MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE LA MATERIA DE INSTRUMENTACIÓN DEL TECNOLÓGICO DE MÉRIDA 2012

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012

2012

Instituto Tecnológico de Mérida Emiliano Alberto Canto Quintal

[MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN] El contenido del manual es la descripción de las prácticas de laboratorio que deben de realizarse durante el semestre escolar en la materia de instrumentación de ingeniería mecánica.


INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA. DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA.

INGENIERÍA MECÁNICA. MANUAL DE PRÁCTICAS DE

INSTRUMENTACIÓN. Semestre enero- junio del 2012

Objetivo del Manual de Prácticas de Instrumentación.

El objetivo de este trabajo es ofrecer a los alumnos de ingeniería mecánica, el

instructivo de las prácticas del laboratorio de la asignatura de instrumentación, con

tal que se realicen estas durante el semestre; cubriendo las cuatro horas semanales

de prácticas que indica el programa de la asignatura; integrándose este manual al

material para el uso intensivo del laboratorio de Ingeniería Mecánica.

Las prácticas presentadas en este manual, están diseñadas para realizarse en el

transcurso del semestre, así el alumno tendrá la oportunidad de complementar los

objetivos generales del curso; desarrollando habilidades en aplicar los

conocimientos teóricos adquiridos en las asignaturas cursadas de la carrera para:

diseñar, construir, calibrar y aplicar en usos industriales los instrumentos de

medición y control automático. También la realización cabal de las prácticas y de las

sugerencias didácticas, el alumno adoptará actitudes, y adquirirá habilidades que

fortalecerán la formación profesional del estudiante y consolidará los conocimientos

y criterios para la selección con su debida aplicación de los instrumentos de

medición y control automático en procesos industriales y en la experimentación

científica.

El estudiante, a través de un método sencillo aprenderá a diseñar y preparar

experimentos, y llevarlos a cabo con éxito, como analizar además los resultados

obtenidos y elaborar un correcto reporte técnico de la práctica realizada.

Para el estudiante el valor académico del presente manual de prácticas de

instrumentación, es la agilización del proceso de aprendizaje y refuerza los

conocimientos que la asignatura de Instrumentación aporta al perfil del egresado de

acuerdo al programa vigente de la carrera de Ingeniería Mecánica, para que el

estudiante logre ser un mejor ingeniero en su vida profesional.

El presente manual de prácticas coadyuva a lograr la excelencia académica que

exige la misión del Nuevo Modelo Educativo de la Enseñanza Superior de nuestro

Sistema Nacional de Institutos Tecnológicos.


Reporte de prácticas

Es obligatorio elaborar el reporte técnico de cada una de las prácticas realizadas.

Los objetivos del reporte son de evaluar en sí el aprovechamiento académico del

estudiante, de practicar la redacción y realización de los reportes técnicos, por ser

una actividad importante y necesaria de dominio; es cotidiana en la vida profesional

del ingeniero; la elaboración y redacción de informes técnicos especificando y

describiendo su actividad en el trabajo profesional del ingeniero mecánico, juega un

papel importante en la actividad industrial y de trabajos de investigación aplicada o

científica.

El formato del reporte es el de tamaño carta, el contenido del mismo, no debe ser

copia del texto que tiene el manual, en forma general, debe incluir los incisos que se

explican a continuación, y los estudiantes deben enriquecer y aportar sus análisis y

experiencias en el desarrollo de la práctica.

1.-Número y nombre de la práctica.

2.-Objetivo de la práctica.

Se debe explicar claramente cual es el objetivo principal y los objetivos específicos

por los cuales se realiza la práctica, explicar específicamente que conocimientos o

habilidades se pretenden adquirir o reforzar con el desarrollo de la práctica.

3.-Principios teóricos aplicados.

Aquí se expondrá el marco teórico de los temas y conocimientos que se reforzarán y

consolidarán al realizar la práctica, los utilizados para obtener y analizar los

resultados; incluirá los principios físicos y su expresión matemática

correspondiente.

4.-Material, herramientas y equipo utilizado.

Enlistar el material utilizado, las herramientas empleadas y el equipo necesario para

realizar la práctica, en este inciso se incluirá el software que se empleará, con las

especificaciones de cada elemento; se deben incluir todos y con mayor énfasis si

alguno es muy especializado o extraño a los comúnmente usados.

5.-Desarrollo o metodología de la práctica.

En este inciso deberá explicarse cómo se fue realizando la práctica paso a paso,

desde el inicio hasta culminar con los resultados finales; también las dificultades o

fallas que se hayan presentado, y como se resolvieron, para continuar con la

práctica, no es como se va hacer, si no como se realizo, no se trata de copiar y pegar

lo que dice en el manual de las prácticas.


6.-Diseño y construcción.

En el caso de que los objetivos de la práctica indiquen el diseño y construcción de

algún instrumento o dispositivo, se incluirá este inciso en el reporte, donde se

explicará como se realizó el diseño con su justificación matemática, análisis del

diseño y también el proceso de construcción. En este inciso es importante los

criterios considerados para apoyar el diseño y la construcción del instrumento con

sus discusiones.

7.-Presentación de resultados.

Aquí se presentarán los valores obtenidos de las mediciones y/o datos calculados

durante el desarrollo de la práctica, pueden ser presentados en tablas o gráficas o

ambas; si se utilizaron o fueron requeridos elaborar diagramas, incluirlos en este

inciso.

8.-Cálculos y análisis de los resultados obtenidos.

Aquí se presentará el manejo y la interpretación matemática de los datos obtenidos

para determinar los resultados finales de la práctica, como también se incluirá el

análisis de los mismos, en forma clara y concreta.

9.-Análisis de costos.

Si para la realización de la práctica se incurre algún gasto para la adquisición de

material, herramienta o maquinar piezas requeridas para la construcción o rentar un

equipo; incluir el costo de la práctica, sino se conoce el costo dar un valor estimado

con especificaciones.

10.-Observaciones y conclusiones.

En este inciso el estudiante expresará las observaciones que considere sobre la

realización de la práctica, pueden ser cuestiones de seguridad, de metodología, de

propuestas para mejorar la práctica, etc. y concluirá determinando si la practica

cumplió con los objetivos trazados, los conocimientos reforzados y nuevos que

aprendió en la práctica y por último los beneficios que brinda la realización de la

práctica.

11.-Relación de figuras y fotografías del reporte.

Se enlistarán de acuerdo a su orden de aparición las figuras, fotografías, dibujos,

diagramas, Etc. Con su nombre y número de página donde estén ubicadas.

12.-Bibliografía.

Se enlistarán los textos, revistas, manuales que se hayan consultado para la

realización de la práctica y la elaboración del reporte.

Se pondrá los nombres del texto, autor, editorial y fecha de edición.


Índice; después de la portada puede incluirse un breve índice con el contenido y

paginación de los incisos del reporte.

13.-Portada del reporte de las prácticas.

La portada de incluir los siguientes datos: Logotipos de la SEP, Dirección General de Enseñanza Superior Tecnológica y del Tecnológico de Mérida. Departamento de metal-mecánica. Laboratorio de ingeniería mecánica. Materia: instrumentación. Número y nombre de la práctica. Nombres de los integrantes del equipo. Nombre del profesor de la materia. Fecha en que se realizó la práctica.

NOTA IMPORTANTE

Los reportes se entregaran cada 8 días. Los alumnos

tienen la libertad de mejorar el contenido del reporte,

como también el orden, esta forma de reporte no es

rígida, es una sugerencia general de presentarlo y que los

alumnos decidan qué es lo importante para reportar.

Luego que el profesor revise los reportes y en caso de

indicar correcciones, los alumnos deberán corregir y al

final del semestre, se entregarán todos los reportes

técnicos de las prácticas debidamente digitalizado en un

CD.


Sección primera: conocimiento de instrumentos.

Práctica 1

“Conocer los instrumentos de medición utilizados en la

industrias, Identificación de elementos funcionales de

instrumentos de medición”

Objetivos de la práctica

El alumno deberá identificar los elementos funcionales y las variables que

intervienen en la medición e varios instrumentos previamente seleccionados, como:

manómetros de tubo de Bourdon, de tubos en “U”, termómetro de vidrio,

bimetálicos, venturímetros, rotámetros, balanzas, etc.

Revisar las páginas de internet de las componías que fabrican y/o venden

instrumentos de medición para las industrias y conocer los que se ofertan en las

diferentes ramas industriales y los tipos de instrumentos que se encuentran en el

mercado.

El alumno deberá conocer físicamente los instrumentos de medición y de control

que se encuentran instalados en los diferentes equipos del laboratorio. Deberá de

clasificarlos, elaborar y levantar un inventario describiendo las características

principales, los principios físicos de funcionamiento, la función que desempeña en

el equipo, etc.

Introducción a la primera parte de la práctica.

Los instrumentos de medición están integrados en tres etapas principales que lo

conforman y son:

I.-Etapa de detector-transductor: percibe la variable a medir, es la parte sensor que

tiene contacto con el medio a medir y detecta la variable física; realizando una

transformación del efecto físico de la energía (mecánica, eléctrica, neumática, etc.),

para obtener una señal más práctica que la original. En sentido general, un

transductor es un dispositivo que transforma un efecto físico en otro diferente.

