Lab 3 Medición de presión

Instrumentación Industrial

Práctica N° 3 Med dic ciió ón nd de eP Pre esiió ón n

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IIN  A NT TE EG GR  R   AN NT TE ES S::    

Belén Contreras Miguel Ángel Chinchayán Cano Carlos Alberto García Pacheco Diego Huallpa Ponce Janeth Rocío

P R O OF FE ES SO OR  R :: PR   Alvarado Andrade Manuel

S SEEC CC CIIÓ ÓN N: C15-3-B

2011 - II

TECSUP

Medición de Presión

En el presente laboratorio de instrumentación industrial se utilizarán los diferentes instrumentos usados para la medición de la presión así como las características propias de cada uno de ellos. Los instrumentos a usar nos darán valores de presión en diferentes unidades y es necesario conocer cada una de ellas para hacer la comparación de la tabla de resultados en cada una de estas mediciones. Los equipos a usar serán: Manómetros en PSI, H2O, Hg, kPa, bar:

Aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los de gases.

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

TECSUP

Medición 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.

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Medición de Presión

BAR vs PSI 

Para el cálculo del valor teórico se uso la equivalencia de: PSI= 0.06895 Bar 

La tabla nos muestra los valores obtenidos en la medición del manómetro de PSI a bar, de la cual podemos deducir una relación con los valores medidos y los valores teóricamente hallados. El margen de errores del manómetro es muy bajo. psi

Bar Medido 0 0.18 0.33 0.44 0.57 0.71 0.85 1.01 1.15 1.3 1.43 1.57 1.7 1.84 1.94 2.11

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

teórico 0 0.136 0.272 0.4 0.54 0.68 0.82 0.95 1.08 1.22 1.36 1.49 1.63 0.76 1.9 2.04

bar vs psi 2.5 2 1.5    r    a    B

y = 0.0699x - 0.0042 R² = 0.9992

1

bar Linear (bar)

0.5 0 0 -0.5

10

20

PSI

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

30

40

TECSUP

Medición de Presión

Comentario: -En nuestra gráfica Bar Vs Psi , notamos que la pendiente (0.0699) es muy parecida al factor de conversión teórica (0.06895), por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajo porcentaje de error:

  

  



   

Manómetro de tubo y cubeta ¨Hg¨ vs Calibrador neumático ¨H2O¨  Para hacer el cálculo del valor teórico se usa la equivalencia: ´´H2O=0.07307 ´´Hg

Pennwalt 65-120 ´´H2O 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

´´Hg Medido 0 1.5 3 4.5 6 7.4 8.9 10.4 11.8 13.3 14.8 16.2 17.8 19.1 20.1 22.1 23.5 25 26.5 27.9 29.4

teórico 0 1.46 2.92 4.38 5.84 7.3 8.76 10.23 11.7 13.15 14.61 16.06 17.52 18.98 20.44 21.9 23.36 24.82 26.3 27.8 29.23

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Medición de Presión

(“H2O) vs“Hg)

35 30 25 20    g

   H 15    g     l    u    P

y = 0.0768x - 1.3004 R² = 0.9995

10 5

"Hg

0 0

100

200

300

400

500

-5

Pulg H2O

Comentario: -En nuestra gráfica “H2Ovs“Hg, notamos que la pendiente de nuestros datos medidos (0.0768) es muy parecida al factor de conversión teórica (0.07307), por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajo porcentaje de error:

  

   

   

Manómetro digital (¨Hg) vs Calibrador neumático ¨PSI¨ 

Para hacer el cálculo teórico se usa la equivalencia: PSI= 2.0360 ´´Hg

Pennwalt (PSI) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Manómetro digital (´´Hg) Medido 0 1.64 3.70 5.76 7.57 9.95 11.81 13.75 15.97 17.13 20 21.9 24

