica se suelen designar con sus siglas inglesas RTD (Resistance Temperature Detector).

Termmetros de resistencia RTD

Un termmetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia elctrica de metales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura, es decir, la variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura; tal es as que se puede utilizar esta propiedad para establecer el carcter del material como conductor, aislante o semiconductor.

Los materiales que forman el conductor de la resistencia deben poseer las siguientes caractersticas:

Alto-coeficiente de temperatura de la resistencia, ya que de este modo el instrumento de medida ser muy sensible. Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resistencia a una temperatura dada tanto mayor ser la variacin por grado (mayor sensibilidad) Relacin lineal resistencia-temperatura.Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los procesos de fabricacin e estirado y arrollamiento del conductor en las bobinas de la sonda, a fin de obtener tamaos pequeos (rapidez de respuesta)Estabilidad de las caractersticas durante la vida til del material

Medidores de Presin

La presin que ejercen los lquidos es perpendicular a las paredes del recipiente que los contiene. Dicha presin acta en todas direcciones y solo es nula en la superficie libre de lquido. Esto se debe a la fuerza que el peso de las molculas ejerce sobre un rea determinada; la presin aumenta conforme es mayor la profundidad.

Presin hidrosttica

La presin ejercida por un lquido en cualquier punto de un recipiente, no depende de la forma de este ni de la cantidad de lquido contenido, sino nicamente del peso especfico y de la altura que hay del punto considerado a la superficie libre del lquidoLa paradoja hidrosttica

La tierra est rodeada por una capa de aire llamada atmosfera. El aire que es una mezcla de 20% de Oxigeno, 79% de nitrgeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presin sobre todos los cuerpos que estn en contacto con l.En el mar la presin atmosfrica es de 1atmPresin atmosfrica.

Se clasifican en:Mecnicos. NeumticosElectromecnicosElectrnicos.

Clasificacin de los medidores de presin

Son instrumentos que utilizan el movimiento de un fluido.

Elementos primarios de medida directa que miden la presin comparndola con la ejercida por un tubo de densidad y altura conocidas

Elementos primarios elsticos que se deforman por la presin interna del fluido que contienen

Elementos mecnicos

Barmetro cubetaManmetros y caudalimtros de campana.Manmetro de toro pendularManmetro de tubo en UManmetro de tubo inclinadoColumna hidrosttica

Elementos Primarios de medida directa

Es la aplicacin directa del experimento de Torricelli. Consta de la cubeta, el tubo de mercurio y una escala graduada en milmetros, cuyo cero ha de coincidir con el nivel del mercurio en la cubeta. Barmetro cubeta

Tiene este barmetro el inconveniente de que la escala ha de ser mvil, pues si desciende el mercurio en el tubo, sube el nivel de la cubeta y por lo tanto, cambia la posicin del cero. Para obviar esta dificultad (de estar variando la escala cada vez que se hace una lectura en el barmetro).

Han sido diseados para medir caudales de fluidos gaseosos a muy baja presin diferencial y mejoran los resultados del manmetro de mercurio. Estos aparatos permiten llegar a un mnimo de amplitud de escala de 2.5 mbar de presin o presin diferencial, valor por debajo del cual no es posible hacer una medida fiable.

Manmetros y caudalimtros de campana.

Est constituido por una campana suspendida de un resorte que trabaja a compresin y que a su vez est apoyada sobre una junta de mercurio. Sobre el exterior de la campana acta la presin aguas arriba del elemento deprimgeno. El interior de la campana est sometido a la presin existente aguas abajo del elemento deprimgeno. El conjunto de esfuerzos que acta sobre la campa debidos a la presin diferencial, junto con la fuerza antagonista que supone la compresin del resorte, el peso de la campana y la flotacin de la campana en el mercurio, se equilibran.

Cuando el caudal sufre una variacin, la nueva presin diferencial modifica el equilibrio. En definitiva, a cada valor del caudal medido le corresponde una posicin de equilibrio. La campana juega el papel del flotador del manmetro en U y a partir de este punto, es todo igual en ambos manmetros. Para cambiar de escala, se ajusta la compresin del resorte a la nueva situacin y se hacen los ajustes de recorrido de la campana por medio de los rganos de reglaje.

Est constituido por un tubo de vidrio de forma toroidal, parcialmente lleno de mercurio y cerrado en uno de los extremos, la presin diferencial desplaza el mercurio dentro del anillo provocando que ste se incline hasta que el peso balancea al mercurio desplazado. El grado de inclinacin es una medida de la presin diferencial. Manmetro de toro pendular

Consiste en un tubo de vidrio en forma de U y con una escala marcada en pulgadas o centmetros. Sobre la escala aparece el cero en el centro, el fluido que va dentro del tubo normalmente es mercurio.El mercurio se vaca en el tubo hasta que alcanza la marca de cero, con ambas columnas abiertas hacia la atmsfera, el nivel del fluido permanece en cero. Manmetro de tubo en U

Cuando una lnea de presin se conecta a una columna del manmetro, el fluido en la columna se ve forzado a bajar y en la otra columna se eleva, midiendo la diferencia en la altura del fluido en las dos columnas, se expresa la presin en centmetros o pulgadas del fluido.