II.- Etapa intermedia: esta segunda etapa, recibe la señal del sensor en una forma de

energía modificándola directamente por amplificación, filtrado u otro medio de modo

que esta señal disponible, sea una salida deseable para transmitirla a la siguiente

etapa.

III.-Etapa de terminación: en esta etapa va de acuerdo a la función Terminal del

instrumento, que indica, registra o controla la intensidad de la variable que se mide.

A su vez estas tres etapas de los instrumentos están formadas por elementos

funcionales que realizan una acción específica y que juntos integran el instrumento

para hacer posible su operación para la cual fueron diseñados y construidos. Los

elementos de funciones básicas de un instrumento se muestran en un diagrama de

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 bloques, esquema que describe los elementos activos de un sistema de

instrumentos, que nos ayuda ha comprender la operación de cualquier instrumento

con que se tenga contacto, o también para planificar o diseñar un instrumento nuevo

o que no se tenga.

En la siguiente página se muestran los elementos funcionales:

Elemento sensor primario o principal; es el primero en recibir la energía del medio

medido, produciendo una salida que de algún modo depende de la cantidad de la

variable medida.

Elemento de conversión de variable; este elemento convierte la cantidad de la señal

física de la variable medida a otra variable más adecuada o conveniente, sin dejar de

conservar el contenido de información de la señal original.

Elemento de manipulación de variable; un instrumento al realizar sus funciones para

el cual fue diseñado, puede requerir que alguna variable física se manipule de una u

otra manera. Por manipulación, se entiende específicamente, un cambio de valor

numérico, de acuerdo con una regla definida, pero conservando la naturaleza física

de la variable manipulada.

Elemento transmisor de datos; cuando los elementos funcionales de un instrumento

están materialmente separados, es necesario transmitir los datos de un elemento a

otro, el que realiza esta función se le llama elemento transmisor de datos. Puede ser

un elemento muy simple o uno muy complicado o de tecnología avanzada de punta.

Elemento de presentación de datos; los datos obtenidos de la cantidad de la variable

medida por el instrumento, se tiene que comunicar al observador interesado en

conocer el comportamiento del medio que se mide a través de los valores de la

variable a medir. Puede ser muy simple como una aguja indicadora sobre una

escala, un lápiz moviéndose sobre un papel, una memoria registrando los valores

con el tiempo hasta un proceso controlado por computadora.

Sensor-

transmisor

Transmisión Indicador

Registrador

Controlador

Medio que

se mide

Ia ETAPA IIa ETAPA IIIa ETAPA

Variable a

medir

Efecto físico

Figura 1.1.-Etapas de un instrumento

forma

distinta

de

energía


Esta práctica es correspondiente a la unidad I: “Variables de interés y

errores de medición”.

Fotografía 1.-Balanza con escalas

en gramos, libras y onzas para

alimentos.

Fotografía 2.-

TerrmómetrosBimetalicos

Medio

que se

mide

Elemento

Sensor

Primario

Elemento de

conversión de

variable

Variable a

medir

Forma

de

energía

Elemento de

manipulación

de variable

Elemento

transmisor de datos

Elemento de

presentación de

datos

Energía

transmitida Observador

Figura 1.2.- Diagrama de bloques de funciones básicas de los elementos de un

instrumento

Forma distinta de

energía


Material y equipo necesario

Se utilizará el material y equipo

didáctico que se encuentra en el

laboratorio de ingeniería mecánica

para la materia de instrumentación,

a continuación:

Manómetro de tubo de Bourdon

Manómetro de tubo de “U”.

Termómetro de vástago de vidrio.

Termómetro bimetálico.

Balanza o báscula.

Dinamómetros. Rotámetro de acrílico.

Presostatos.

Termostatos. Fotografías 3 y 4.-Manómetro de tubo de Bourdon.

Fotografía 5.- Multímetro de gancho y termopares

tipo K.

Metodología.

Definiendo los instrumentos con que se van a trabajar, el estudiante deberá

inspeccionarlo detenidamente, con cuidado para identificar y conocer el detalle

físico de sus partes y determinar cuales son sus funciones y su características,

trazará un esquema de cada uno de ellos identificando las funciones que realizan en

su trabajo de medición, estableciendo la correlación con las tres etapas del

instrumento y elaborar el correspondiente diagrama de bloques de los elementos

funcionales, como también indicar las variables involucradas o su efecto físico en su

proceso de medición.

Se trabaja con un instrumento y luego de terminar de realizar el diagrama de

bloques y definir las 3 etapas, se determina otro instrumento, y se realiza el análisis

y se procesa de la misma forma, hasta terminar con todos los instrumentos.

.


Figura 1.3.-Diagrama de secuencia para realizar la práctica

Sugerencias didácticas

Como sugerencias didácticas complementaria a la presente práctica, se propone a

los estudiantes realizar las siguientes actividades:

Visitar el laboratorio de ingeniería mecánica y el de química, inspeccionar los equipos y conocer los diferentes instrumentos con que están provistos los sistemas: los equipos de refrigeración, hidráulicos, eléctricos, caldera, columna de destilación etc.

En las visitas a las plantas termoeléctricas o de las industrias del sector productivo, como las embotelladoras de refrescos, cementeras y caleras, o a centros de investigación científica, observen los instrumentos que se utilizan en los procesos industriales y en los laboratorios de investigación.

Utilizando el Internet, en las páginas de instrumentación industrial, el alumno

tendrá la oportunidad de conocer la gran cantidad y variedad de instrumentos que se utilizan en la industria y el nivel de tecnología que se clasifican y como se aplican en la medición, registro y control de las variables físicas que intervienen en un proceso de producción.

I.-Selección de

instrumentos

II.-Inspección total de

cada instrumento

III.-Definir funciones

de sus partes

IV.-Establecerlas

tres etapas

principales

V.-Trazar el diagrama

de bloques de

elementos funcionales

VI.-Elaborar el

reporte de la

práctica


Reporte de alumnos.

Los alumnos reportarán de acuerdo al formato general de reporte de práctica que se

dio en la sección anterior; en este caso se deberá incluir en su contenido, para cada

instrumento lo siguiente:

La importancia del instrumento en las plantas industriales.

Las diferentes variables que intervienen en el proceso de medición.

Las tres etapas principales de que constan cada instrumento.

Esquema del instrumento con su correspondencia a sus elementos funcionales básicos.

Diagrama de bloques de las funciones básicas de cada uno de los instrumentos establecidos.

Establecer el diagrama de las funciones básicas de los instrumentos que conozcan a través de las páginas de las empresas comerciales de instrumentos.

Práctica 2

“Clasificación, tipos y características de instrumentos de

medición”

Introducción a la segunda parte de la práctica.

En las plantas industriales del sector productivo se utilizan diferentes tipos de instrumentos para la medición y control de las variables que intervienen en los procesos de la producción, como también en el funcionamiento de las máquinas y su operación. Los instrumentos de medición como los de control se pueden clasificar de acuerdo al fluido de trabajo o por el mecanismo de funcionamiento, como por ejemplo: neumáticos, eléctricos, hidráulicos, electromecánicos, mecatronicos, etc. también de acuerdo a la función final de la variable medida, pueden ser de diferentes tipos: ciegos, indicadores, registradores, transmisores, transductores, receptores y controladores. Por esto es importante que el estudiante conozca los diferentes tipos de instrumentos, con facilidad logre identificar y clasificar los utilizados en la industria.

TERMO ANEMOMETRO



Se utilizaran los equipos instalados en el laboratorio

de ingeniería mecánica, aunque podrían incluirse los

siguientes del laboratorio de ingeniería química:

Grupo Hidráulico Ansaldo.

Sistema de Aire Acondicionado y Refrigeración.

Grupo Turbogenerador (mediante vapor) Coppus.

Laboratorio de pruebas destructivas.

Tablero de mediciones eléctricas.

Máquinas de Control Numérico.

Banco de pruebas de medición de fluidos.

Equipo de circuitos Lógicos Festo Didatic (hidráulico-neumático).

Motor diesel marino.

Manuales existentes en el archivo del laboratorio.

Instrumentos resguardados en los anaqueles.

Fotografía 11.-Gabinete de mediciones eléctricas del grupo hidráulico.

Fotografía 12.- Grupo Hidráulico Ansaldo.


Metodología

I.-Seleccionar uno de los equipos del laboratorio, definir el objetivo del equipo, si se considera necesario solicitar el manual o recurrir al maestro o a los encargados del laboratorio. II.-Revisar el equipo y determinar los instrumentos de medición, registro y control con que cuenta el equipo, definir cuál es la función de cada uno de ellos y su principio físico de funcionamiento. III.- Seleccionar e identificar un instrumento del equipo, registrar las características posibles de determinar: marca, diámetro de la carátula, longitud de la escala, cuenta mínima, variable que se mide, medio a medir, tipo de instrumento, clasificación del instrumento, sensibilidad, etc.

Fotografía 13.- Bomba hidráulica centrífuga con manómetro.

IV.-Seleccionar e identificar otro instrumento del mismo equipo y registrar las características de este instrumento, como se realizó para el anterior; y luego seleccionar e identificar nuevamente otro instrumento del mismo equipo, así hasta tener registrados todos los instrumentos, incluyendo los de control y registro, del equipo correspondiente.