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

teórico 0 2.04 4.07 6.1 8.1 10.2 12.21 14.25 16.28 19.32 20.36 22.4 24.43

TECSUP

Medición de Presión

“Hg vs psi

60 50 40    g    H    g     l    u    P

30

y = 2.1008x - 0.0868 R² = 0.9995

20

"Hg

10 0 0

10

20

30

-10

PSI

Comentario: -En nuestra gráfica “Hg vs psi, notamos que la pendiente de nuestros datos medidos (2.1008) es muy parecida al factor de conversión teórica (2.0360) por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajo porcentaje de error:

  

   

   

H2O vs KPa

´´H2O

kPa

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0 7 11 18 23 27 31 37 41 46 51

KPa vs “H2O

100

y = 0.2464x + 1.0128 R² = 0.9995

80 60

   a    P     k

40

KPa 20 0 0

La equivalencia de la tabla es: ´´Hg = 0.24886kPa

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

100 Pulg 200 H2O

300

400

TECSUP

Medición de Presión

Comentario: -En nuestra gráfica KPa vs “H2O, notamos que la pendiente de nuestros datos medidos (0.2464) es muy parecida al factor de conversión teórica (0.2488) por lo cual decimos que los datos medidos tienen un bajísimo porcentaje de error:

  

   

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

   

TECSUP

-

Medición de Presión

Utilizamos marcas conocidas al medir la presión como : Psi : Weksler Bar: Dwyer ‘’  : Pennwalt 65-120(calibrador neumático) ’Hg: Dwyer(Manómetro de cubo)

Psi : Pennwalt 65-120 ‘’Hg: Dwyer(Manómetro digital) ‘’ : Omega (Manómetro digital)

KPa: Wika -

Al momento de usar el tubo con cubeta se noto que al tratar de llegar a un valor preciso de medición siempre había una variación en el nivel de fluido medido, por lo cual había que espera a que se deje de variar.

-

La medición más precisa que se pudo obtener en la medición de la presión fue la hecha con el medidor Wika y el manómetro digital Omega para la última tabla.

-

En el desarrollo del laboratorio se logró conocer el funcionamiento del manómetro analógico, manómetro digital y cuáles eran sus características propias de cada uno de ellos.

-

Los márgenes de error en las mediciones no solo son causados por los instrumentos sino también por la precisión del observador al momento de medir.

-

Se pueden utilizar diferentes unidades de medida de presión y cada una nos da una cierta información, por lo cual el usuario debe de escoger cual es la unidad con la que quiere trabajar para que se le facilite el trabajo.

-

Cuando se utiliza el banco de calibración subir la presión suavemente con la perilla para que su medición se mas precisa. Cuando se usa el tubo con cubeta no darle demasiada presión por que el mercurio puede pasar el nivel máximo de tubo.

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

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I.

Medición de Presión

FUNDAMENTO TEÓRICO

 A. transductores de presión Los transductores de presión son sensores que transforman la presión de un medio en señal eléctrica para su posterior análisis. La medición de la presión puede realizarse empleando diversos principios físicos, algunos de ellos son: - Bombardeo molecular sobre lámina muy fina. - Chips sensores de presión. - Acelerómetros de tecnología integrada. - Tecnología integrada piezoresistiva. Los más utilizados en esta área son los basados en tecnología integrada piezoresistiva. Se realizan con galgas extensiométricas (Strain Gages) midiendo presión diferencial. B. Transductores de presión diferencial. Los transductores de presión diferencial son utilizados para convertir la presión diferencial obtenida en el neumotacógrafo en señales eléctricas. Estos dispositivos tienen una cavidad hueca separada por una membrana

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

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II.

Medición de Presión

OBJETIVOS   

III.