Similar al tubo en U, pero provisto de un ramal inclinado a un ngulo con respecto a la vertical, el ngulo sirve para expandir la escala del instrumento y mejorar la lectura, generalmente se aplica para mediciones de baja presin y, entones el agua se usa como lquido. Opera en un intervalo de 0.5-50 in de agua, con una exactitud superior a 0.1 in de lquido. Manmetro de tubo inclinado

Se utiliza principalmente para presiones bajas en donde es suficiente la indicacin visual.Los manmetros de tubo inclinado usan una cubeta como segunda rama del aparato, por lo que la distancia y determina en forma directa a la columna de presin, exactamente como el manmetro de cubeta.

Sea un tubo de vidrio, con uno de sus extremos tapado con una plaquita metaliza, que se introduce verticalmente dentro de un recipiente con agua. Si a continuacin, con un cuentagotas se llena el tubo de vidrio con agua, se observa que si la plaquita es muy ligera se desprende cuando el nivel del agua dentro del tubo es el mismo que el del agua del recipiente.

Columna hidrosttica

Sobre la placa metlica actan las siguientes fuerzas; su propio peso, la fuerza con la que acta el agua del vaso, F de direccin la perpendicular a la superficie de la placa y el peso del agua, P, contenida en el tubo.

Tubo BourdonEspiral/HelicoidalDiafragmaFuelle

Elementos primarios elsticos/De deformacin mecnica.

El tubo Bourdon es un tubo de seleccin elptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presin en el interior del tubo, este tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un pin. El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable o aleaciones especiales como hatelloy y monel.

Tubo Bourdon

El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje comn, y el helicoidal arronado ms de una espira en forma de hlice, estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.

Espiral/Helicoidal

Estn constituidas por una cuna metlica de seccin rectangular, en la que se ubican el nodo, de grafito o metlico, y el ctodo, formado por la malla de hierro recubierta por una capa de amianto conocida como diafragma. El diafragma permite, por su porosidad realizar la separacin fsica del cloro andico del hidrogeno catdico que en caso de mezcla reaccionaran de forma violenta.

Diafragma

El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presin, el movimiento se aproximada a una relacin lineal en un intervalo de medida lo ms amplio posible con un mnimo de histresis y de desviacin permanente en cero del instrumento.El material de diagrama es normalmente aleacin de nquel o inconel x. Se utiliza para las pequeas presiones.

Los elementos electromecnicos de presin utilizan un elemento mecnico elstico combinado con un transductor elctrico que genera la seal elctrica correspondiente. El elemento mecnico consiste en un tubo Bourdon, espiral, hlice, diafragma, fuelle o una presin en una fuerza o en un desplazamiento mecnico. Los elementos electromecnicos de presin se clasifican segn el principio de funcionamiento en los siguientes tipos: Trasmisores electrnicos de equilibrio de fuerzas.Resistivos.Magnticos.Capacitivos.ExtensomtricosPiezoelectrnicos.

Elementos electromecnicos:

Trabajan en forma diferencial entre la presin atmosfrica y la del proceso. Pueden estar compensados con relacin a la presin atmosfrica y calibrados en unidades absolutas. Los transductores electrnicos de vaco se emplean para la medida de alto vaco, son muy sensibles y se clasifican en los siguientes tipos:IonizacinFilamento caliente Diafragma Ctodo fro RadiacinMedidor McLeod Trmicos TermoparPiraniBimetal

Elementos Electrnicos

Se basan en la formacin de los iones que se producen en las colisiones que existan entre molculas y electrones. La velocidad de formacin de estos iones, es decir la corriente inica, vara directamente con la presin.Transductor de filamento calienteTransductor de catado fro

Transductor de Ionizacin

Consiste en un tubo electrnico con un filamento de tungsteno rodeado por una rejilla en forma de bobina, la cual a su vez est envuelta por una placa colectora. Los electrones emitidos por el filamento caliente se aceleran hacia la rejilla positiva, pasan a su travs y, en su camino hacia la placa colectora de carga negativa, algunos colisionan con molculas del gas. La corriente positiva formada es una funcin del nmero de iones y, por lo tanto, constituye una medida de la presin del gas. Estos instrumentos son muy delicados y deben manejarse con cuidado. El filamento puede quemarse si se somete accidentalmente a presiones superiores a 1x10-3 mm Hg absolutos.

Eltransductor de filamento caliente

Estos transductores son muy sensibles y capaces de medir vacos extremadamente altos. Su seal elctrica de salida es lineal con la presin. Tienen el inconveniente de ser sensibles a la composicin del gas, de tal modo que en ocasiones el filamento caliente provoca cambios significativos en su composicin entre el volumen medido y el volumen contenido dentro del tubo electrnico. El intervalo de medida de estos transductores es de 10-3 a 10-11 mm Hg.

