martes, 2 de junio de 2009

INSTRUMENTOS DE PRESIÓN



El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema.

Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.

La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

TIPOS DE INSTRUMENTOS

  1. Barómetro: Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera.
  2. Manómetro: es un instrumento de medición que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases.
  3. Tubo Pitot: El tubo de Pitot, inventado por el ingeniero y físico francés Henri Pitot, sirve para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica).
  4. Anemómetro: El anemómetro es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del tiempo y, específicamente, para medir la velocidad del viento.(No siempre es exacto a menos que sea un anemómetro digital).
CLASIFICACION DE LOS INSTRUMENTOS DE PRESION

Los instrumentos de medición y control son relativamente complejos y su función puede comprenderse bien si se encuentra dentro de una clasificación adecuada. Existen varias formas de clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus ventajas y limitaciones se considera las clasificaciones básicas; relacionada con la función del instrumento la relacionada con la variable del proceso y la relacionada con la operación del mismo instrumento.

a) En función del instrumento: De acuerdo con la función del instrumento, se tienen las formas siguientes:

• Instrumentos ciegos. Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable, por ejemplo, los instrumentos de alarma como los presostatos y termostatos (interruptores de presión y temperatura), los cuales poseen una escala exterior para seleccionar la magnitud de la variable, la cual se ajusta para disparar el interruptor, así mismo son instrumentos ciegos los transmisores de caudal, presión, temperatura, nivel, etc., sin indicación.

• Instrumentos indicadores. Los cuales disponen de una escala graduada y un índice con los cuales es posible ver el valor de una variable. De acuerdo a la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. También existen indicadores que muestran la variable en forma numérica con dígitos, llamados indicadores digitales.

• Instrumentos registradores. Los cuales registran con un trazo continuo o punteado la variable, pudiendo ser circulares o alargado, por ejemplo, los tacógrafos de los autobuses de pasajeros o los gráficos de un sismógrafo son los ejemplos de los dos tipos respectivamente.

• Los registradores de gráfico circular. Tienen una velocidad de una revolución en 24 horas aproximadamente mientras que la velocidad de un gráfico rectangular o alargado es de unos 20 mm/hora.

; Están en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada, por ejemplo, los transductores son elementos primarios.

El efecto producido por un elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc., por ejemplo, placa de orificio o diafragma, sello de diafragma, tubo Bourdón , los dos primeros generan un cambio de presión y fuerza y el tercero un cambio de posición.

• Los transmisores. Los cuales captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmite a distancia en forma de una señal eléctrica o neumática.

• El elemento primario puede formar o no parte integral de los transmisores.

• Los transductores que reciben la señal de entrada, función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida. Ejemplos son los relevadores eléctricos, los elementos primarios, los transmisores, los convertidores, etc.

• Los convertidores. Son aparatos que reciben una señal de entrada ya sea neumática o eléctrica, procedente de algún instrumento y después de modificarla la envían en forma de señal de salida, estándar, por ejemplo: un convertidor de señal de entrada neumática a señal de salida eléctrica etc.

Conviene señalar que es frecuente confundir un convertidor con un transductor. Este último término es general y no debe aplicarse a un aparato o instrumento que convierta una señal producida por instrumentos.

• Los receptores los cuales reciben las señales que proceden de los transmisores y las registran o las indican. Los receptores controladores envían otra señal de la salida que actúa sobre elemento final de control.

• Los controladores comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura, etc.) con un valor preestablecido y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación.

La variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o bien indirectamente en forma de señal eléctrica, neumática, electrónica o digital, procedente de un transmisor.

• Los elementos finales de control, los cuales reciben la señal del controlador y modifican el caudal de un fluido o agente de control. Por ejemplo una válvula neumática o un servomotor, encargados de controlar el caudal etc.

b) En función de la variable de proceso: De acuerdo con la variable del proceso, los instrumentos de medición se clasifican en instrumentos de caudal, nivel, presión, temperatura, densidad, ph, conductividad, frecuencia, fuerza, tensión, corriente eléctrica, resistencia, turbidez, etc.

Esta clasificación corresponde específicamente al tipo de las señales medidas, siendo independiente del sistema empleando en la conversión de la señal de proceso. Por ejemplo, un transmisor neumático de temperatura del tipo de bulbo y capilar, es un instrumento de temperatura a pesar de que el instrumento efectúa la medida convirtiendo las variaciones de presión del fluido que llena el bulbo y el capilar, transmitiendo la señal al receptor, siendo esta neumática; el instrumento sirve para medir temperatura; sin embargo, el aparato receptor de la señal neumática del transmisor anterior, lo podríamos considerar un instrumento de presión, caudal, nivel o cualquier otra variable, según fuera la señal enviada por el transmisor correspondiente.

c) En base a la operación del mismo instrumento: Otra clasificación usada frecuentemente es:

• Instrumentos eléctricos: Aquellos instrumentos de medición que usan energía eléctrica para hacer su función.

• Instrumentos mecánicos: Aquellos instrumentos que fundamentalmente usan mecanismos diversos para la medición o el control.

• Instrumentos hidráulicos: Aquellos instrumentos que usan la fuerza hidráulica para operar o ejecutar el control.

• Instrumentos neumáticos: Son todos los instrumentos que usan señales neumáticas para cumplir con su función.


MEDIDAS DE PRESION


Unidades y clases de presión
La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como

Pascal, bar, atmosferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada). En él Sistema Internacional (S.I.) esta normalizada en pascal de acuerdo con las Conferencias Generales de Pesas y Medidas que tuvieron lugar en Paris en octubre de 1967 y 1971, y según la Recomendación Internacional número 17, ratificada en la III Conferencia General de la Organización Internacional de Metrologia Legal. El pascal es 1 newton por metro cuadrado (1 N/m²), siendo el newton la fuerza que aplicada a un cuerpo.


CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE PRESIÓN, NIVEL Y CAUDAL.

Para calibrar los instrumentos de presión pueden emplearse varios dispositivos que figuran a continuación, y que utilizan en general manómetros patrón.


Los manómetros patrón se emplean como testigos de la correcta calibración de los instrumentos de presión. Son manómetros de alta precisión con un valor mínimo de 0,2 % de toda la escala. Esta precisión se consigue de varias formas:

1. Dial con una superficie especular, de modo que la lectura se efectúa por coincidencia exacta del índice y de su imagen, eliminando así el error de paralaje.

2. Dial con graduación lineal, lo que permite su fácil y rápida calibración.

3. Finura del índice y de las graduaciones de la escala.

4. Compensación de temperatura con un bimetal.

5. Tubo Bourdon de varias espiras.

6. Se consigue una mayor precisión (de 0,1 %) situando marcas móviles para cada incremento de lectura del instrumento.

La calibración periódica de los manómetros patrón se consigue con el comprobador de manómetros de peso muerto o con el digital.


El comprobador de peso muerto consiste en una bomba de aceite o de fluido hidráulico con dos conexiones de salida, una conectada al manómetro patrón que se está comprobando, y la otra a un cuerpo de cilindro dentro del cual desliza un pistón de sección calibrada que incorpora un juego de pesas.


La calibración se lleva a cabo accionando la bomba hasta levantar el pistón con las pesas y haciendo girar éstas con la mano; su giro libre indica que la presión es la adecuada, ya que el conjunto pistón-pesas está flotando sin roces. Una pequeña válvula de alivio de paso fino y una válvula de desplazamiento, permiten fijar exactamente la presión deseada cuando se cambian las pesas en la misma prueba para obtener distintas presiones, o cuando se da inadvertidamente una presión excesiva.


El comprobador de manómetros portátil utiliza la misma bomba empleada en el comprobador anterior y se utiliza para comprobar manómetros e instrumentos de presión, utilizando un manómetro patrón. Su funcionamiento es parecido al del comprobador anterior, excepto que las dos conexiones de salida se destinan una al manómetro patrón y la otra al instrumento de presión a comprobar.
El comprobador de manómetros digital consiste en un tubo Bourdon con un espejo soldado que refleja una fuente luminosa sobre un par de fotodiodos equilibrados. Se genera así una señal de corriente que crea un par igual y opuesto al de la presión que actúa sobre el tubo Bourdon. Una resistencia de precisión crea una señal de tensión directamente proporcional a la presión del sistema.


Complementando el instrumento anterior con potenciómetros de ajuste y una servoválvula se obtiene un
comprovabor de presion de precision. La precisión del comprobador de manómetros digital alcanza ± 0,003% de toda la escala, con una estabilidad de ± 0,005% de la lectura.


Añadiendo un ordenador y el software adecuado se consigue una automatización de la calibración con salida gráfica y por impresora, lo que permite satisfacer los requerimientos de la norma de calidad
ISO 9000.
Para presiones bajas, del orden de 1 bar se emplean columnas de mercurio portátiles para pruebas en campo, o de fijación mural en el taller de instrumentos. Según el modelo disponen de tres tipos de graduaciones: 0-1000 mm columna de mercurio (c. de Hg.), 0-1,4 bar o de 0-20 psi. Estas columnas de mercurio tienen conexiones en la parte inferior y superior aptas para la medida de presión y de vacío, respectivamente.


Para la medida de presiones más bajas se utilizan columnas de agua hasta 1,5 m de longitud, que tienen asimismo conexiones en la parte inferior y superior para medir presión o vacío, respectivamente.


Las columnas de mercurio y de agua descritas y un juego de manómetros patrón, se disponen generalmente en un panel o banco de pruebas de instrumentos que incorpora una bomba de vacío y filtros manorreductores de aire de precisión conectados al aire de instrumentos de la planta.


Un instrumento de nivel de presión diferencial se calibra disponiéndolo en el banco de pruebas con la conexión de alta conectada a un manorreductor y a una columna de agua o de mercurio para simular el campo de medida y la conexión de baja abierta a la atmósfera; la parte transmisora neumática o electrónica se alimenta aparte y su señal de salida va a una columna de mercurio del banco, en caso de señal neumática, o a una maleta comprobadora de instrumentos electrónicos en caso de señal eléctrica. La simulación del campo de medida se consigue transformando a presión la altura del líquido en el tanque del proceso y reproduciendo esta presión con el manorreductor del banco de pruebas.


Un instrumento de nivel de desplazamiento se calibra conectándolo a un tubo en U transparente que permite ver la altura de agua. La variación de la altura de agua en el tubo simula los puntos de nivel en todo el campo de medida y en el ensayo se sitúa el ajuste de densidad del instrumento en el valor 1. Una vez calibrado el instrumento bastará cambiar el ajuste de densidad al valor que tenga el líquido del proceso. En algunos instrumentos, el fabricante proporciona pesos calibrados para simular el nivel; en este caso no hay necesidad de sumergir el flotador en agua.


Los rotámetros no pueden calibrarse, exceptuando la parte transmisora cuando la llevan incorporada.
Los rotámetros para líquidos se comprueban haciendo pasar agua, de modo tal que la indicación del rotámetro se mantenga en un valor constante y recogiendo el agua en un tanque de capacidad conocida o en un depósito colocado sobre una báscula. Esta capacidad dividida por el tiempo transcurrido en la experiencia dará el caudal, que deberá coincidir con la indicación del rotámetro, teniendo en cuenta naturalmente las correcciones de peso específico, temperatura y viscosidad del fluido real comparado con el agua (fluido de ensayo). La comprobación del rotámetro puede realizarse también intercalando otro rotámetro de precisión en serie y comparando las dos indicaciones.


Los rotámetros para gases se calibran con un rotámetro de precisión en serie haciendo pasar aire. Se comparan las dos indicaciones afectadas de los correspondientes factores de corrección de peso específico, temperatura y presión. Otro sistema de calibración, utilizado en rotámetros de pequeño tamaño, emplea un tubo cilíndrico graduado con un pistón sellado mediante mercurio para evitar fugas. Al bajar el pistón con regularidad hace pasar aire a través del rotámetro bajo observación. El volumen de aire gastado dividido por la duración del ensayo, medida mediante un cronómetro, da el caudal que debe corresponderse con la posición del flotador afectada lógicamente de los coeficientes de corrección correspondientes.



EL MANOMETRO

Un manómetro es un tubo; casi siempre doblado en forma de U, que contienen un líquido de peso específico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presión


Tipos de Manómetros:

Los manómetros son de dos tipos, entre los cuales tenemos:

a.-) Manómetros del tipo abierto; con una superficie atmosférica en un brazo y capaz de medir presiones manométricas.

b.-) Manómetros diferencial; sin superficie atmosférica y que sólo puede medir diferencias de presión.


Manómetros Abiertos:

Las etapas recomendadas en la resolución de problemas de manómetros abiertos son:


Trazar un bosquejo del manómetro, aproximadamente a escala.


Tamar una decisión respecto al fluido en que se expresarán las unidades de carga.


Partiendo de la superficie atmosférica del manómetro como punto de carga de presión conocida, numérense , en orden los niveles de contacto de fluidos de diferentes pesos específicos.


A partir de la carga de presión atmosférica, pásese de un nivel a otro, sumando o restando las cargas de presión al reducirse o aumentarse la elevación, respectivamente, considerando los pesos específicos de los fluidos.

Manómetros Diferencial:

Las etapas o pasos que se utilizan en el cálculo de diferencia de presiones son:


Numero de "puntos estratégicos" indicados por los niveles de contacto de los fluidos. Se requiere cierta práctica para escoger los puntos que permitan los cálculos más sencillos.


A partir de la carga de presión incógnita P/ h en uno de los puntos extremos, escríbase una suma algebraica continua de cargas , pasando de un punto a otro e igualando la suma continua a la carga incógnita P / h en el otro extremo.


Resuélvase la ecuación para la diferencia de cargas, de presión y redúzcase a diferencias de presión si se desea.