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Facultad de Ingeniería Escuela de Mantenimiento Mecánico Instrumentación y Control
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Sesores para Nivel y Temperatura

Feb 19, 2017

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Page 1: Sesores para Nivel y Temperatura

Facultad de Ingeniería

Escuela de Mantenimiento Mecánico

Instrumentación y Control

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Mide el estado de llenado de depósitos de:

a) líquidos

b) sólidos (polvo/granulados)

Nivel

Medidores de nivel:

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Medidores de nivel de forma

directa Los instrumentos de medición directa se dividen en:

1. De sonda

2. Cinta - plomada

3. Nivel de cristal

4. Instrumentos d e flotador

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Varilla o sonda: Consiste en una varilla o regla graduada, de la longitud

conveniente para introducirla dentro del depósito. La

determinación del nivel se efectúa por la lectura directa de

la longitud mojada por el líquido. En el momento de la

lectura el tanque debe estar abierto a presión atmosférica.

Se emplea en tanques de agua a presión atmosférica.

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Cinta y plomada: Este sistema 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.

También se usa midiendo la distancia desde la

superficie del líquido hasta la parte superior del

tanque, obteniendo el nivel por diferencia.

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Nivel tubular Tubo de material transparente y rígido conectado al depósito por dos bridas con dos válvulas manuales de corte.

El liquido sube por el tubo hasta igualar al nivel del depósito

Limitaciones:

No mucha presión

No T alta

No impactos

No líquidos que manchan interior tubo

También de vidrio armado

reflexión

refracción

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Medidor de nivel tubular

Tubo de vidrio para líquidos limpios Modelo NDAM BRUNO SCHILING

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MEDICIÓN POR PRESIÓN

HIDROSTÁTICA

Manométrico: consiste en un manómetro conectado

directamente a la parte inferior del tanque. El manómetro

mide la presión debida a la altura de líquido que existe

entre el nivel del tanque y el eje del instrumento.

Sólo sirve para fluidos limpios, ya que los líquidos sucios

pueden hacer perder la elasticidad del fuelle. La medición

está limitada a tanques abiertos y el nivel viene influido

por las variaciones de densidad del líquido.

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Burbujeo: 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 continúan de burbujas. La presión requerida para

producir el flujo continuo de burbujas es una medida de la

columna de líquido.

Este sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos

corrosivos o con Materiales en suspensión, ya que el fluido no

Penetra en el medidor ni en la línea de conexión

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Medidor de presión diferencial

Tanque abierto:

medidor de P

P = γ·g·h

Tanque cerrado:

P=Pliq-Pdeposito

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MEDIDOR DE NIVEL DE FLOTADOR:

Constituido por un flotador pendiente de un cable, un

juego de poleas y un contrapeso exterior.

MODELOS: de regleta (el contrapeso se mueve en sentido

contrario al flotador por una regleta calibrada),

magnéticos (el flotador lleva dentro un imán y se

desplaza moviendo una aguja indicadora).

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MEDIDOR POR ULTRASONIDOS:

El tiempo entre la emisión de la onda y la recepción del

eco es proporcional al nivel.

Hay que evitar que existan obstáculos en el recorrido de

las ondas. Son sensibles al estado de la superficie del

líquido (espuma).

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RESUMEN DE MEDIDORES DE NIVEL PARA LÍQUIDOS

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MEDIDORES DE NIVEL EN SÓLIDOS

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Varilla Flexible. La varilla flexible consiste en una

varilla de acero conectada a un

diafragma de latón donde está

contenido un interruptor. Cuando los

sólidos presionan, aunque sólo sea

ligeramente en la varilla, el interruptor

se cierra y actúa sobre una alarma.

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Cono Suspendido.

El cono suspendido consiste en

un pequeño interruptor montado

dentro de una caja impenetrable

al polvo, con una cazoleta o pieza

pequeña de goma de la que está

suspendida una varilla que

termina en un cono.

Cuando el nivel de sólidos

alcanza el cono, el interruptor es

excitado

Page 22: Sesores para Nivel y Temperatura

Detector de niveles continuos

El instrumento se caracteriza

por su sencillez puede

emplearse en control de nivel

pero debe ser muy robusto

mecánicamente para evitar

un posible rotura del

conjunto dentro d el a tolva.

Page 23: Sesores para Nivel y Temperatura

Nivel de bascula Una báscula es un instrumento para

medir y equilibrar fuerzas (pesos), y

comprende una serie de elementos

esenciales tales como un medio por el

cual se puede tomar y soportar la

carga, que por lo general es un tanque,

una plataforma, un gancho u otro

método conveniente para contener la

carga

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• MEDIDOR RADIOACTIVO:

Consta de una fuente radioactiva que se instala en un lado del depósito. Al otro lado se coloca un medidor de radiación.

Son buenos para medir fluidos con alta temperatura, líquidos muy corrosivos, etc. porque no existe contacto.

Su aplicación se ve limitada por las dificultades técnicas y administrativas que conlleva el manejo de fuentes radioactivas.

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• MEDIDOR CAPACITIVO:

Mide la variación de la capacitancia en un condensador cuando varía el medio

dieléctrico entre sus placas.

El dieléctrico es el líquido. Al variar el nivel del líquido varía proporcionalmente

la capacidad.

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TEMPERATURA

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío.

El uso de instrumentos de medición es primordial para el:

1. Control de sistemas

2. Regulación de ambientes de cultivación

3. Modos de producción

4. Preservación de materia

El siguiente diagrama es referido a los instrumentos de medida de temperatura y sus alcances.

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Campos de aplicación

usuales en el medio de Termómetros sistema Rango ºc

Termocupla -200..2800

S. De

dilatación

-195..760

Termoresist_

encias

-250..850

Termistores -195..450

Pirómetros

de radiación

-40..4000

Instrumento que sirve para

medir la temperatura. El más

usual se compone de un bulbo

de vidrio que se continúa por un

tubo capilar y que contiene

determinado elemento el cual su

dilatación por efecto de la

temperatura se mide sobre una

escala graduada.

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TERMÓMETRO DE VIDRIO Funciona por la dilatación de un líquido alojado en un bulbo ,

que se visualiza en un capilar cuyo pequeño diámetro permite apreciar grandes variaciones de la longitud del fluido dilatado para un determinado volumen.

La expresión del volumen total del fluido encerrado es:

V = Vo (1+ α Δt )

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ERRORES

1. Los que se generan por la dilatación

del tubo de vidrio.

2. Los que se deben al tiempo de

inmersión del bulbo.

3. Los que se deben a la falta de

uniformidad de la superficie transversal

del capilar.

4. Los que se deben a la profundidad de

inmersión , etc.

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Termómetro de Gas a volumen

constante

En este instrumento la variable que mide la temperatura es la presión de un gas que se mantiene a volumen constante. Se ha escogido este termómetro como patrón porque los valores de la temperatura que se obtienen con él son independientes del gas utilizado.

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TERMÓMETRO

BIMETÁLICOS

Se basa en la diferencia de dilatación de los metales tales como: AluminioBronce, Cobre , Laton , Níquel , Níquel Cromo , Monel , Acero , Aleación Hierro – Niquel(36%) llamada Invar , Porcelana , Cuarzo. El aluminio tiene el mayor coeficiente de dilatación de los mencionados.

Se obtienen exactitudes del orden del 1% de la medición.

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TERMOMETROS DE RESISTENCIA

Los termómetros de resistencia o termómetros a resistencia son transductores de temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de temperatura en una variación de resistencia eléctrica.

conductor, aislante o semiconductor.

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DETECTORES DE TEMPERATURA

RESISTIVOS (RTD)

Los detectores de temperatura basados en la variación de una resistencia eléctrica se suelen designar con sus siglas inglesas RTD (Resistance Temperature Detector).Dado que el material empleado con mayor frecuencia para esta finalidad es el platino, se habla a veces de PRT (Platinum Resistance Thermometer).