Se basa en el principio de la medida de una corriente inica producida por una descarga de alta tensin. Los electrones desprendidos del ctodo toman un movimiento en espiral al irse moviendo a travs de un campo magntico en su camino hacia el nodo. El movimiento en espiral da lugar a que el camino libre medio entre electrones sea mayor que la distancia entre electrodos. Por consiguiente, aumenta la posibilidad de colisiones con las molculas del gas presente lo que da lugar a una mayor corriente inica y de este modo la descarga catdica se mantiene a una presin ms baja, o sea a un vaco ms alto. Eltransductor de ctodo fro

Este instrumento no puede vaciarse degasestan rpidamente como el de filamento caliente, pero es ms robusto y no presenta el problema de la combustin del filamento. Es susceptible decontaminacinpor el mercurio y puede provocar la descomposicinqumicade vapores orgnicos a altas tensiones. Su campo de aplicacin abarca de 10-2 a 10-7 mm Hg con una escala logartmica.

Una fuente deradiosellada produce partculas alfa que ionizan las molculas de gas en la cmara de vaco. Los iones resultantes se recogen en un electrodo y generan una corriente que vara directamente con el nmero de molculas en la cmara de vaco y que por lo tanto, es proporcional a la presin total del sistema. Transductor de radiacin:

No incorporando ningn filamento caliente el instrumento puede exponerse sin daos a presin atmosfrica, tiene una emisin estable y no es frgil. A muy bajas presiones requiere un preamplificador ya que las corrientes producidas son muy pequeas, del orden de 10-11 a 10-13 A. Su intervalo de medida es de 760-10-4 mm Hg.

Se utiliza como aparato de precisin en la calibracin de los restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un volumen ms pequeo y a mayor presin mediante una columna de mercurio en un tubo capilar.

Medidor McLeod

Se basan en el principio de la proporcionalidad entre la energa disipada desde la superficie caliente de un filamento calentado por una corriente constante y la presin del gas ambiente cuando el gas esa a bajas presiones absolutas. Transductor trmico de termoparTransductor PiraniTransductor bimetlico.

Transductores Trmicos

Contiene un filamento en V que lleva incorporado un pequeo termopar. Al pasar una corriente constante a travs del filamento, su temperatura es inversamente proporcional a la presin absoluta del gas.

Transductor trmico de termopar

Utiliza un circuito de puente de Wheastone que compara las resistencias de dos filamentos de tungsteno, uno sellado en alto vaco en un tubo y el otro en contacto con el gas medido y por lo tanto pierde calor de conduccin.

Transductor Pirani

Utiliza una espiral bimetlica calentada por una fuente de tensin estabilizada. Cualquier cambio en la presin produce una deflexin de la espiral, que a su vez esta acoplada a un ndice que seala la escala el vaco.

Transductor Bimetlico

Flujo

Se entiende como flujo la cantidad de fluido que atraviesa una seccin dada por unidad de tiempo. Esta cantidad de fluido se puede expresar de dos formas, en masa o en volumen. Cada una de estas expresiones tiene su propio inters. Evidentemente, el caudal msico y el caudal volumtrico estn relacionados a travs de la densidad del fluido, que en el caso de los gases es variable con la presin y la temperatura

Gasto/Flujo volumtrico

Flujo:

SistemaElementoTransmisorPresin diferencial1Placa-OrificioEquilibrio de fuerzasSilicio difundidoToberaTubo VenturiTubo PitotTubo annubarrea variableRotmetroEquilibrio de movimientos PotenciomtricoPuente de impedanciasVelocidadVertedero con flotador en canales abiertosPotenciomtricoPiezoelctricoTurbinasSondas ultrasnicasFuerzaPlaca de impactoEquilibrio de fuerzasGalgas extensiomtricasTensin inducidaMedidor magnticoConvertidor PotenciomtricoDesplazamientoDisco giratorioGenerador tacomtrico o transductor de impulsosPistn oscilantePistn rotativoCicloidalBirrotorOvalMedidor paredes deformablesOscilanteMedidor de frecuencia de termistancia o condensador o ultrasonidosVlvula oscilanteTransductor de resistenciaTransductor de impulsos

Clasificacin de los medidores de flujo volumtrico.

SistemaElementoTransmisorTrmicoDiferencia temperaturas en dos sondas de resistenciaPuente de WheatstoneMedidor axialMomentoMedidor axial de doble turbinaConvertidor de parFuerza de CoriolisTubo en vibracinConvertidor de par

Clasificacin de los medidores de flujo msico.

Los medidores volumtricos determinan el caudal en volumen del fluido, bien sea directamente (desplazamiento), bien indirectamente por deduccin (presin diferencial, rea variable, velocidad, fuerza, tensin inducida, torbellino). Entre estos elementos se encuentran la placa-orificio o diafragma, la tobera y el tubo AnnubarMedidores volumtricos:

Presentan una reduccin de la seccin de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energa cintica y, por consiguiente, su presin tiende a disminuir en una proporcin equivalente, de acuerdo con el principio de conservacin de la energa. El caudal es estimado midiendo la diferencia de presin y usando un coeficiente de correccin emprica.Tipo turbina:

Ventajas:Sencillez de construccin Funcionamiento de fcil comprensin No son carosPueden utilizarse para la mayora de los fluidos

Desventajas:La amplitud del campo de medicin es menor que para la mayora de los otros tipos de medidoresPueden producir prdidas de carga significativasLa seal de salida no es lineal con el caudal. Deben respetarse unos tramos rectos de tubera aguas arriba y aguas abajo del medidor que, segn el trazado de la tubera y los accesorios existentes, pueden ser grandes.Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulacin de depsitos o la erosin de las aristas vivas.La precisin suele ser menor que la de medidores ms modernos.