Medir la salida de distintos transductores de presión: I, V, Mv Dibujar la función de transferencia de los transductores utilizados. Determinar una relación entre la entre la salida y la entrada del transductor 

PROCEDIMIENTO

Primer transductor a usar:

-

Tipo PX 605 con alimentación de 24 VDC Conectar un miliamperímetro y una resistencia e ingresar los valores de presión para poder variar salida de 4 a 20 mA

Tabla de valores hallados

PI(psi)

0

3

6

9

IO(mA)

4.03

5.46

7.13

8.73

12

15

10.28 11.89

18

21

24

27

30

13.5

15.1

16.3

18.2

19.3

TRANSDUCTOR PX605 , MARCA OMEGA: ESPECIFICACIONES TÈCNICAS: Excitación: 10 a 30 Vcc no reglamentada Salida: 4 a 20 mA (2 hilos) Corriente de alimentación: 20 mA Resistencia de aislamiento: 100 M ½ a 50 V Precisión: ± 0,4% BFSL (incluye la no linealidad, histéresis y los errores no repetición) ± 1,0% de Terminal Punto de método incluye la no linealidad, histéresis, no repetición, la compensación cero y ajuste de la sensibilidad errores Histéresis: ± 0,2% Repetibilidad: ± 0,05% Estabilidad: ± 1.0% / año Durabilidad: 100 millones de ciclos Temperatura de funcionamiento: -48 a 90 ° C (-55 a 195 ° F) Con compensación de temperatura: -29 a 82 ° C (-20 a 180 ° F) Efecto térmico cero: ± 0.07% FS / ° C Efecto térmico Span: ± 0.07% FS / ° C INFORME DEL LABORATORIO N° 3

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Medición de Presión

Grafica Io Vs Pi:

IO(mA) VS Pi(mA) 25 y = 0.5175x + 4.0482 R² = 0.9992

20 15

IO(mA) 10

Linear (IO(mA))

5 0 0

10

20

30

40

Segundo transductor a usar:

-Tipo PX 242 con una alimentación de 8 VDC Colocar el voltímetro en los terminales de dicho transductor para ver aumentar la presión de entrada desde 0 a 15 psi para variar su salida de 1 a 6 V.

Tabla de valores hallados

PI(psi)

0

1.5

3

4.5

6

7.5

9

10.5

12

13.5

15

VO(V)

1.05

1.52

2

2.46

3

3.42

3.91

4.4

4.87

5.35

5.82

TRANSDUCTOR PX242 MARCA OMEGA

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

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Medición de Presión

ESPECIFICACIONES TÈCNICAS Excitación: 8 VDC regulados, 7 a 16 Vcc Salida: 1 a 6 VDC @ 8 Ω Vcc en 800 minutos Linealidad: ± 0,25% de la linealidad y la histéresis combinado Repetibilidad: ± 0,1% Balance Cero: 1.0 Vcc ± 0,05; 3,5 Vcc ± 0,05 para PX243 Compensado Temperatura: -27 a 63 ° C (-17 a 145 ° F) Operable Sobrepresión: 2x FS Tiempo de respuesta: 1 ms Gage Tipo: de estado sólido piezorresistivo Material del cuerpo: acero inoxidable Material de la membrana: 2.5 mm (0.10 ") de chips cuadrados sensor de silicio con Buna-N O-ring Compatibilidad de medios: Limitado a los medios de comunicación no cáusticos que no dañarán el acero inoxidable, silicona, vidrio borosilicato o sello de Buna-N Presión del puerto: 1/8-27 NPT

Grafica Vo Vs Pi

VO(V) VS P1(psi) 7 6

y = 0.3186x + 1.0468 R² = 0.9999

5 4

VO(V)

3

Linear (VO(V))

2 1 0 0

5

10

15

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

20

TECSUP

Medición de Presión

Tercer transductor a usar:

-

tipo PX 236con una alimentación de 10 VDC colocar el voltímetro en los terminales de dicho transductor para ver aumentar la presión de entrada desde 0 a 30 psi para variar su salida de 1 a 80mV

Tabla de valores:

PI(psi)

0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

VO(mV)

