Laboratorio sensores. El uso de sensores para la medición de variables físicas

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Tipos de sensores de caudal

- Elementos deprimógenos.

Se encuentran basados en la ecuación de Bernoulli que establece que la suma de energía cinética más la energía potencial de altura más la suma de energía potencial debido a la presión que tiene un fluido permanece constante. Con lo cual se establece relación entre la velocidad circulante y la diferencia de presión. Ejemplo de estos son la placa de orificio, tobera, venturi, cuña, codo, pitot etc.

Ventajas

- Sencillez de construcción, no hay partes móviles.

- Tecnología sencilla.

- Baratos para grandes dimensiones de tuberías.

- Válidos para casi todas las aplicaciones.

Desventajas

- No válidos para condiciones de proceso (presión, temperatura, densidad, etc.) cambiantes.

- Producen caídas de presión no recuperables.

- Señal de salida no es lineal (hay que extraer su raíz cuadrada).

- Se necesita un flujo laminar, es decir, tramos rectos de tuberías antes y después del elemento.

- Menos precisión que otras tecnologías

[pic 7]

Figura N° 7 Sensor de caudal, tubo de venturi.

En la figura N°7 se observa el tubo de venturi que puede ser usado como sensor de caudal para determinar la velocidad circulante con base a las presiones, áreas y altura. Además cabe recordar que conociendo la velocidad y el área se podrá conocer el caudal presente.

- Flujometro Electromagnético.

Están basados en la ley de Faraday la cual describe el comportamiento de la tensión inducida en un conductor en movimiento dentro de un campo magnético constante, esta tensión inducida será directamente proporcional a la velocidad de movimiento del conductor y a la longitud del mismo.

Para el caso del Flujometro Electromagnético para generar el campo magnético se dejan dos bobinas y como conductor se usa el flujo que pasa por medio de las bobinas induciendo en este una tensión que es captado por una serie de electrodos que miden esta tensión que será directamente proporcional a la velocidad del flujo en ese punto con lo cual el flujo se determina multiplicando la velocidad del flujo (determinada por la tensión anteriormente nombrada) por la sección transversal de la tubería. Para este caso el flujo a medir debe tener un mínimo de conductividad. [2] y [3]

[pic 8]

Figura N° 8 Medidor de flujo tipo electromagnético.

En la figura N° 8 se presenta físicamente el medidor de caudal electromagnético.

Ventajas

- No introducen perdidas de carga apreciables, esto permite que sean adecuados para grandes tuberías donde es importante que las pérdidas de carga sean pequeñas. [3]

- Si se consigue que la tubería permanezca llena pueden instalarse en cualquier posición. [3]

- No necesita tramos rectos largos antes o después del medidor. [3]

Estructura

[pic 9]

Figura N° 9 Estructura interna flujometro electromagnético

En la figura N° 9 se observa la estructura interna del flujometro electromagnético con cada una de sus partes. Para la conexión eléctrica de lo descrito anteriormente se debe implementar el circuito de la figura N°10 en el cual las señales de tensión Er y Es. Donde Er es la señal de referencia que se le da al sistema de instrumentación y Es es la señal producida en el caudal. [3]

[pic 10]

Figura N°10 circuito implementado para el medidor.

Electrodos

Al ser los únicos elementos que están al contacto con el fluido y adicionalmente están sometidos a un campo magnético. Deben cumplir la función de detectar la tensión inducida, la tensión en estos es del orden de los milivoltios por lo cual esta señal debe ser amplificada para su correcto manejo. Por el hecho de que los electrodos deben estar en contacto con el flujo su material debe ser compatible con las propiedades químicas del flujo siendo resistente a la corrosión y a la abrasión. En la tabla N° 1 se presentan algunos ejemplos de estos materiales implementador con correspondiente nivel de resistencia a la corrosión y a la abrasión. [3]

Tabla N° 1 Materiales usados en los electrodos

Material

Resistencia a la corrosión

Resistencia a la abrasión

Acero inox. 316

Alta

Media

Hastelly

Alta

Media

Platino

Muy alta

Baja

Monel

Alta

Media

Tantalio

Alta

Media

Titanio

Alta

Alta

- Flujometro ultrasonido.

- Turbina

Estos elementos basan su uso en piezas rotantes que son impulsadas por el flujo del fluido, que giran a una velocidad proporcional al caudal del fluido circulante, entre las desventajas que estos presentan está en que no son aptos para medir productos viscosos, ni con arrastre de sólidos.[3]

Consisten en un juego de paletas o aspas acopladas a un eje, las cuales giran cuando pasa un fluido a través