La tobera est situada en la tubera con dos tomas, una anterior y la otra en el centro de la seccin ms pequea (Figura 4.8b). la tobera permite caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio.

Su prdida de carga es de 30 a 80% de la presin diferencial. Puede emplearse para fluidos que arrastren slidos en pequea cantidad, si estos solidos son abrasivos, pueden afectar la precisin del elemento. El coste de la tobera es de 8 a 16 veces el de un diafragma y su precisin es del orden de +/- 0.95 a +/- 1.5%.

Tobera

El medidor de caudal magntico utiliza el mismo principio bsico que el electro generador, es decir cuando un conductor se mueve a travs de un campo magntico se genera una fuerza electromotriz en el conductor, siendo su magnitud directamente proporcional a la velocidad media del conductor en movimiento. Si el conductor es una seccin de un lquido conductor circulando por un tubo aislado elctricamente, a travs de un campo magntico y se montan los electrodos diametralmente opuestos en la pared de la tubera, tal como se muestra en la figura, la fuerza electromotriz generada a travs de los electrodos es directamente proporcional a la velocidad media del fluido.

Medidor de Tensin inducida/Medidor Magntico

Establece que la tensin inducida a travs de cualquier conductor, al moverse este perpendicularmente a travs de un cuerpo magntico, es proporcional a la velocidad del conductor.

Faraday intent aplicar esta teora en la medicin de la velocidad del rio Tmesis en 1832. Supona que el agua del rio circulaba relativamente perpendicularmente al campo magntico de la tierra y que el agua es un conductor relativamente bueno. Sumergi una probeta en el agua y esperaba obtener una seal que variara directamente con la velocidad.

No tuvo xito debido a que no dispona de indicadores sensibles y a que el campo magntico de la tierra es bajo. No obstante, su teora fue aceptada. La ley de Faraday

La frmula del caudal que da la ley de Faraday

Las frmulas anteriores indican que la seal ES dependen no solo de la velocidad del fluido sino tambin de la densidad del campo magntico B, la cual a su vez esta influida por la tensin de la lnea y por la temperatura del fluido. De aqu que la seal de voltaje del medidor se compara en el receptor con otra tensin denominada como las dos seales derivan a la vez del campo magntico B, la tensin de la lnea y las variaciones de temperatura y de conductividad no influyen en la precisin de la medida.

Puesto que los electrodos tienen que hacer un contacto con el fluido, su material tiene que ser compatible con las propiedades qumicas del fluido que circula. Entre los materiales ms utilizados se pueden citar los siguientes: acero inoxidable no magntico, platino/iridio, monel, hasteloy, titanio, y circonio para lquidos particularmente agresivos.Elementos de un medidor magntico

VentajasNo presentan obstrucciones al flujo, por lo que son adecuados para la medida de todo tipo de suspensiones, barros, melazas.No dan lugar a prdidas de carga, por lo que son adecuados para su instalacin en grandes tuberas de suministro de agua, donde es especial que la prdida de carga sea pequea.Se fabrican en una gama de tamaos superior a la de cualquier otro tipo de medidor. La energa disipada por las bobinas da lugar al calentamiento local del tubo medidor.

No son prcticamente afectados por variaciones en la densidad, viscosidad, presin temperatura y, dentro de ciertos lmites, conductividad elctrica.La seal de salida es, habitualmente, lineal.Pueden utilizarse para la medida del caudal en cualquiera de las dos direcciones.Entre las desventajas se pueden destacar las siguientes:El lquido cuyo caudal se mide tiene que tener una razonable conductividad elctrica.

Medidor volumtrico de desplazamiento positivo: Los medidores de desplazamiento positivo miden el caudal en volumen contando o integrando volmenes separados del lquido. Las partes mecnicas del instrumento se mueven aprovechando la energa del fluido y dan lugar a una prdida de carga. La precisin depende de los huelgos entre las partes mviles y las fijas y aumenta con la calidad de la mecanizacin y con el tamao del instrumento.

En medidor Venturi permite la medicin de caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una prdida de carga de solo 10 a 20% de la presin diferencial. Posee una gran precisin y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de slidos, si bien, los slidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida.Consta de una contraccin de suave convergencia a una garganta angosta seguida por una seccin someramente divergenteTubo Venturi

El tubo annubar es una innovacin del tubo Pitot y consta de dos tubos, el de presin total y el de presin esttica. Mide la presin total est situado a lo largo de un dimetro transversal de la tubera y consta de varios orificios de posicin crtica determinada por computador, que cubren cada uno la presin total en un anillo de rea transversal de la tubera. Estos anillos tienen reas iguales.El tubo annubar se emplea para la medida de pequeos o grandes caudales de lquidos y de gases.