0.1

8.2

16.1

24

32

40

48

55.9

64

71.9

80

TRANSDUCTOR PX236, MARCA OMEGA ESPECIFICACIONES TÈCNICAS: Excitación: 10 Vcc, 16 V máx. @ 2 mA Salida: Ver Rangos Impedancia de entrada: 6.8 k Ω Linealidad: ± 1.5% FS BFSL (± 0,5% FS BFSL 100 mV de salida) Histéresis y repetibilidad: ± 0,25% de la escala completa Balance Cero: ± 2 mV Rango de temperatura de funcionamiento: -30 A 70 ° C (-22 a 158 ° F) Gama de temperatura compensada: 0 a 50 ° C (32 a 122 ° F) Span Efecto térmico: ± 1,5% de escala completa Cero Efecto térmico: 0.04mV / ° C tip., 0,08 mV / ° C máx. Operable sobrepresión: 1,5 x a gran escala Tiempo de respuesta: 1 ms Tipo Gage: piezoeléctrico de estado sólido, resistente INFORME DEL LABORATORIO N° 3

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Material de montaje: Acero inoxidable Material de la membrana: 2.5 (0,10  )

Chip de silicio del sensor, 0.055  de volumen Presión del puerto:

 

-18 NPT

Conexión eléctrica: 450 mm (18 "), # 28 AWG 4 Conductor  Peso: 56 g (2 oz) Compatibilidad de medios: Limitado sólo a los medios de comunicación que  No ataque de poliéster, de silicio borosilicato vidrio, o el adhesivo epoxy.

Grafica Vo Vs Pi

VO(mV) Vs Pi(psi) 90 y = 2.66x + 0.1182 R² = 1

80 70 60 50

VO(mV)

40

Linear (VO(mV))

30 20 10 0 0

10

20

30

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Observaciones: -

Cuando se hace la medida de tención el voltímetro debe de tener la configuración de tención DC porque en caso contrario l valor de resultado no será el correcto. Detectamos una falla en el transductor pX605 ya que no calculaba bien, pero luego supimos como arreglar el problema. Tuvimos que efectuar el trabajo con un voltaje de 12 voltios.

Conclusiones: 







Se verificó la respuesta de los diferentes transmisores conforme se varió la presión, y se pudo identificar un comportamiento lineal, con un pequeño error. Se pudo aplicar conocimientos previamente tomados sobre conexión de transmisores y se utilizó para la medida de estos, un multímetro en todos los casos, siendo utilizado en ocasiones como voltímetro y en otras como amperímetro. Los errores se encuentran presentes en todos los instrumentos, y este se debe tomar  en cuenta a la hora de hacer un diseño. Los manómetros en general deberán contar con la banda reflejante que contrarresta el fenómeno de paralaje.

 Aplicaciones: -

Con este tipo de transductores se puede tomar la presión dentro de una caldera También pueden ser utilizados para supervisar la presión dentro de tuberías usadas para el transporte de fluidos. En el campo de la medicina se pueden utilizar para controlar la presión dentro de cámaras hiperbáricas. En la aeronáutica se utilizan en las cabinas presurizadas de los aviones. En plantas licuefactivas de gas donde se requiere trabajar con grandes presiones y controlarlas. En embotelladoras, para los procesos de fabricado de botellas por insuflación, donde se requiere trabajar con presiones determinadas. En el control de mecanismos neumáticos que se tengan en cualquier rama de la producción.

INFORME DEL LABORATORIO N° 3

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Medición de Presión

Aplicación: Para la aplicación del problema planteado, elegimos :

TRANSDUCTOR PX482A  – 100GI MARCA: OMEGA ESPECIFICACIONES              

 

Excitación: 11 a 30 V Salida: 4 a 20 mA CC (2 hilos) Max. Resistencia del circuito: 50 x (tensión de alimentación -11) ohmios Precisión: 0,3% máximo BFSL (incluye linealidad, histéresis y repetibilidad) Total de errores de la banda: 1% FS (incluye efectos de la temperatura dentro del rango de compensación de temperatura) Temperatura de funcionamiento: -40 a 80 ° C (-40 a 176 ° F) Con compensación de temperatura: -25 a 75 ° C (-13 a 167 ° F) Temperatura de proceso: -40 a 100 ° C (-40 a 212 ° F) 1 año de Estabilidad: