Competencia 2 Sensores, transductores y transmisores

Competencia 2: Sensores, transductores, transmisores

Ing. Pablo Colorado PosadasElia Marlene Aquino Luna

Instrumentación Ingeniería Petrolera

Índice

2 Sensores, transductores, transmisores

2.1 Medición de presón

2.2 Medición de nivel y densidad

2.3 Medición de flujo

2.4 Medición de otras variables

2.4.1 Variables físicas

2.4.2 Variables químicas

2.5 Procedimiento para la calibración

2.5.1 Consideraciones previas para la calibración

2.5.2 Error

2.5.3 Incertidumbre

2.6 Criterios de selección

2.7 Acondicionamiento de señal

2.7.1 Funciones dede un acondicionador de señal

2 Sensores, transductores, transmisores

Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica en la actualidad, (antiguamente se utilizaban señales hidráulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlación definida. Los transmisores, también denominados transductores, sirven para convertir las magnitudes físicas clásicas en una señal eléctrica. Es decir, los transductores se utilizan principalmente en instrumentos de medición electrónicos.

Figura 2.1 Tipos de sensores

2.1 Medición de presión

La presión se define como la 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 misma superficie que lo encierra.

Figura 2.2 Fórmula de la presión

Tipos de presión

• Presión absoluta
• Presión manométrica
• Presión de vacío
• Presión diferencial
• Presión hidrostática
• La presión atmosférica
• La presión relativa

Figura 2.3 Tipos de presión

Clasificación de los instrumentos de presión

Elementos mecánicos

• Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas (barómetro de cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana).

• Elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen. Los elementos primarios elásticos más empleados son: el tubo Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.

Figura 2.4 Barómetro de cubeta

Figura 2.5 Tubo Bourdon

Bloque amplificador de dos etapas. Los transmisores neumáticos se basan en el sistema tobera-obturador que convierte el movimiento del elemento de medición en una señal neumática.

Elementos neumáticos

Figura 2.6 Transmisor neumático

Elementos neumáticos

Transmisor de equilibrio de movimientos: compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión posterior de la tobera.

Figura 2.7 Fuelle

Elementos electromecánicos y eléctricos

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

Figura 2.8 Medidores de esfuerzos

Figura 2.9 Transductor de presión

2.2 Medición de nivel y densidad

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Selección de medidores de nivel

2.2 medición de nivel y densidad

Los dos parámetros que tienen mayor influencia en la selección de la tecnología para la medición de nivel son la presión y temperatura, pero existen otros factores a tener en cuenta

• Variable requerida (masa, densidad)
• Precisión en la medida
• Características del tanque
• Condiciones ambientales
• Características del producto
• Requerimientos en instrumentación, incluyendo precisión, certificaciones, alimentación, etc..

Figura 2.10 Tipos de medidores de nivel

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Clasificación de medidores de nivel

Medición de nivel de líquidosMedición Directa

• Medidor de Sonda
• Varilla o sonda:

Varilla o regla graduada, de longitud conveniente para introducirla dentro del depósito.El nivel se determina por la lectura directa de la longitud mojada por el líquido.

• Medidor de Cinta y Plomada
• Cinta y plomada:

Consta de una cinta graduada y un plomo en la punta. Se emplea cuando es difícil que la varilla tenga acceso al fondo del tanque.

Figura 2.11 Medidor de sonda

Figura 2.12 Medidor de cinta y plomada

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Clasificación de medidores de nivel

Figura 2.13 Medidor de nivel de cristal

Figura 2.14 Medidor de flotado

• Medidor de Flotado
• Escala y Contrapeso:

Consiste en un flotador ubicado en el seno y conectado al exterior del tanque, directamente el nivel sobre una escala Es usado en tanques de capacidad grande.

• Medidor de Nivel de Cristal
• Visor de Vidrio:

Tubo de vidrio con su extremo inferior conectado al tanque generalmente mediante tres válvulas

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Medicion por presión hidrostática

Figura 2.16 Medidor de membrana

Figura 2.17 Medidor de burbujeo

Figura 2.15 Medidor manométrico

Membrana

Manométrico

Burbujeo

Usa una membrana conectada al instrumento receptor por un tubo estanco. El peso de 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.

Mediante un regulador de caudal se hace pasar por un tubo (sumergido en el depósito hasta el nivel mínimo), un pequeño caudal de aire o gas inerte hasta producir una corriente continúa de burbujas.

Es un manómetro conectado en la parte inferior del tanque y que mide la presión debida a la altura de líquido entre el nivel del tanque y el eje del instrumento. Sólo sirve para fluidos limpios

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Otros tipos de medición

• Medición por presión diferencial

El Medidor de Presión Diferencial

• Medición por desplazamiento
• Medición por características eléctricas del líquido

El Medidor de Nivel ConductivoMedidor Capacitivo

• Medidor Ultrasónico
• Medidor de nivel del tipo radar

Figura 2.18 medidor de presión diferencial

Figura 2.20 Tipos de radar

Figura 2.19 Medidor por desplazamiento

Figura 2.21 Medidor ultrasónico

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2.3 Medición de flujo

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2.3 MEDICIÓN DE FLUJO

¿Qué es un medidor de flujo?

Son instrumentos que monitorean, miden o registran la tasa de flujo, el volumen o la masa de un gas o líquido, también es posible que los conozca como contadores de flujo, indicadores de flujo, medidores de líquido o sensores de tasa de flujo.

Figura 2.22 Tipos de medidores de flujo

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Los medidores de flujo aportan un control y/o monitoreo preciso de lo que pasa por un caño o una tubería, incluyendo:

• Agua.
• > Aire.
• > Vapor.
• > Aceite.
• > Gases y otros líquidos.

Figura 2.23 Medidor de flujo

Figura 2.24 Medidor de flujo en tubería

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Clasificacion de los medidores de flujo

Industrialmente se utilizan muchos tipos diferentes de medidores que comprenden:

• Medidores basados en la medida directa del peso o del volumen.
• Medidores de carga variable.
• Medidores de área.
• Medidores de corriente.
• Medidores de dezplazamiento positivo.
• Medidores magnéticos.
• Medidores ultrasónicos.

Figura 2.25 Medidor de corriente

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Factores para seleccionar un medidor de flujo

• Rango
• Exactitud requerida.
• Pérdidas de presión.
• Tipo de fluido.
• Calibración.

Figura 2.26 Medidor de caudal

Figura 2.28 Medidor de flujo electromagnético

Figura 2.27 Medidor de flujo

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Medidores de cabeza variable

El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción,

Figura 2.30 Medidor de placa orificio

Figura 2.29 Tubo de venturi

Medidor de placa orificio

Cuando una placa se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería

Tubo de Venturi.

Dispositivo diseñado para medir la velocidad de un fluido en el interior de un conducto

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Medidores de área variable

Tubo pipot

Rotámetro

Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería

El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería.

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Figura 2.32 Tubo pipot

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Figura 2.31 Rotámetro

2.4 Medición de otras variables

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2.4 Medición de otras variables

Existen otras muchas variables que son también de interés industrial y que pueden clasificarse como físicas y químicas. Las variables físicas son aquellas relacionadas con las causas físicas que actúan sobre un cuerpo, con su movimiento o bien con las propiedades físicas de las sustancias. Las variables químicas están relacionadas con las propiedades químicas de los cuerpos o con su composición.

Figura 2.33 Instrumentos de medición

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2.4.1 Variables físicas

Peso

Figura 2.34 Medidores de peso

Figura 2.37 Higrómetro

Humedad y punto de rocío

Velocidad

Densidad y peso específico

Figura 2.36 Picnómetro

Figura 2.35 Tacómetro

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2.4.1 Variables físicas

• Viscosidad y consistencia

• Turbidez

Figura 2.39 Nefélometro

Figura 2.38 Viscosímetro

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2.4.1 Variables físicas

• Viscosidad y consistencia

• Turbidez

Figura 2.39 Nefélometro

Figura 2.38 Viscosímetro

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2.4.2 Variables químicas

Figura 2.40 Conductímetro

Figura 2.43 Medidor de conecntración de gases

Figura 2.42 Medidor Redox

Figura 2.41 pH-metro

Redox (potencial de oxidación-reducción):

Conductividad

pH

Concentración de gases:

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2.5 Procedimiento para la calibración propósito

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2.5 Procedimiento para la calibración

Los instrumentos industriales pueden medir, transmitir y controlar las variables que intervienen en un proceso. Ahora bien, en la práctica, los instrumentos de medición y control indican unos valores inexactos que se apartan, en mayor o menor grado, del valor real de la señal de entrada.

Calibración de instrumentos de presión caudal y nivel. Para calibrar los instrumentos de presión pueden utilizarse varios dispositivos que emplean, generalmente, manómetros patrón. Estos son manómetros de alta exactitud del orden del ± 0,2% de toda la escala.

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Figura 2.44 Medidor de caudal y nivel

Calibración de instrumentos de temperatura Para la calibración de instrumentos de temperatura se emplean baños de temperatura (calibradores de bloque metálico, de baño de arena y de baño de líquido), hornos, comprobadores potenciométricos

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Figura 2.45 Medidor de temperatura

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2.5.1 Consideraciones previas para la calibración

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2.5.1 Consideraciones previas para la calibración

La calibración de equipos de medición de temperatura para los laboratorios es necesaria para garantizar resultados óptimos. Por esta razón, se toman en cuenta unas consideraciones generales para calibrar los equipos de medición y asegurar que dicha medición sea lo más precisa posible

• La señal que produce el equipo: Es necesario considerar la señal que producen los equipos de medición a la hora de medir la temperatura. La señal debe ser lo más precisa posible para evitar errores.

• Estado físico: Se considera el estado físico de los equipos de medición para garantizar que no produzca una desviación de medición por corrosión o por daños mecánicos.

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• Intervalo de temperatura y precisión: Es de gran importancia saber la magnitud de la precisión y los intervalos de temperatura para que la medición se precisa para minimizar fallas e incertidumbre.

• La incertidumbre: El instrumento debe estar en capacidad de dar el mismo resultado con exactitud durante diferentes mediciones realizadas en las mismas condiciones

Figura 2.47 Incertidumbre

Figura 2.46 Precisión

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2.5.2 Error

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2.5.2 Error

Desviación que presentan las medidas prácticas de una variable de proceso con relación a las medidas ideales, como resultado de las imperfecciones de los aparatos y de las variables parásitas que afectan al proceso. Se considera que un instrumento está bien calibrado cuando, en todos los puntos de su campo de medida, la diferencia entre el valor real de la variable y el valor indicado, o registrado o transmitido, está comprendido entre los límites determinados por la exactitud del instrumento.

Figura 2.48 Exactitud

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Clasificación de errores

Errores circunstanciales (estocásticos o aleatorios) Este tipo de errores no se repiten regularmente de una medición a otra, sino que varían y sus causas se deben a factores ambientales externos sobre los instrumentos de medición.

Errores groseros: En este tipo de errores están presentes las siguientes causas: Fátiga del observador. Error al trasncribir las mediciones tomadas. Desconexión o alteración del sistema u equipo al que le estemos tomando medición. Este tipo de errores se pueden detectar al comparar otras mediciones de la misma magnitud.

Errores sistemáticos En estos errores se presentan de manera constante al realizar un conjunto de lecturas de una magnitud determinada. Dichos errores pueden ser: Defectos en el instrumento de medición. Mala calibración del instrumento de medición. Error en la escala. Errores de método

Figura 2.49 Errores circunstanciales

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2.5.3 Incertidumbre

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2.5.3 Incertidumbre

La incertidumbre es la probabilidad de que el valor medido por un instrumento no sea exacto. Es habitual que el error de un instrumento varíe a lo largo del tiempo, es lo que se conoce como deriva. Los mejores instrumentos de proceso o patrón son aquellos que son precisos (repiten muy bien) y son estables en el tiempo (tienen poca deriva).

En realidad, la incertidumbre es un intervalo normalmente centrado en el valor medido que establece un universo probable dentro del que se encuentra el valor verdadero de la medida efectuada. Esto es el intervalo de confianza. La seguridad de funcionamiento de los elementos de medida y transmisión depende de la correcta aplicación y de la instalación adecuada de los aparatos.

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Figura 2.50 Incertidumbre en equipos de medición

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2.6 Criterios de selección

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2.6 Criterios de selección

Definición

Para seleccionar correctamente un instrumento, debes conocer los datos de tus procesos o aplicación donde deseas instalar el equipo

Figura 2.52 Criterios de selección de un instruemnto

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Características de los sensores

Características deseables de los Sensores y Transductores.

• Exactitud
• Precisión
• Rango de funcionamiento
• Velocidad de respuesta
• Calibración
• Fiabilidad:

Figura 2.53 Características de un instrumento de medición

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2.7 Acondicionamiento de señal

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2.7 Acondicionamiento de señal

¿Qué es?

El acondicionamiento de señal es un proceso de adquisición de datos que se lleva a cabo mediante un instrumento llamado acondicionador de señal. Ese instrumento convierte un tipo de señal eléctrica o mecánica (señal de entrada) en otro (señal de salida). El objetivo consiste en amplificar la señal y convertirla a otro formato fácil de leer y compatible con fines de adquisición de datos o de control de una máquina.

Figura 2.54 Acondicionador de señal

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2.7.1 Funciones de un acondicionador de señal

• Conversión de señal
• Linealización
• Amplificación
• Filtrado
• Evaluación y funciones inteligentes
• Interfaces
• Acondicionadores de señal de HBM

Figura 2.55 Funciones de un acondicionador de señal

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Sección de preguntas

1.- ¿Qué es un sensor?R= Instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica en la actualidad 2.- ¿Qué es la presión? R= La presión se define como la fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de área. 3.- Menciona los tipos de sensores utilizados para medir la presión R= Capacitancia Variable (Capacitivos), piezo-resistivo (Strain Gauge), potenciométrico, piezo-eléctrico. 4.- ¿Cómo se clasifican los medidores de nivel? R= Medidores de nivel de líquidos, medidores de nivel de sólidos. 5.- ¿Qué es un medidor de flujo? R= Son instrumentos que monitorean, miden o registran la tasa de flujo, el volumen o la masa de un gas o líquido, también es posible que los conozca como contadores de flujo, indicadores de flujo, medidores de líquido o sensores de tasa de flujo. 6.- ¿Cuáles son otro tipo de variables a medir? R=Peso, velocidad, densidad, viscosidad, humedad, etc. 7.- ¿Cuáles son algunas consideraciones para la calibraci'on? R= Estado físico, la señal que produce el equipo, Intervalo de temperatura y precisión.

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Bibliografía

A., G. (08 de Octubre de 2018). Scribd. Obtenido de Scribd: https://es.scribd.com/document/390345643/2-7-Criterios-de-Seleccion# Amy. (s.f.). Obtenido de https://amyd.quimica.unam.mx/pluginfile.php/2659/mod_resource/content/1/Cap%C3%ADtulo%209.-%20TIPOS%20DE%20MEDIDORES%20DE%20CAUDAL.pdf Anónimo. (s.f.). HBK Company. Obtenido de HBK Company: https://www.hbm.com/es/7339/que-es-un-acondicionador-de-senal-funciones/ C, V. (10 de Mayo de 2019). Cercal group. Obtenido de Cercal group: https://cercal.cl/blog/consideraciones-generales-para-la-calibracion-de-equipos-de-medicion-de-temperatura-en-el-laboratorio/# Castañeda, Y. M. (2019). slideplayer.es. Obtenido de slideplayer.es: https://slideplayer.es/slide/14233041/ Martínez, T. M. (s.f.). wordpress.com. Obtenido de wordpress.com: https://tommartmtz.files.wordpress.com/2012/02/2a-unidad.pdf RAFAEL, C. M. (10 de Marzo de 2021). studocu.com. Obtenido de studocu.com: https://www.studocu.com/es-mx/document/instituto-tecnologico-superior-de-comalcalco/instrumentacion/unidad-2-instrumentacion-xdxd-profe-miguel/14941723 Studocu.com. (s.f.). Obtenido de Studocu.com: https://www.studocu.com/es-mx/document/instituto-tecnologico-de-oaxaca/instrumentacion/unidad-2-sensores-transductores-y-transmisoresresumen/28056050

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