Tubo Annubar

El tubo Pitot mide la diferencia entre la presin total y la presin esttica, o sea la presin dinmica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad.El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la distribucin de velocidades en la seccin de la tubera, de aqu que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar disponindolo en un tramo recto de tubera. La mxima exactitud en la medida se consigue efectuando varias medidas en puntos determinados y promediando las races cuadradas de las velocidades medias.

Tubo Pitot

Miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al propagarse ste en el sentido del flujo del fluido y en el sentido contrario. Los sensores estn situados en una tubera de la que se conocen el rea y el perfil de velocidades. Los principios de funcionamiento de estos instrumentos son variados. En uno de los modelos ms sencillos (fig. 4.31 a) la velocidad del fluido se basa principalmente en ngulo de haz del sonido con relacin al eje longitudinal de la tubera.En otras tcnicas de medicin se mide la diferencia de fases o la diferencia de frecuencias entre las ondas del sonido que recorren el fluido en ambos sentidos. Ultrasonido

Desviacin de haz de sonido emitido por un transmisor perpendicularmente a la tubera (fig. 4.31 b), que es utilizado en fluidos limpios.Mtodo Doppler (fig. 4.31 c). Se proyectan ondas snicas a lo largo del flujo del fluido y se mide el corrimiento de frecuencia que experimenta la seal de retorno al reflejarse el sonido en partculas contenidas en el fluido. El mtodo viene limitado por la necesidad de la presencia de partculas, pero permite medir algunos caudales de fluidos difciles tales como mezclas gas-lquido, fangos, etctera.

Existen otros mtodos que se basan en los siguientes principios

En todos estos sistemas, se utilizan transductores piezoelctricos tanto para la emisin como para la recepcin de las ondas ultrasnicas. Los transductores snicos tienen una precisin de 2 % Y un intervalo de medida de caudales de 20 a 1 con una escala lineal. Son adecuados en la medida de la mayor parte de lquidos, en particular de los lquidos con slidos en suspensin con la salvedad de que las partculas o las burbujas de aire que pueda contener el lquido no deben compararse en tamao con la longitud de la onda acstica. Son sensibles a los cambios de densidad del lquido que varan la velocidad del sonido.

Medidores de flujo msico basado en el efecto Coriolis. Segn este efecto, un objeto que se mueve en un sistema de coordenadas que rota con una velocidad angular experimenta una fuerza Coriolis proporcional a la masa y velocidad del fluido, as como a la velocidad angular del sistema. El fluido entra por un fluxmetro de la tubera en proceso y es dirigido con una trayectoria continua del mismo tamao, que conduce al fluido, primero, a travs de una espira; luego, a un cuerpo central, despus por una segunda espira y por ltimo hacia la salida de la tubera. Dos manejadores electromagnticos puntean ambas espiras en sus extremos opuestos equidistantes del centro. Coriolis

El movimiento vibratorio generado mueve las dos espiras paralelas en forma alternada entre s y hacia afuera. El fluido en los tubos simultneamente sigue la trayectoria de las espiras y se mueve en forma perpendicular a esa trayectoria debido a la accin de los manejadores. Una aceleracin de Coriolis (y una fuerza de Coriolis correspondiente) se genera y es proporcional a la masa del fluido que corre a travs de los tubos. Unos sensores montados cerca de los manejadores detectan la fuerza de Coriolis y transmiten una seal que puede relacionarse con la velocidad del flujo de masa verdadera a travs del medidor.

Medidores de caudal de rea variable en los cuales un flotador cambia su posicin dentro de un tubo proporcionalmente al flujo del fluido.Compuesto bsicamente por dos partes. Una de ellas es un tubo de vidrio habitualmente construido en boro silicato instalado verticalmente en la caera, de forma tronco cnica con su parte ms ancha hacia arriba. La otra es un "flotante" que puede moverse libremente dentro del tubo a lo largo deleje vertical. El fluido circula de abajo hacia arriba. Externamente al tubo, el rotmetro lleva adosada una escala y el caudal se obtiene por la lectura en dicha escala de la posicin correspondiente al borde del flotante.

Rotmetro

El flotante permanece en una posicin de equilibrio cuando las fuerzas ascendentes de flotacin y de arrastre lo elevan, aumentando el rea de pasaje, hasta igualar a las descendentes, producto de su propio peso. Los diferentes caudales corresponden a las secciones anulares que quedan libres para el pasaje del fluido entre la pared interna del tubo de vidrio y la periferia del flotante. La relacin caudal-altura de flotante es lineal ya que la seccin anular antes mencionada tambin lo es con la altura del flotante.

Si bien su utilizacin est limitada a fluidos que no sean oscuros, se los puede implementar de manera tal que la posicin del flotante se infiera magntica o elctricamente. Es un elemento especialmente adecuado para caeras de 3" o menores y permite trabajar con relaciones de caudal mximo a mnimo de hasta 10 a 1. Proveen lecturas con una exactitud de + 2% del caudal mximo y entre sus principales ventajas est la simplicidad y el bajo costo. En la medicin de bajos caudales, los fluidos deberan estar libres de slidos en suspensin para evitar daos en el flotante.