Un termómetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia eléctrica de métales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura; tal es así que se puede utilizar esta propiedad para establecer el carácter del material como

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El elemento de resistencia.- es un embobinado de material y

calibre adecuados

Línea de conexión

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Materiales usados normalmente en las sondas

PLATINO Es el material más adecuado desde el punto de vista de precisión y estabilidad, pero presenta el inconveniente de su coste. En general la sonda de resistencia de Pt utilizadaa en la industria tiene una resistencia de 100 ohmios a 0ºC. por esta razón, y por las ventajosas propiedades físicas del Pt fue elegido este termómetro como patrón para la determinación de temperaturas entre los puntos fijos desde el punto del Oxigeno (-183ºC) hasta el punto de Sb (630'5).

NÍQUEL Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada con una mayor variación por grado, el interés de este material lo presenta su sensibilidad; hay una falta de linealidad en su relación R - Tª. Efectivamente en el intervalo de temperatura de 0 a 100ºC, la resistencia de Niquel aumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un 38%. Sin embargo los problemas relativos a su oxidación u otro tipo de deterioro químico, limitan su utilización e incluso ponen en peligro la reproducibilidad de sus medidas. Otro problema añadido es la variación que experimenta su coeficiente de resistencia según los lotes fabricados.

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COBRE

El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en el rango de temperatura cercano a la ambiente; es estable y barato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya que hace que las variaciones relativas de resistencia sean menores que las de cualquier otro metal. Por otra parte sus características químicas lo hacen inutilizable por encima de los 180ºC.

TUNGSTENO

Tiene una sensibilidad térmica superior a la del platino, por encima de 100ºC y se puede utilizar a temperaturas más altas, incluso con una linealidad superior. Asimismo se puede hacer hilo muy fino, de manera que se obtengan resistencias de valor elevado, pero como consecuencia de sus propiedades mecánicas su estabilidad es muy inferior a la del platino. Las técnicas actuales de fabricación de láminas delgadas por evaporación , serigrafía u otro procedimiento ligado a la microelectrónica permiten depositar en superficies muy pequeñas resistencias de los materiales indicados anteriormente

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PIROMETROS

Un pirómetro, también llamado pirómetro óptico, es un dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas superiores a los 600 grados celsius. El rango de temperatura de un pirómetro se encuentra entre -50 grados celsius hasta +4000 grados celsius. Una aplicación típica es la medida de la temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o fundiciones.

Cualquier objeto con una temperatura superior a los 0 grados

kelvin emite radiación térmica. Esta radiación será captada y evaluada por el pirómetro. Cuando el objeto de medida tiene una temperatura inferior al pirómetro, es negativo el flujo de radiación. De todas formas se puede medir la temperatura.

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Uno de los pirómetros más comunes es el pirómetro de absorción-emisión, que se utiliza para determinar la temperatura de gases a partir de la medición de la radiación emitida por una fuente de referencia calibrada, antes y después de que esta radiación haya pasado a través del gas y haya sido parcialmente absorbida por éste. Ambas medidas se hacen en el mismo intervalo de las longitudes de onda.

Para medir la temperatura de un metal incandescente, se observa éste a través del pirómetro, y se gira un anillo para ajustar la temperatura de un filamento incandescente proyectado en el campo de visión. Cuando el color del filamento es idéntico al del metal, se puede leer la temperatura en una escala según el ajuste del color del filamento

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PIRÓMETROS DE RADIACIÓN

Los pirómetros de radiación se fundamentan en la ley de Stefan - Boltzman que dice que la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo negro aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, es decir

W = s T4

Donde

W (potencia emitida) es el flujo radiante por unidad de área,

s es la constante de Stefan - Boltzman (cuyo valor es 5.67 10-8 W / m2 K4) y

T es la temperatura en Kelvin

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Pirómetro óptico: la temperatura del objeto (un

horno por ejemplo) se obtiene

comparando el color de la

llama con el del filamento de

una lámpara eléctrica.

La variable termométrica

tiene que ver con la frecuencia

de la luz, magnitud que

determina el color de lo que

vemos.

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TERMOPAR Es un dispositivo utilizado para medir temperaturas basado en la

fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos.

Los termistores y termopares tienen a menudo elementos sensores de sólo uno o dos centímetros de longitud, lo que les permite responder con rapidez a los cambios de la temperatura y los hace ideales para muchas aplicaciones en biología e ingeniería.

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