Consta bsicamente de un rotor con labes soportado por un eje y con movimiento de rotacin perpendicular a la direccin del flujo. Por medio de un detector magntico, cada vez que uno de los labes pasa delante del mismo se produce un impulso al cortar el campo magntico. El nmero de impulsos es proporcional a la velocidad y, como consecuencia, al caudal que atraviesa el medidor. Tipo Turbina

Como caractersticas principales tiene la de ser muy exacto y disponer de muy buena repetibilidad. Por el contrario necesita ser calibrado frecuentemente para obtener la equivalencia impulsos/caudal, y no puede ser utilizado para lquidos viscosos o sucios

Dispone de dos ruedas ovales que engranan entre s y tienen un movimiento de giro debido a la presin diferencial creada por el flujo de lquido. La accin del lquido acta de forma alternativa sobre cada una de las ruedas, dando lugar a un giro suave de un par prcticamente constante. Tanto la cmara de medida como las ruedas estn mecanizadas con gran precisin, con el fin de conseguir que el deslizamiento entre ellas se produzca con el mnimo rozamiento, sin que se formen bolsas o espacios muertos y desplazando la misma cantidad de lquido en cada rotacin.La principal ventaja de estos medidores es que la medida realizada es prcticamente independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del lquido. Medidor Rueda oval

En la figura se muestra un medidor de tipo helicoidal, cuyo funcionamiento es similar al de la rueda oval.Medidor helicoidal

En la medicin del caudal en canales abiertos, se utilizan vertederos de formas variadas que provocan una diferencia de alturas del lquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y su punto ms bajo. El vertedero debe formar un ngulo recto con la direccin del caudal y el canal aguas arriba debe ser recto como mnimo en una distancia de 10 veces la anchura. La diferencia de alturas debe medirse en un punto aguas arriba lo suficientemente alejado como para no ser influido por la curva de bajada de la superficie del agua y es conveniente incluso utilizar un pozo de proteccin (tubera de 0 ligeramente mayor que el flotador) para el flotador del instrumento de medida, caso de utilizar este sistema.Medidores de flujo en canales abierto

El caudal es proporcional a la diferencia de alturas segn la frmula general emprica

Rectangular (fig. 4.27 a) con contraccin lateral, simple y fcil de construir y el ms econmico. Es apto para la medida de caudales de 0-60 m3/h a 0-2000 m3/hTriangular o en V (fig. 4.27 b), que consiste en una placa con un corte en V de vrtice dirigido hacia abajo y con cada lado igualmente inclinado respecto a la vertical. A igualdad de tamao, su campo de medida es ms amplio que el de los otros vertederos. Es capaz de medir caudales dentro del intervalo 0-30 m3/h a 0-2300 m3/h

Los vertederos ms empleados son de los siguientes tipos

Cipolleti o trapezoidal (fig. 4.27 e) con la ranura en forma de trapecio invertido. La pendiente de los lados del trapecio corrige las contracciones laterales del manto de agua y el caudal es por 10 tanto proporcional a la altura de la cresta. Su campo de medida equivale al del vertedero rectangular.El vertedero Parshall o Venturi (fig. 4.27 d) se emplea normalmente en aquellas aplicaciones en las que un vertedero normal no es siempre adecuado tal como ocurre cuando el lquido transporta slidos o sedimentos en cantidad excesiva, o bien cuando no existe. altura de presin suficiente, o bien cuando no es posible construir un tramo recto de longitud suficiente (un mnimo de 10 veces la anchura del canal). Puede utilizarse para caudales superiores a 0-30 m3/h.

Medidores de nivel

El nivel puede ser definido como la distancia existente entere una lnea de referencia y la superficie del fluido, generalmente la lnea de referencia se toma como el fondo del recipiente, es decir, se designa al nivel como la posicin de la interface lquido-gas o slido-gas, as como tambin se suele medir y controlar la interface lquido-lquido y lquido-slido.

La medida de nivel es junto con la presin, volumen, velocidad y caudal de gran importancia en hidrografa, hidrulica y en los procesos industriales. Aplicaciones frecuentes son las medidas de los niveles de los estanques y recipientes de todo tipo, en canales, pozos, exclusas, vertederos, etc. Medidores de nivel en lquidos

Los instrumentos de flotador consisten en un flotador situado en el seno del lquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexin puede ser directa, magntica o hidrulica.

Flotador

El flotador acoplado magnticamente se desliza exteriormente a lo largo de un tubo gua sellado, situado verticalmente en el interior del tanque. Dentro del tubo, una pieza magntica sigue al flotador en su movimiento y mediante un cable y un juego de poleas arrastra el ndice de un instrumento situado en la parte superior del tanque. El instrumento puede adems ser transmisor neumtico o elctrico.

Una variable de la conexin magntica consta de un tubo conteniendo un flotador, dotado de un imn que orienta a una serie de cintas magnticas dispuestas en el exterior y a lo largo del tubo. A medida que el nivel sube o baja, las cintas giran, y como tienen colores distintos en su anverso y reverso, visualizan directamente el nivel del tanque. El instrumento puede tener interruptores de alarma y transmisor incorporados.

El flotador acoplado hidrulicamente acta en su movimiento sobre un fuelle de tal modo, que vara la presin de un circuito hidrulico y seala a distancia en el receptor el nivel correspondiente. Permite distancias de transmisin de hasta 75 m y puede emplearse en tanques cerrados. Sin embargo, requiere una instalacin y calibracin complicadas y posee partes mviles en el interior del tanque.

El nivel de cristal consiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectados a bloques metlicos y cerrados por prensaestopas que estn unidos al tanque generalmente mediante tres vlvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del lquido en caso de rotura del cristal y una de purga.

Tubo de vidrio

Los niveles de vidrio son susceptibles de ensuciarse por las caractersticas de los lquidos que miden, impidiendo que el nivel pueda apreciarse claramente. Entre los lquidos que presentan este inconveniente figuran el caramelo y los lquidos pegajosos.El nivel de vidrio permite solo una indicacin local, si bien pueden emplearse espejos para la lectura a distancias limitadas o bien utilizar cmaras de televisin para mayores distancias de transmisin.

Basado en el principio de Arqumedes; consiste en un flotador parcialmente sumergido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsin unido rgidamente al tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo libre se encuentra una varilla que transmite el movimiento de giro a un transmisor exterior al tanque.

Medidor de nivel de tipo desplazamiento

Al aumentar el nivel, el lquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen del aparte sumergida multiplicada por la densidad del lquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, as que el esfuerzo medio por el tubo de torsin ser muy pequeo.

Por el contrario, al bajar el nivel, menor parte del flotador queda sumergida, y la fuerza de empuje hacia arriba disminuye, resultando una mayor torsin.

Emplea un tubo sumergido en el lquido a cuyo travs se hace burbujear aire mediante un rotmetro con un regulador de caudal incorporado. El regulador de caudal permite mantener un caudal de aire constante a travs del lquido independientemente del nivel; si no existiera, habra una gran diferencia en los caudales de aire necesarios desde el nivel mnimo al mximo, con el inconveniente de un gasto de aire indebido.Medidor de tipo burbujeo/Vlvula de purga.

El mtodo de burbujeo es simple y da buen resultado, es muy ventajoso en aplicaciones con lquidos corrosivos o con materiales en suspensin, ya que el fluido no penetra en el medidor ni en la lnea de conexin, en el caso de lquidos muy corrosivos o con slidos en suspensin y en emulsiones. No se recomienda su empleo cuando el fluido de purga perjudica al lquido y para fluidos altamente viscosos donde las burbujas formadas del aire o del gas de purga presentan el riesgo de no separarse rpidamente del tubo

Una columna lquida crea una presin hidrosttica directamente proporcional a la altura del lquido arriba del punto de referencia. Un elemento de presin apropiado, conectado adecuadamente al proceso, mide el nivel del lquido en unidades apropiadas para las cuales se debe calibrar cada elemento, es decir, el nivel se mide por medio del peso que ejerce una columna de lquido sobre el sensor de presin.Columna hidrosttica

Medidor manomtrico: El manmetro se encuentra conectado directamente a la parte inferior del tanque. Sus accesorios tambin pueden ser: vlvula de cierre para mantenimiento, pote de decantacin con una vlvula de purga. El manmetro mide la presin debida a la altura de lquido que existe entre el nivel del tanque y el eje del instrumento, las alturas son limitadas por lo que el campo de medida es bastante pequeo. El instrumento slo sirve para fluidos limpios ya que si el lquido es corrosivo, coagula o bien tiene slidos en suspensin, el fuelle puede destruirse o bien bloquearse perdiendo su elasticidad.

Medidor de membrana: Utiliza una membrana conectada con un tubo estanco al instrumento receptor. La fuerza ejercida por la columna de lquido sobre el rea de la membrana comprime el aire dentro a una presin igual a la ejercida por la columna de lquido. El volumen del aire interno es relativamente grande, por lo cual el sistema est limitado a distancias no mayores de unos 15 m debido a la compresibilidad del aire.

Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido en el lquido y las paredes del tanque. La sonda metlica y la pared misma del tanque o silo actan como dos placas de un condensador.

Medidor de capacitancia

La capacidad del condensador depende del medio que haya entre la sonda y la pared, si solo hay aire, es decir, si el tanque est vaco, la capacidad del conductor es baja, cuando parte de la sonda est cubierta por el producto, la capacidad se incrementar. El cambio de capacidad se convierte mediante un amplificador en una accin de rel o en una seal de salida analgica. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del lquido.

Consiste en un diafragma en contacto con el lquido del tanque, que mide la presin hidrosttica en un punto del fondo del tanque.Medidor de presin diferencial

Otro tipo es el manmetro diferencial de la Figura 5.6b, en el que su funcionamiento equivale al transmisor del diafragma.En caso de que el tanque est cerrado y bajo presin, hay que corregir la indicacin del aparato para la presin ejercida sobre el lquido debiendo sealar que la lectura ser muy poco precisa, si la presin es grande. Se suele conectar un tubo en la parte superior del tanque y medir la diferencia de presiones entre la toma inferior y la superior, utilizando transmisores de presin diferencial de diafragma.

Se basa en la emisin de un impulso ultrasnico a una superficie reflectante y la recepcin del eco del mismo receptor, el pulso ultrasnico emitido se refleja en la superficie del producto y el mismo sensor vuelve a detectarlo, el tiempo de retorno de la seal es una medida de la atura de la seccin vaca del tanque si a esta distancia se le resta la altura total del tanque, se obtiene el nivel del producto, siendo el tiempo de retorno una seal de salida analgica. El retardo en la captacin del eco depende del nivel del tanque.Ultrasonido

Disposiciones de montaje de los detectores que se utilizan en los casos de alarmas o de indicacin continua del nivel.

El sensor emisor dispone de un oscilador excitador para enviar un impulso ultrasnico a la superficie del fluido y el sensor receptor recibe esta seal reflejada enviando una seal funcin del tiempo transcurrido, y por lo tanto del nivel, a un oscilgrafo o a un indicador.

Son medidores de nivel para slidos, en la industria se ha exigido el desarrollo de instrumentos capaces de medir el nivel de los slidos de forma continua.

Medidores de nivel de slidos

Consta de un cable de medicin o cinta de acero con un peso en su extremo el cual es movido por un motor, cuando el peso choca con la superficie del material se anula la rigidez del cable, lo que conmuta la direccin de giro del motor ascendiendo el peso.

Palpador

Consisten en un eje vertical, dotado de paletas, que gira continuamente a baja velocidad accionado por un motor sncrono. Cuando el producto slido llega hasta las paletas, las inmoviliza, con lo que el soporte del motor y la caja de engranajes empiezan a girar en sentido contrario. En su giro, el soporte del motor acta consecutivamente sobre dos interruptores, el primero excita el equipo de proteccin, por ejemplo una alarma, y el segundo desconecta la alimentacin elctrica del motor con lo cual ste queda bloqueado.Paletas rotativas

Se compone de una sonda en forma de diapasn (pieza de metal en forma de U) que vibra a unos 80 Hz impulsado piezoelctricamente, cuando el material cubre el diapasn la amplitud se atena, es decir, las vibraciones se amortiguan y la unidad electrnica transforma la amplitud en una seal que activa un rel, puede instalarse en posicin lateral y roscada a la altura del nivel o como sondas verticales.Vibratorio

Existen dos formas del diapasn: Horquilla vibrante: El diapasn tiene forma de dos pletinas (placas de metal planas u hojas rectangulares de acero u otros metales) que vibran y cuando se tapan se produce una atenuacin que se transforma en una seal. Soporta altas presiones y temperaturas, para polvos con tendencia a aglutinarse o grnulos grandes, son fciles de instalar, libres de mantenimiento e inmunes a vibraciones del tanque, resistente a altas temperaturas y presiones elevadas.

Varilla vibrante: El diapasn es consiste en un tubo dentro de otro que equivale a las pletinas de la horquilla. En caso de recubrimiento tambin se produce una atenuacin y de esta forma el aviso. Se emplea para slidos en polvo y granulados gruesos como cal, arena, pintura en polvo, cereales, caf, soporta altas presiones y temperaturas.

Consiste en una membrana flexible que puede entrar en contacto con el producto dentro del tanque y que contiene en su interior un conjunto de palancas con contrapeso que se apoyan sobre un micro ruptor. Cuando el nivel del slido alcanza la membrana la fuerza venciendo el contrapeso y actuando sobre el micro ruptor; ste que puede ser mecnico o de mercurio, puede accionar una alarma o actuar automticamente sobre un transportador o maquinaria asociadas al depsito.

Membrana sensitiva o detector de diafragma

Es un pequeo peso mvil sostenido por un cable desde la parte superior del silo mediante poleas. Un motor y un programador situados en el exterior establecen un ciclo de trabajo del peso. ste baja suavemente en el interior de la tolva hasta que choca contra el acopio de slidos. En este instante, el cable se afloja, y un detector adecuado invierte el sentido del movimiento del peso con lo que ste asciende hasta la parte superior de la tolva, donde se para, repitindose el ciclo nuevamente.Medidor de nivel de Peso mvil

El instrumento se caracteriza por su sencillez pero debe ser muy robusto mecnicamente para evitar una posible rotura del conjunto dentro de la tolva, lo que podra dar lugar a la posible rotura de los mecanismos de vaciado.

El medidor de nivel de ultrasonidos consiste en un emisor de ultrasonidos que enva un haz horizontal a un receptor colocado al otro lado del tanque. Si el nivel de slidos est ms bajo que el haz, el sistema entra en oscilacin enclavando un rel. Cuando los slidos interceptan el haz, el sistema deja de oscilar y el rel des excita actuando sobre una alarma o sobre la maquinaria de descarga del depsito.Ultrasonido

El nivel del lquido (o slido) se mide mediante seales de radar transmitidas desde la antena en la parte superior del tanque.Radar

El medidor de radar de microondas consta de una fuente de microondas situada en la parte superior del tanque que emite un haz de microondas que se refleja sobre el slido y es captado por un detector. El sistema es ideal en productos muy viscosos como el asfalto. Su precisin es de +/- 2 y su campo de medida puede llegar a 40 metros.