V.-Elaborar las tabla que se requieran con los datos recabados de los instrumentos del equipo que se trabajo, donde se especifiquen sus características, su clasificación, tipo, etc.

VI.-Seleccionar otro equipo de los que se tienen asignados y realizar de nuevo los pasos II, III, IV, y V; así hasta tener listos los equipos que se les tengan designados.

VII.-Elaborar el reporte técnico del inciso correspondiente de la práctica

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 .

Fotografía 13.- Bomba hidráulica centrífuga con manómetro.

Fotografía 14.-Termostatos y

presostatos de refrigeración

Fotografía 15.-Manómetro inclinado

de presión diferencial


Fotografía 16.- Equipo didáctico de refrigeración con su instrumentación.

Reporte de alumnos.

El alumno reportara en tablas el inventario de los instrumentos de cada uno de los

equipos que se hayan designado, en las que estarán las características de los

mismos.

Ilustrará con fotografías, dibujos o esquemas el repote.

Bibliografía preliminar.

Methods Experimentales Para Ingenieros. Jack P. Holman.

Mc Graw-Hill

Fundamentals of Temperature, Presurre, and Flow Measurements. Robert P. Benedict.

John Willey & Sons inc.

Manuales de los equipos de laboratorio. Catálogos comerciales de Instrumentación Industrial.

Páginas por internet de instrumentos que se encuentren en el mercado.

Apuntes de Instrumentación Ing. Iván Oliva Arias

Instituto Tecnológico de Mérida.

Fotografía 17.-Decibelímetro, para

medir el nivel de ruido.


Inventario de instrumentos de los equipos de laboratorio de

ingeniería mecánica.

Nombre del equipo ___________________fecha ____________responsable__

instrumento marca función fluido Var q

que

mide

Log de

escala

Rango

unidades

Cuenta

mínima

Diámetro

carátula

sensibilidad

Objetivo o función del equipo____________________________________

Nombre y número de la tabla para cada equipo.


Sección segunda: calibración de instrumentos por métodos

estadísticos.

Algunos parámetros estadísticos: estudiar el ANEXO A del presente manual.

En esta sección se aprenderá a utilizar los métodos estadísticos de mediciones

múltiples para obtener el comportamiento de las variables que miden los

instrumentos y establecer las características que identifican la calidad de la lectura

de los instrumentos y dan la confiabilidad para las mediciones realizadas en los

procesos donde se aplican.

Práctica 3

“CALIBRACION DE INSTRUMENTOS”

DINAMOMETRO Y BÁSCULA

Objetivos

o Aprender a hacer mediciones con el dinamómetro y con la báscula. o Aprender a calibrar la báscula y el dinamómetro. o Aplicar los conocimientos adquiridos en clase acerca de la calibración de

instrumentos como son: exactitud, error, desviación máxima, desviación mínima, etc.

o Practicar el método estadístico en la báscula y el dinamómetro.

PRINCIPOS TEORICOS DINAMÓMETRO Se denomina dinamómetro al instrumento que sirve para medir fuerzas. Fue inventado por Isaac Newton. Normalmente, un dinamómetro basa su funcionamiento en un resorte que sigue la Ley de Hooke, siendo las deformaciones proporcionales a la fuerza aplicada.

Ley de Hooke. Establece que la deformación ε de un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite de elasticidad.

La forma más común de representar matemáticamente la ley de Hooke es mediante la ecuación del resorte, donde se relaciona la fuerza F ejercida por el resorte con la distancia adicional x producida por alargamiento del siguiente modo:

F = k x ΔL,

Donde:

k = constante del resorte.

ΔL = longitud final menos longitud inicial = L – Lo

F = Fuerza aplicada

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_elasticidad

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 Para los resortes reales, esta ley es válida por debajo de un cierto valor del cociente de la tensión F/A < ζE, tras superar ese límite el material sufre internamente transformaciones termodinámicas irreversibles y pierde la capacidad de recuperar su longitud original al retirar la fuerza aplicada, persistiendo un remanente de deformación denominada deformación plástica.

BASCULA

Instrumento para medir masas.

Aparato para pesar. Existen diferentes tipos que varían en escala y precisión atendiendo al uso que se les vaya a dar.

Las básculas miden la masa e indirectamente la fuerza ejercida por un objeto sujeto a la fuerza de gravedad. Gracias a la relación F=ma, siendo a=la gravedad, es posible calcular la masa. Las básculas se tienen que "calibrar" en donde se vayan a utilizar, debido a las diferencias en la fuerza de gravedad en diferentes partes del planeta. El método utilizado para calibrar es por comparación a estándares o patrones internacionales definidos de masa (el kilogramo, la libra, etc.) La división se hace automáticamente por comparación, ya que se toma teóricamente una fuerza de gravedad constante... si la fuerza de gravedad es constante, entonces la masa es directamente proporcional a la fuerza.

Comercialmente existen dos tipos de básculas: mecánicas o electrónicas. Las básculas mecánicas actúan por medio de relación de palancas. Las básculas electrónicas utilizan un sensor (mejor conocido como celda de carga) que varía su resistencia conforme aumenta o disminuye el peso.

¿Qué materiales, herramientas o equipo se utilizara?

o Dinamómetro o Bascula o pesas de 10gr, 20gr, 30gr , 40gr, 50gr, 100gr y 200gr,400 y 500

Metodología para la báscula:

1. Se colocan los pesos en la bascula, se van poniendo 10 veces y se miden. 2. Se realizan 10 mediciones diferentes para cada uno de los pesos.

Para el dinamómetro:

1. Se coloca el dinamómetro en la posición vertical, para ellos se escoge un lugar conveniente.

2. Una vez puesto en la posición adecuada, se procede a colocar el peso. 3. Una vez colocado el peso, se espera a que el resorte se quede fijo. 4. Se toma la lectura que indica la escala del dinamómetro. 5. Se repite el mismo procedimiento para diferentes pesos. 6. Se realizan 10 mediciones diferentes para cada uno de los pesos.


PRESENTACION DE RESULTADOS Para la báscula:

N° DE

LECTURA

VALOR

REAL

(GR)

ix

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10

PROMEDIO

y MODA

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

N°

LECTURA

MEDIANA

DESVIA-

CIÓN

ESTÁNDAR

ERROR

MÁXIMO

ixL max

ERROR

MÍNIMO

minLxi

SESGO

xx

INCERTIDUM-

BRE

ESTANDAR

x

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Práctica 4

“Calibración de manómetros de tubo de Bourdon utilizando la

Balanza de Pesos Muertos”

Objetivo de la práctica

El alumno deberá ser capaz de calibrar los manómetros de tubo de Bourdon “tipo C

“, mediante la utilización del calibrador estático de la balanza de pesos muertos,

aplicando los métodos estadísticos para determinar las características del

manómetro: exactitud, incertidumbre, precisión y obtener la recta óptima de las

dispersiones de las lecturas para el definir el comportamiento del instrumento,

mediante el método de aproximaciones de Mínimo cuadrado

.

Fotografías 18 y 19.- Manómetro de

tubo de Bourdon “tipo C”

Figura 4.1.- Tubo de Bourdon con sus elementos

que lo integran.

Introducción

El manómetro de Bourdon “tipo C”, tiene en la práctica un uso generalizado y es de los más utilizados en las plantas industriales en recipientes sujetos a presión: hidroneumáticos, depósitos de gas y de aire comprimido, depósitos de agua caliente, calderas y líneas de vapor, en sistemas de refrigeración, en sistemas de bombeo de fluidos, en muchos procesos de intercambio de calor, de filtración y muchos más, se utilizan desde uno o varios manómetros de este tipo. Esta es la razón más importante, por la cual el estudiante de ingeniería mecánica, requiere conocer y practicar este método sencillo de calibrar los manómetros con el calibrador de la Balanza de Pesos Muertos.

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 La balanza de pesos muertos es un dispositivo de acero inoxidable que tiene sus extremos libres unidos por un conducto único, que esta lleno con aceite hidráulico; por un lado tiene un émbolo con un plato metálico, donde se colocan los pesos patrón para generar la presión real o de referencia y en el otro extremo se instalará el manómetro a calibrar, como indica la fotografía.

Fotografía 20.-Balanza de Pesos Muertos con manómetro y pesas

El principio físico que aplica para el funcionamiento de la balanza de pesos muertos

es el establecido por el físico-matemático francés, Blas Pascal (1623-1662).

“La presión que se aplica en cualquier punto de un líquido, se

transmite en la misma magnitud a todos los puntos del líquido”.

Material y equipo necesario.

Tres manómetros de tubo de Bourdon “tipo C”.

Calibrador de balanza de pesos muertos.

Micrómetro y/o vernier.

Herramientas, juego de llaves españolas.

Estopa y franela.

Báscula analítica o electrónica.

Juego de pesas patrón.

Mesa de granito nivelada.

Nivel de albañil.

Un litro de aceite automotriz.

Balanza de pesos muertos


Metodología:

Se deben de calibrar cuando menos tres manómetros.

I.- Estudiar o repasar el principio de funcionamiento del calibrador de la balanza de

pesos muertos; el principio físico en que se basa su operación es el principio de

Pascal.

II.-Instalar la balanza de pesos muertos en la mesa de granito para realizar las

mediciones, cerciorarse que este perfectamente nivelada, auxiliándose con el nivel

de albañil, verificar que contenga en su interior las cantidad adecuada de aceite;

seleccionar tres manómetros de diferentes rangos de escala y de las pesas patrón

que se requerirán de acuerdo a las capacidades de los manómetros.

III.- Tomar las dimensiones del émbolo, como también su peso; para determinar el

área transversal, para calcular la presión inicial; medir el diámetro del orificio del

conducto que aloja al émbolo; también es necesario registrar las características

visibles de cada uno de los manómetros y sus datos de placa, si las tuviera.

IV.-Instalar un manómetro en el extremo correspondiente de la balanza e insertar el

émbolo en su conducto; ya estabilizado, leer la presión indicada en la escala del

manómetro que es la presión medida por el instrumento; luego calcular la presión

conocida o real, dividiendo el peso del émbolo entre el área transversal del mismo;

registrarlos en las tablas de lecturas de las mediciones.

V.-Colocar una pesa en el plato del émbolo, esperar que se estabilice y leer en la

escala del manómetro la presión indicada o medida, calcular la presión real o

conocida con el nuevo peso, el del émbolo más el peso agregado entre el área

transversal del émbolo; registrándolas ambas en la tablas de lecturas de las

mediciones.

VI.-Realizar las mediciones, agregando gradualmente pesas al plato del émbolo,

hasta alcanzar el valor máximo de la escala del manómetro, registrando las

presiones indicadas en la carátula del instrumento como las presiones medidas y las

reales o conocidas las determinadas con el peso entre el área transversal del

émbolo en la tabla de lecturas de las mediciones. Cuando se realicen las lecturas de

la presión esperar que la aguja indicadora del manómetro se estabilice

completamente.

VII.-Luego de cubrir todo el rango de la escala del manómetro y registrar en la tabla

de lecturas los valores de las presiones; iniciar de nuevo otras lecturas con las

mismas presiones reales o conocidas, hasta cubrir el rango total de la escala del

manómetro; se repetirán varias veces este procedimiento de mediciones para

obtener una muestra significativa desde el punto de vista estadístico, cuando menos

10 veces que deben registrarse en la tabla de lecturas de mediciones.

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 VIII.-Elaborada la tabla de lecturas con los valores de las presiones medidas, aplicar

los conceptos estadísticos, para determinar su comportamiento en cuanto sus

mediciones: la moda, el promedio, desviaciones, medianas, errores, incertidumbre,

exactitud, precisión, también establecer los parámetros para obtener la recta óptima

con las dispersiones de las lecturas, que describa el comportamiento ideal del

instrumento.

IX.-Determinar si el instrumento exhibe histéresis, realizando las mediciones en todo

el rango de la escala “de bajada” es decir: comenzar con el valor máximo de la

escala, e ir reduciéndolo gradualmente, retirando pesas al plato del émbolo, hasta

dejar solo el peso del émbolo; para las presiones conocidas, sus correspondientes

presiones medidas , difieren de las lecturas de subida, quiere decir que el

instrumento calibrado “exhibe histéresis”; si las presiones leídas concuerdan

entonces se dice que el instrumento “no exhibe histéresis”.

X.-Elaborar el reporte técnico de la práctica de acuerdo al formato general que indica

la sección correspondiente al reporte de la práctica y lo que señala el inciso 9 de

esta práctica.

Tabla de valores medidos de la presión en la balanza de pesos muertos

Manómetro___________ Fecha______________ Responsable____________

No. De

lectura

pes

o

Presió

n

real

Lectur

a

1a

Lectur

a

2a

Lectur

a

3a

Lectura

4a

Lectur

a

5a

Lectur

a

6a

Lectur

a

7a

Lectur

a

8a

Lect

ura

9a

Lect

ura

10a

1

2

3

4

5

6

7

8

9

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 Tabla de resultados obtenidos de los valores medidos en la balanza de pesos

muertos

Manómetro___________ Fecha________________ Responsable___________

No de

lectura

media mediana moda Desviación

máxima

Desviación

mínima

error exactitud Incertidumbre precisión

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Nombre y número de las tablas de cada manómetro.

Determinar los valores máximos y los valores promedios, analizar estos resultados.

Sugerencias didácticas.

Estudiar el fundamento físico del funcionamiento de la balanza de pesos muertos y el del manómetro de Bourdon “tipo C”: el principio de Pascal y la ley de Hooke.

Investigar acerca de otros métodos que son utilizados para calibrar manómetros.

Al visitar las plantas industriales, preguntar al ingeniero o técnico, encargado del área, si sus manómetros son calibrados y de que forman los calibran.

Visitar los laboratorios de metrología del CRODE-Mérida y el del CICY.

Por Internet en páginas de sitios de instrumentación industrial, encontrar los manómetros y tipos de calibradores existentes en el mercado.

Leer las normas de metrología para la calibración de manómetros.

Estudiar y analizar los conceptos estadísticos de la calibración de los instrumentos.

Construir y calibrar manómetros de tubos en U.

Revisar en los laboratorios del Tecnológico y determinar cuantos manómetros y que tipos son los que tienen.


Reporte del alumno.

El reporte de la práctica deberá efectuarse de acuerdo al formato general presentado

en la sección de “reporte de la práctica” y deberá incluir lo siguiente:

Las características del manómetro del tubo de Bourdon:

Rango de la escala o escalas, unidades.

Diámetro de la carátula.

Marca del instrumento.

Fecha de construcción.

Sensibilidad, facilidad de lectura y cuenta mínima.

Exactitud, precisión e incertidumbre, y otros.

Características de la balanza de pesos muertos, dimensiones, peso del émbolo dibujos y fotografías de la balanza.

La tabla de registros de las lecturas de las mediciones realizadas durante el proceso de calibración.

Una tabla con los resultados de los cálculos estadísticos obtenidos de las lecturas de las mediciones.

Una gráfica indicando los valores de las dispersiones de cada valor de la muestra.

Obtener la ecuación de la recta óptima para el comportamiento de las mediciones del instrumento por el método de los mínimos cuadrados.

Estudiar el ANEXO A.

Incluir las sugerencias didácticas.


Métodos Experimentales para Ingenieros. Jack P. Holman. Mc Graw-Hill

Fundamentals of temperature, pressure, and flow measurements. Robert P. Benedict. John Willey & Sons Inc.

Estadística para ciencias e ingeniería. John B. Kennedy. Harla

Instrumentación Andrés Iván Oliva Instituto Tecnológico de Mérida.


Práctica 5

“Calibración de rotámetro”

Objetivo

El estudiante conocerá y pondrá en práctica el procedimiento de calibración de un

rotámetro, también conocerá su funcionamiento físico y la importancia que tiene en

la medición de flujo de fluidos en la industria.

También aprenderá a determinar el gasto en la forma primaria mediante el uso del

banco de pruebas para la medición del flujo.

El alumno caracterizará el rotámetro, trazando el diagrama relacionando el % de la

escala con el gasto del fluido, también relacionará el flujo del fluido y el área anular

existente entre el flotador y el tubo cónico.

Introducción

La medición de flujo es una herramienta muy importante en el campo de la

investigación, en las plantas del sector industrial, en el comercio y en la producción

energética, etc. esta importancia es por la necesidad de medir o controlar la cantidad

de fluido en los procesos ya sean de intercambio de calor, de mezcla de masas o

solamente conocer la cantidad de fluido manejado.

A continuación se hará mención de los medidores de flujo más usados y conocidos en la industria y se hará una breve descripción de su funcionamiento, así como de sus principales aplicaciones. Empezaremos por los medidores de flujo que se van a utilizar en las practicas del laboratorio y después se mencionarán otros medidores que igualmente se

encuentran en la industria. ROTÁMETRO Estos medidores operan sobre el principio de área variable, donde el fluido que está en movimiento cambia la posición de un flotador, pistón o de la paleta para abrirse en un área más grande para la travesía del fluido. La posición del flotador es usada para dar una indicación visual directa del gasto como se ve en la figura.

Área anular variable Figura 5.1.-Rotámetro clásico.

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 Como se observa en la figura 5.1 se aprecia a simple vista el área variable que distingue a este medidor, así como también el flotador que se mueve hacia abajo y hacia arriba en tubo graduado. La distancia de éste es proporcional al gasto del líquido y al área anular entre el flotador y la pared del tubo. Cuando se está midiendo el gasto de un líquido, el flotador es elevado por una combinación de la flotabilidad del líquido y la energía de velocidad del flujo. Cuando el flujo es de gas, la flotabilidad es despreciable, y el flotador responde a la energía de la velocidad solamente. Cuando el flotador alcanza una posición estable quiere decir que la fuerza hacia arriba ejercida por el fluido en movimiento es igual a la fuerza gravitatoria hacia abajo ejercida por el peso del flotador. Un cambio en el gasto trastorna este balance de fuerzas. Entonces el flotador se mueve hacia abajo o hacia arriba, cambiando el área anular hasta alcanzar de nuevo una posición donde las fuerzas estén en equilibrio. Cabe hacer notar que, debido a que la posición del flotador es dependiente de la gravedad, el rotámetro tiene que ser orientado y montado verticalmente. El rotámetro es popular porque tiene una escala lineal, un rango de medición relativamente largo y caída de presión baja. Es simple de instalar y mantener. Puede ser manufacturado en una variedad de materiales de construcción y para un rango amplio de presiones y temperaturas de trabajo.

Rotámetros de tubo de vidrio. El tubo es formado con vidrio de boro silicato, y el flotador es cuidadosamente maquinado en metal (de acero inoxidable generalmente), vidrio o plástico. El flotador tiene una orilla indicadora de la medición y la lectura es observada por medio de una escala montada a un costado y a lo largo del tubo. Los fluidos que no pueden ser medidos con este tipo de rotámetro son aquellos que atacan el tubo de vidrio, como el agua a 90 ºC con un alto PH, ya que suaviza el vidrio; el vapor húmedo, el cual tiene el mismo efecto; la sosa cáustica que disuelve el vidrio; y el ácido fluorhídrico, el cual desgasta el vidrio. Otra de las limitaciones son la presión y la temperatura. Los tubos pequeños de 6 mm de diámetro son adecuados para trabajar a presiones de hasta 34 kg/cm2, pero la presión de operación de tubos grandes de 5 cm de diámetro es menor a 7 kg/cm2. El límite práctico de temperatura para rotámetros de tubo de vidrio es de 100 ºC.

Rotámetro de tubo metálico.

Para presiones y temperaturas mas allá del rango práctico de los tubos de vidrio, se

utilizan los tubos de metal. Estos son manufacturados con acero inoxidable y con

flotadores de acero inoxidable. La posición del flotador es determinada por medio

de seguidores magnéticos o mecánicos que pueden hacer lecturas desde fuera del

tubo de acero. Como en los rotámetros de tubo de vidrio, el tubo y el flotador,

determinan la cantidad de flujo, y los ajustes y materiales de construcción son

necesarios para satisfacer las necesidades de aplicación.

En la figura 5.2 se observa un rotámetro de tubo metálico dotado de convertidor

magnético. Este dispositivo convierte el movimiento lineal del flotador del aparato

en un movimiento de giro que permite realizar funciones indicadora, transmisora,

integradora o de señalización de alarma.

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 El convertidor consta de una lámina de hierro magnético en forma de hélice y

encapsulada en una varilla no magnética de aluminio apoyada en un pivote de zafiro

que se sostiene en un diminuto cojinete de bolas. El conjunto en el que se integra la

hélice se sitúa paralelo al rotámetro. El vástago del flotador del rotámetro tiene

embebido un imán que se mueve con el flotador. El borde de la hélice es atraído por

el imán, convirtiéndose así el movimiento lineal en rotativo.

Estos rotámetros robustos son utilizados para servicios donde las altas presiones

de operación o temperaturas, golpe de ariete u otras fuerzas, pueden dañar los

tubos de medición de vidrio. Como los de propósito general, los rotámetros con

armadura pueden ser utilizados para la mayoría de los fluidos, incluyendo líquidos

corrosivos y gases. Ellos son adecuados para utilizar aplicaciones con vapor donde

el tubo de vidrio es inaceptable.

Figura 5.2.- Rotámetro magnético

Fotografía 23.- Rotámetro de acrílico

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 Rotámetro de tubo de acrílico

Los tubos de plástico son también utilizados en algunos diseños de rotámetros,

debido a su bajo costo y alta fuerza de impacto. Estos son típicamente construidos

de poli carbonato con algunos metales o plásticos de ajuste en los extremos. En los

casos que tengan plástico para su conexión, debe tenerse mucho cuidado durante

su instalación para no lastimar los filos de la rosca. Los rotámetros construidos

completamente de plástico se utilizan donde no se toleran las partes de metales

húmedos tales como el agua desionizada o alguna sustancia corrosiva.

Fotografía 24.- Diferentes tipos de rotámetros



Banco de pruebas hidráulico H1.

Bomba de agua.

Rotámetro No. 1 de vidrio de boro silicato.

Agua destilada, de 60 a 80 litros.

Mangueras, abrazaderas y válvulas,

Cronómetro.

Fotografía 25. -Banco de pruebas hidráulico H1

Metodología La dividiremos en dos partes:

I.- Descripción y utilización del banco de pruebas

hidráulico H1.

El banco de pruebas hidráulico H1, es el equipo

que proporciona el flujo de agua al instrumento,

mediante una bomba de 127 volts, también consta

de un tanque de pesar (bascula) y con las

mangueras instaladas, retorna el agua al banco;

depositándola en el tanque de pesar, para que de

esta manera logre equilibrarse con el peso

determinado proporcionado por unas pesas patrón

y así hacer una evaluación gravimétrica y con la

utilización del cronómetro, se determina el gasto

del flujo de agua.

Figura 5.3.- Tanque para pesar y su secuencia de

pesado

Técnica para pesar.

El mecanismo de precisión de pesar del Banco Hidráulico, que tiene una proporción de 3: l en el brazo, está diseñada para la medida exacta de cantidades relativamente grandes de agua hasta un máximo de 36 kg.

MANUAL DE PRÁCTICAS DE INSTRUMENTACIÓN 2012 Antes de empezar cualquier experimento, los alumnos deberán familiarizarse con el

siguiente procedimiento.

a) Cierre la válvula de suministro del banco y dirija la manguera de suministro al tanque de pesar a través del hoyo que está en el centro de la tapa

b) Quite el seguro que detiene el brazo de la balanza y levante éste último para asegurarse de que el tanque esté vacío.

c) El brazo debe estar en su posición más baja con sólo el peso del tanque de pesar (figura 5.3a). Ponga el seguro nuevamente por encima del brazo de la balanza.

d) Encienda la bomba. e) Abra la válvula de suministro del banco. f) Empiece a cronometrar el tiempo en el que el brazo se coloca en posición

horizontal y en seguida coloque el peso seleccionado en el soporte de las pesas. (véase figuras 5.3b y 5.3d)

g) Cuando la cantidad de agua suministrada equilibre el peso colocado, la balanza se pondrá de nuevo en posición horizontal (figura 5.3e). En este momento, detenga el cronómetro y apunte el tiempo cronometrado.

NOTA: La cantidad de masa de agua suministrada es 3 veces el peso de las

pesas colocadas, esto debido a las dimensiones del brazo de la balanza.

h) Cierre la válvula de suministro, o apague la bomba.

i) Para drenar el tanque de pesar, retire el seguro y levante el lado del brazo donde están las pesas por encima del tanque de pesar. Gentilmente deje que el brazo se levante hasta que se detenga con el fondo del tanque. Quite las pesas y el tanque continuará drenándose. Mientras la balanza retorna a la posición horizontal, levante el brazo durante 15 segundos para drenar lo que queda en el tanque de pesar.

OBSERVACIONES: El procedimiento anterior también puede realizarse sin la tapa

del H1 puesta. De esta manera es más fácil el procedimiento de drenaje y se puede

manipular la descarga a voluntad del usuario de una manera más accesible, ya

sea al dirigirla al tanque de pesar o al depósito del Banco.

Procedimiento para la calibración.

1. Conectar la manguera de salida del H1 con la entrada del Rotámetro 1. 2. Conectar la salida del Rotámetro 1 y dirigirla al tanque almacenamiento del

H1. 3. Abrir completamente la válvula del Rotámetro 1 y del H1 4. Prender la bomba del H1 5. Cerrar la válvula del Rotámetro 1 hasta que el flotador marque 10 %. 6. Dirigir la salida del Rotámetro 1 al tanque de pesar al mismo tiempo que se

comienza a medir el tiempo. 7. Cuando la balanza se pone en posición horizontal se detiene el cronómetro. 8. Se vacía el tanque de pesar. 9. Se repite desde el paso 5, pero esta vez con otro porcentaje, así hasta

terminar con la escala del Rotámetro 1.

A

B

C

D

E


Fotografías 26 y 27.-Entrada y salida de agua al rotámetro

Forma primaria de medir el gasto

Objetivo.

Mediante la técnica para pesar del Banco Hidráulico, H1 determinar el gasto de la

bomba de la forma más sencilla mediante el uso del tanque para pesar del H1;

mediante la medición del peso del flujo en un tiempo determinado.

Entrada

Salida


Equipo necesario.

Banco Hidráulico H1

Pesas de 6 a 10 kg

Cronómetro

Agua destilada

Procedimiento.

1. Verifique que el nivel de agua del Banco Hidráulico sobrepase suficientemente la bomba. De no ser así introduzca el agua destilada hasta que la bomba esté completamente cubierta.

2. Seleccione un peso de entre 6 y 10 kg 3. Mida el tiempo de llenado del tanque de pesar con diferentes aperturas en la

válvula de suministro de la bomba del H1 cómo indica en la sección anterior. 4. Apunte los resultados en la tabla 5.1. 5. En base a los resultados elaborar el reporte correspondiente, incluir una

gráfica de % de abertura de la válvula contra gasto determinado.

Calibración del rotámetro 1 del LIM.

Procedimiento.

1. Verifique que el nivel de agua del Banco Hidráulico sobrepase suficientemente la bomba. De no ser así introduzca el agua destilada hasta que la bomba este completamente cubierta.

2. Conectar el Rotámetro 1 como se indica en tema anterior. 3. Tomar las diferentes lecturas de los manómetros piezométricos y el tiempo

en equilibrar la bascula con el agua que circula. 4. Anotar los resultados en la tabla 5.2 5. En base a los resultados elaborar el reporte según el formato establecido.

Incluir en el reporte: Incertidumbre Combinada del instrumento, gráfica de la Recta Característica y Optimizada.


Pesas en

Kg: Peso del Agua:

Apertura

de

Lecturas, tiempo en segundos,

gasto en kg/s Tiempo Gasto

la válvula t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 promedio promedio


[Escribir texto] Página 72

Pesas en Kg:

Peso del

Agua: Tiempo Gasto Datos Estadísticos

Escala del

Lecturas, tiempo en

segundos. promedio promedio

Rotámetro t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 (s) (kg/s) Moda Mediana Media Dmáx Dmín

20%

40

60

80

100




En las visitas a las plantas realizadas durante el curso, identificar y clasificar los diferentes rotámetros que encuentre en las fábricas visitadas.

Buscar en las páginas de Internet sitio en instrumentación industrial y la de rotámetros, los tipos y usos de estos instrumentos en el área industrial, los que se encuentren en el mercado.

Identificar en los laboratorios de ingeniería mecánica y de química, los diferentes rotámetros que se utilicen en los equipos didácticos.

Contestar el siguiente cuestionario: 1. ¿Cuál es la función del rotámetro? 2. ¿Cuáles son los elementos principales de un rotámetro? 3. ¿En que industrias se utilizan los rotámetros? 4. Explica el principio de Arquímedes y la fuerza de arrastre en un fluido. 5. ¿Cómo diseñarías y construirías un rotámetro?

Reporte de los alumnos.

El reporte de esta práctica deberá estar de acuerdo al formato general que se presenta

en la sección inicial del manual, pero debe de incluir los siguientes resultados

obtenidos de los cálculos que se realizan con la información de la práctica realizada:

Incertidumbre estándar

Precisión

Exactitud del rotámetro

Determinación de la recta óptima de las dispersiones de las lecturas de las mediciones en la escala del rotámetro y el pesado de la báscula, mediante el método de los mínimos cuadrados.

Y otros que pueda determinar.


Manual de prácticas para los medidores de flujo del laboratorio de ingeniería mecánica.

Ing. Emiliano A. Canto Quintal y Br. Manuel Nájera Sánchez Instituto Tecnológico De Mérida.

Fundamentals of temperature, pressure, and floor measurements. Robert P. Benedict

John Willey & Sons INC.

Instrumentación Ivan Olive Arias Instituto Tecnológico de Mérida.


Z1

Línea de referencia

Práctica 6

“Calibración de venturis y orificios” (estudiar el manual para medición de

fluidos)

Objetivo de la práctica

El estudiante relacionará la ecuación de continuidad y el teorema de Bernoulli con la aplicación en medidores de flujo mediante el diferencial de presiones, cómo son: los venturis, las toberas y la placa orificio. Caracterizar los instrumentos utilizando el banco de pruebas hidráulico H1, para medir el gasto real y con la presión diferencial de los instrumentos, calcular el gasto medido. Se utilizará el equipo didáctico de medidores de flujo H10 del laboratorio de ingeniería mecánica. Comprobar de manera experimental la cantidad de flujo que pasa a través de una tubería el cual es medido por cuatro diferentes métodos de medición, los cuales son: mediante un cronómetro y un tanque de pesar, mediante un medidor de venturi, un medidor de placa con orificio y con un rotámetro. De esta manera se comprenderá el funcionamiento de cada tipo de medidores así como sus ventajas y desventajas. Introducción Los medidores de flujo de presión diferencial cómo los venturis, toberas y placa orificio, son muy utilizados en las plantas industriales por la sencillez en su funcionamiento y lo relativamente económicos. A medida que un fluido esta en movimiento a través de un conducto de sección transversal y elevación variables, la presión, velocidad y energía potencial de éste cambian a lo largo del conducto (ver Figura 7.2). En 1738, el físico Daniel Bernoulli (1700–1782) fue el primero en deducir una expresión fundamental que relaciona la presión con la velocidad del fluido y la elevación. Como se verá, este resultado es una consecuencia de la conservación de la energía, aplicada al fluido ideal.

P1 P2 A2 v2 A1

ρ2

ρ1 z2

FÍgura 6.1.-Fluido que circula por una tubería Donde: P1: presión que ejerce el fluido sobre el conducto en el punto 1


P2: presión que ejerce el fluido sobre el conducto en el punto 2 v1: velocidad del fluido en el punto 1 v2: velocidad del fluido en el punto 2 z1: altura con respecto a una línea de referencia en el punto 1

z2: altura con respecto a una línea de referencia en el punto 2

A1: área de la sección transversal del conducto en el punto 1

A2: área de la sección transversal del conducto en el punto 2

ρ: densidad del fluido

Entonces se puede decir que la suma total de las energías que posee una partícula de un fluido en movimiento debe permanecer constate a lo largo del conducto. Entonces la ecuación de Bernoulli es de la siguiente manera:

Energía Potencial + Energía de Presión + Energía Cinética = Constante

Y como la energía potencial se define como el peso de cierta cantidad de fluido localizada en una altura determinada. Siendo el peso igual a la masa del fluido por el valor de la gravedad y siendo la altura z. La energía potencial queda cómo:

mgzEPot

Y definiendo la energía de presión como la energía necesaria para desplazar un fluido a una distancia determinada. Se sabe también que la fuerza es igual a la presión por el área en la cual es aplicada dicha presión, y multiplicando lo anterior por la distancia que se desplaza (l) obtenemos la llamada energía de presión.

PVPAlEPres Y como sabemos que m =ρV, la ecuación anterior nos queda como:

PmEPres

Y definiendo la energía cinética como la energía que posee un fluido debido a su velocidad y masa en movimiento:

2

2mvEC


2m1m

Figura 6.2.-esquema del principio de conservación de la masa

- masa de entrada igual a masa de salida-

2

2

221

2

11

22z

g

v

g

Pz

g

v

g

P

212

2

221

2

11

22 Hz

g

v

g

Pz

g

v

g

P

Ya definidas cada una de las energías, y considerando los dos puntos del conducto, la ecuación de Bernoulli queda:

22

2

222

2

111

mvmPmgz

mvmPmgz

Dividiendo ambos lados de la igualdad entre mg:

Pero en un sistema real existen pérdidas de energía debido a la fricción que hay entre el fluido y las paredes del conducto, entre otros más; entonces se deben considerar estas pérdidas en la ecuación de Bernoulli quedando de la siguiente manera:

Donde ΔH1-2 es la suma de las pérdidas de energía que sufre el fluido del punto 1 al punto 2.

Ecuación de continuidad La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy

útil para el análisis de fluidos que fluyen a través de tubos o ductos con diámetro variable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del ducto a otra.

Si se considera un fluido con un flujo estable a través de un conducto con una entrada y una salida como se muestra en la figura 6.2. La razón con la cual el fluido entra en el ducto debe ser igual a la razón con la que el fluido sale del volumen para que se cumpla el principio fundamental de conservación de masa.


VLVL

Viscosas Fuerzas

Inerciales FuerzasRe

El flujo de masa m que sale del ducto esta dado por Qm , donde ρ, es la

densidad del fluido y Q el caudal. Pero como sabemos que el caudal es igual a la velocidad del fluido v multiplicada por el área de la sección transversal del ducto. Entonces la expresión de flujo de masa queda:

Avm

Ahora, si definimos A1 como el área de la sección transversal a la entrada del fluido y A2 como el área de la sección transversal a la salida y, v1 y v2 como las velocidades del fluido en la entrada y en la salida respectivamente, se puede establecer la siguiente relación:

2211 vAvA

Esta expresión es muy útil en el análisis de los flujos en movimiento a través de ductos y se suele sustituir en la ecuación de Bernoulli para facilitar la obtención del valor de alguna variable que deseamos conocer. NÚMERO DE REYNOLDS

El número de Reynolds es una cantidad adimensional muy utilizada en mecánica de fluidos. Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En este caso nos permite predecir el carácter del flujo, es decir, si es laminar o turbulento.

Las características que condicionan el flujo laminar dependen de las

propiedades del líquido y de las dimensiones del flujo. Conforme aumenta el flujo másico aumenta las fuerzas del momento o inercia, las cuales son contrarrestadas por la fricción o fuerzas viscosas dentro del líquido que fluye.

Cuando estas fuerzas opuestas alcanzan un cierto equilibrio se

producen cambios en las características del flujo. En base a los experimentos realizados por Reynolds en 1874 se concluyó que las fuerzas del momento son función de la densidad, del diámetro de la tubería y de la velocidad media. Además, la fricción o fuerza viscosa depende de la viscosidad del líquido. Entonces, el Número de Reynolds se definió como la relación existente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas (o de rozamiento).

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_adimensional

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_fluidos


Donde: ρ: densidad del fluido V: velocidad media del fluido L: longitud característica μ: viscosidad dinámica del fluido Ѵ: viscosidad cinemática del fluido

El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos. Observando la ecuación anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar.

Si el Número de Reynolds es 2100 o menor el flujo será laminar. Un

número de Reynolds mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento.

Y en su construcción, como también en su costo; su uso es muy generalizado en las instalaciones hidráulicas de procesos industriales y de flujo de gases, para medición y control de flujo.

Medidor de venturi. Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de Vénturi por el científico italiano que fue el primero en experimentar en tubos divergentes. El medidor de Vénturi o Venturímetro es usado para medir la tasa de flujo en una tubería.

Por lo general es una pieza fundida formada por una entrada del mismo tamaño que la tubería, forrada de bronce y provista de un anillo piezométrico; una región cónica convergente, una garganta cilíndrica forrada de bronce y provista de otro anillo piezométrico, y una sección cónica gradualmente divergente forrada de bronce, a la cual le sigue una sección cilíndrica del tamaño de la tubería. Un manómetro diferencial está conectado a los dos anillos piezométricos. El venturímetro puede observarse en la figura 6.3.

El tamaño del medidor Vénturi se da con el diámetro de la tubería y la garganta; si un medidor de Vénturi es de 6 x 4 pulgadas tiene una entrada y salida de 6 pulgadas y puede ser instalado en una tubería de este mismo diámetro, y su garganta tiene una medida de 4 pulgadas.


Figura 6.3.- Medidor de flujo por vénturi

Para obtener resultados más exactos el medidor Venturi debe ser precedido por tubería recta con una longitud de al menos 10 veces el tamaño del diámetro de la tubería. En el flujo del fluido por el venturímetro la velocidad va incrementándose de manera considerable conforme se acerca a la garganta, así mismo su presión va disminuyendo de manera proporcional.

Medidor de placa con orificio

Son dispositivos que consisten en una reducción en la sección de flujo de una tubería, de modo que se produzca una caída de presión a consecuencia del aumento de velocidad.

Usualmente el diámetro del orificio está entre 50 y 76% del diámetro de la tubería. La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente a un diámetro de la tubería de la cara del orificio y la de corriente abajo a una distancia de 0.5 del mismo diámetro, D2.

En los medidores instalados la manera más simple de obtener la caída de presión consiste en el empleo de un manómetro diferencial en “U” como se muestra en la figura 6.4.


Figura 6.4.- Medidor de placa orifício.

Algunos tipos de placas orificios son los siguientes:

Figura 6.5.- Tipos de placas orificios La restricción del diámetro de la tubería, debe hacerse de acuerdo a ciertas limitaciones para que la presión diferencial resultante, esté dentro del rango del registrador. La placa de orificio es el dispositivo más usado para efectuar la restricción del flujo por su sencillez, bajo costo de operación y facilidad para instalarse. Este elemento es una placa delgada de metal a la que se hace un orificio (abertura), generalmente redondo y concéntrico, con bisel en el borde del lado corriente abajo (baja presión).

Es indudable que la exactitud en la medición depende en gran parte de la correcta instalación, operación y mantenimiento del registrador y demás dispositivos. Por tal motivo, se tratan separadamente estas actividades.


Medidor de tobera

Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta. Debido a la contracción pareja y gradual, existe una pérdida muy pequeña. A grandes valores de Reynolds C es superior a 0.99. La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacerse notorias. Luego, al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho más exactas. Además este tipo de medidor es útil para fluidos con muchas partículas en suspensión o sedimentos, su forma hidrodinámica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera.

Figura 6.6.- Boquilla o Tobera de Flujo La instalación de este medidor requiere que la tubería donde se vaya a medir caudal, este en línea recta sin importar la orientación que esta tenga.

Recuperación de la presión. La caída de presión es proporcional a la pérdida de energía. La cuidadosa alineación del tubo Venturi y a expansión gradual larga después de la garganta provoca un muy pequeño exceso de turbulencia en la corriente de flujo. Por lo tanto, la pérdida de energía es baja y la recuperación de presión es alta. La falta de una expansión gradual provoca que la boquilla tenga una recuperación de presión más baja, mientras que la correspondiente al orificio es aún más baja. La mejor recuperación de presión se obtiene en el tubo de flujo


Válvula de purga de aire Escala vertical manométrica Adaptador

Bomba manual

Manómetros

Rotámetr o Entradas Manométricas

Collar Válvula de control

Alimentación Figura 6.7.-Esquema del medidor de flujo H10


Banco de pruebas hidráulico H1.

Equipo didáctico: medidores de flujo H10.

Pesas de 6 a 10 Kgs.

Cronómetro.

Agua destilada entre 60 y 80 litros.

Mangueras, abrazaderas y válvulas.

Herramientas.

Bomba manual de aire.

gura 7.8.- esquema del

medidorH10

Entradas

manométricas Venturímetro

Rotámetro


Metodología

Verifique el que el nivel de agua cubra completamente la bomba.

Una vez se ha preparado como se muestra en la sección de la práctica 5 se pueden tomar las lecturas de la siguiente manera:

Abra la válvula de admisión del H10 hasta que el flotador del rotámetro se mantenga estable marcando una lectura de aproximadamente 10 mm. Cuando esto ocurra mida el caudal con el Banco Hidráulico (H1) como se indicó en sección correspondiente.

Durante este período apunte las lecturas de los tubos manométricos en la Tabla 4.4.1. Repita este procedimiento con valores equidistantes en la escala del rotámetro hasta una presión tal, que se pueda leer en las escalas de los manómetros.

Fotografía 26.- Banco de pruebas H1 y medidores de flujo H10


Fotografía 27.-Tubos piezométricos.

Interpretación de los resultados.

Una vez que se realizaron todas las mediciones, se procede a llenar las últimas dos secciones de la tabla 4.4.1 que corresponden al caudal medido por cada uno de los instrumentos y a la relación entre las pérdidas de energía y la energía cinética de entrada en cada instrumento.

Cálculo de la descarga, Venturímetro.

Ya que ΔH12 es despreciablemente pequeño entre los extremos del Venturi, junto con los valores de Z, éstos se pueden omitir de la ecuación entre los puntos A y B y apoyándonos en la ecuación de continuidad podemos calcular el caudal de la siguiente manera:

2

1

2

1

2

g

p

g

p

A

A

gAVAQ BA

A

B

BBB


skghhm BA /962.0 2

1

g

p

g

pK

g

V

g

V FEEF

2

22

22

Con los datos que nos proporciona el fabricante sabemos que los diámetros del venturimetro en A y B son 26 mm y 16 mm respectivamente, entonces:

38.0A

B

A

A

Y

Y como g = 9.81 m.s-2 y g

p

g

p BA

, son las respectivas lecturas tomadas en los

manómetros en A y B (hA y hB) expresadas en metros, entonces nos queda la ecuación:

smhhQ BA /)(1062.9 32

1

4

Tomando la densidad del agua como 1000 kg/m3, el flujo de masa queda:

Placa con orificio.

Entre los puntos E y F las pérdidas de energía no son despreciables, entonces la ecuación se puede escribir de la siguiente manera:

Donde el coeficiente de descarga C en dado por previa experiencia en BS1042

2

1

2

1

2

g

p

g

p

A

A

gCAVAQ FE

E

F

FFF

241001.2 mAB


skghhm FE /)(846.0 2

1

(1981) para la forma particular de esta placa con orificio tiene un valor de C = 0.601. Reduciendo la ecuación exactamente de la misma manera que con el venturímetro:

Sabemos por el fabricante que los diámetros en E y en F son 20 mm y 51.9 mm, respectivamente, entonces el flujo másico se puede calcular de la siguiente manera

Rotámetro.

La observación en las lecturas de la caída de presión a través del rotámetro (H) – (I) muestra que esta diferencia es grande y casi independiente de la descarga. Hay un término que se levanta debido a esfuerzos cortantes en paredes y el cual es por lo tanto dependiente de la velocidad, puesto que el Rotámetro es de diámetro interno grande este término es pequeño. La mayoría de la diferencia de presión observada es requerida para mantener el flotador en equilibrio y como el flotador es de peso constante, esta diferencia de presión es independiente de la descarga.

La causa de esta diferencia de presión es la pérdida de energía asociada con la alta velocidad del agua alrededor de la periferia del flotador. Puesto que esta pérdida de energía es constante la velocidad periférica es constante. Para mantener un flujo constante con una velocidad de descarga variante, el área seccional a través de la cuál la alta velocidad ocurre, debe variar. Esta variación de área seccional se incrementará como los movimientos de arriba y abajo del flotador en el tubo del Rotámetro graduado

De la figura 6.9, si el radio del flotador es Rf y el diámetro interno local del tubo del Rotámetro es 2Rt entonces:

Ahora Rt = l δ, donde l es la distancia del nivel de comparación a la sección en el que el diámetro interno local es Rt y δ es el semi-ángulo del tubo adelgazado. Por lo tanto 1es proporcional a la descarga.

Constante Periférica Velocidad

Descarga seccionalÁrea RRR fft

2222)(


Una característica de calibración aproximadamente lineal se anticiparía para el Rotámetro como se muestra en la figura. De la figura nos apoyaremos para determinar la descarga marcada en el rotámetro y poder registrarla en la tabla 4.4.1

Figura 6.8.-Flotador de rotámetro.

FLUJO MÁSICO DE AGUA – kg/s FIGURA 6.9.-Curva de calibración del rotámetro del H10

LEC

TUR

A E

N L

A E

SCA

LA D

EL R

OTÁ

MET

RO

– c

m


ACCA Hhh

Cálculo de las pérdidas de energía, del venturímetro:

Aplicando la ecuación entre A y C:

ACCA Hg

p

g

p

Entonces

Esto puede ser expresado de manera adimensional dividiéndolo entre la energía

cinética de entrada g

VA

2

2

Ahora:

g

p

g

p

A

A

gV CA

A

B

B 1

2

Entonces:

g

p

g

p

A

AA

AV BA

A

BA

BA 2

2

1

1

2

22

A

BBA

A

AVV


)(167.02

2

BAA hhg

V

mmhhH FEEF )(83.0

16

1

22

22

g

V

g

V AE

entrada de cinética Energía

H energía de Pérdida EF

Con los datos que el fabricante nos proporciona, el valor de la energía cinética de entrada queda:

Por ejemplo si:

hA = 375 mm, hB = 110 mm y hC = 350 mm

entonces

PLACA CON ORIFICIO

Por medio de la experimentación BS1042 (sección 1.1 1981) nos da una expresión aproximada para calcular las pérdidas de energía entre una placa con orificio:

Debido a que el diámetro de la placa con orificio (51.9 mm) es aproximadamente el doble que el diámetro de entrada del Venturi (26 mm), entonces la energía cinética a la entrada del orificio es aproximadamente 1/16 que la del venturímetro, entonces:

entrada de cinéticas energías 0.565energía de Pérdidas

mmg

V

mmhhH

A

CAAC

26.44

25

26.442

25

2


HIIH Hhh

CDDC

DC Hg

V

g

Vhh

22

22

Por ejemplo si:

hE = 372 mm hF = 40 mm

entrada de cinéticas energías 2.76

275energía de Pérdidas

g

V

mm H

2

E

EF

6.99

76.216

26.44

2

275)40372(83.0

Rotámetro.

Para este caso, la ecuación queda:

HIII

HH Hz

g

pz

g

p

Y como se puede observar de la figura 6.1:

Si se observa la tabla de los resultados experimentales se puede ver que esta pérdida de energía es independiente de la descarga y tiene un valor constante de aproximadamente 100 mm de agua. Como ya se ha mencionado, esta es una característica propia del rotámetro.

Difusor.

La entrada del difusor se puede considerar en C y la salida en D. Aplicando la ecuación:

Debido a que la relación de áreas entre la entrada y la salida del difusor es 1:4, la energía cinética de salida es 1/16 de la energía cinética de entrada.

Esto es debido a que las pérdidas son despreciables entre A y C (ver cálculo de pérdidas de energía en el venturímetro).


entrada de cinética Energía

Henergía de Pérdidas CD

Por ejemplo si:

hA = 375 mm hB = 110 mm hC = 350 mm hD = 360 mm

Entonces la energía cinética de entrada seria igual que en A ya que las pérdidas son despreciablemente pequeñas en ese tramo, esto es:

mmg

V

mmg

V

D

C

76.216

26.44

2

26.442

2

2

Y

agua de mm HCD 5.3176.226.44360350 Entonces:


31.5energía de érdidasP 71.0

g

V

g

V AC

22

22

g

V

g

V CD

216

1

2

22


GHHG

HG Hg

V

g

Vhh

22

22

CODO.

La entrada en el codo es en G donde el diámetro del conducto es 51.9 mm y la salida es en H donde el diámetro es 40 mm. Aplicando la ecuación

En este caso, la energía cinética de salida es 2.8 veces la energía cinética de entrada. Por ejemplo si:

hA = 375 mm hB = 110 mm hG = 98 mm hH = 88 mm Entonces:

mmg

V

mmg

V

G

G

73.7)76.2(8.22

76.22

2

2

Y:

agua de mm 5.03HGH )73.776.2()8898(

Entonces:


5.03energía de Pérdida 82.1

CONCLUSIONES.

El método más directo de medir el caudal de un flujo, mediante el principio del tanque de pesar. En instalaciones donde esto no es posible alguno de los tres métodos de medición descritos podrían usarse en su lugar.

El Venturímetro ofrece un mejor control del fluido. Su coeficiente de descarga es casi igual a la unidad y las pérdidas de energía que ofrece son mínimas. Pero es relativamente costoso de manufacturar y puede ser difícil de instalar en un sistema de tuberías existente.



Estudiar el teorema de Bernuolli, la ecuación de continuidad y el número de Reynolds y relacionarlos con la medición de fluidos hidráulicos y gases ideales.

Buscar en las páginas de Internet, de instrumentación industrial y de medidores de flujo, clasificar los tipos de medidores y los de medición por presión diferencial que se encuentran en el mercado industrial.

Diseñar y construir algún medidor de flujo por diferencial de presión; caracterizarlo y calibrarlo.

Consultar y estudiar el manual de prácticas de medidores de flujo que se tiene en el laboratorio de estos equipos.

Reporte del alumno.

El reporte de la práctica se realizara de acuerdo al formato general del reporte de la práctica deberá incluir lo siguiente:

La aplicación de la información obtenida para la determinación de los datos estadísticos de las mediciones múltiples de los instrumentos.

Precisión.

Incertidumbre estandart.

Exactitud.

Recta óptima de las dispersiones de las mediciones por el método de los mínimos cuadrados.


Manual de prácticas para los medidores de flujo del laboratorio de ingeniería mecánica. Emiliano A. Canto Quintal y Manuel Nájera Sánchez. Instituto Tecnológico de Mérida

Métodos Experimentales para ingenieros. Jack P. Holman. Mc Graw Hill

Instrumentación. Iván Oliva Arias Instituto Tecnológico de Mérida.


70

TABLA 4.4.1

Número de prueba

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A

B

C

Niveles Manométricos

D

(mm) E

F

G

H

I

Rotámetro (cm)

Agua W (kg)

Tiempo t (segundos)

Vénturi

Flujo Másico Orificio

m (kg/s) Rotámetro

Tanque de pesar

Venturi

Orificio

Rotámetro

Difusor

Codo

Entrada de

Cinética EnergíaH /


Instituto Tecnológico de Mérida Página 71


72

Sección tercera: medición de diferentes variables.

Práctica 7

“Mediciones de niveles de la intensidad del ruido”

OBJETIVOS:

El alumno deberá conocer físicamente el Decibelímetro, entender su funcionamiento y utilizarlo para hacer mediciones de los niveles de ruido correspondientes a diferentes fuentes de ruido. Conocer la importancia que tiene el nivel de ruido al cual se exponen a una gran intensidad de decibeles durante tiempos muy prolongado, relacionándolos con los daños de audición que producen a las personas... Estudiar y analizar los Reglamentos, Normas y Leyes vigentes en la Republica Mexicana que establecen los niveles de ruido permitidos en los centros de trabajo y en las estancias públicas. Introducción: La contaminación acústica es generada por diferentes fuentes de sonido en el ambiente: máquinas, motores, calderas, compresores, ventiladores, generadores de electricidad, fugas de aire o vapor a alta presión, equipos de audio electrónicos, etc. La mayoría de los mencionados son equipos que se encuentran en los centros de trabajo, en los cuartos de máquinas, en los centros de producción, en discotecas, etc. Definiciones Audiómetro: es un generador electro-acústico de sonidos, utilizado para determinar el umbral de audición de la persona bajo evaluación Diagnóstico etiológico: es el diagnóstico médico que establece las causas de una enfermedad. Exposición a ruido: es la interrelación del agente físico ruido y el trabajador en el ambiente laboral. Nivel: es el logaritmo de la razón de dos cantidades del mismo tipo, siendo la del denominador usada como referencia. Se expresa en dB (decibeles) Sonido: es una vibración acústica capaz de producir una sensación audible Obligaciones del trabajador: Colaborar en los procedimientos de evaluación y observar las medidas del Programa de Conservación de la Audición Someterse a los exámenes médicos necesarios de acuerdo al Programa de Conservación de la Audición El sonómetro no mide el sonido al 100%. Hasta la fecha (2008), no se ha logrado diseñar un instrumento que mida de forma eficaz el sonido tal y como es percibido por el oído humano. Por lo que este instrumento de medida sirve exclusivamente para medir niveles de presión sonora, de los que depende la amplitud y, por lo tanto, la intensidad acústica y su percepción, la sonoridad.

En concreto, el sonómetro mide el nivel de ruido que hay en determinado lugar y en un momento dado. La unidad con la que trabaja el sonómetro es el decibelio. Si no se usan curvas ponderadas (sonómetro integrador), se entiende que son (decibeliosSPL).

http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/2008

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sonora

http://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_%28sonido%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Sonoridad

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido

http://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio



Cuando el sonómetro se utiliza para medir lo que se conoce como contaminación acústica (ruido molesto de un determinado paisaje sonoro) hay que tener en cuenta qué es lo que se va a medir, pues el ruido puede tener multitud de causas y proceder de fuentes muy diferentes. Para hacer frente a esta gran variedad de ruido ambiental (continuo, impulsivo, etc.) se han creado sonómetros específicos que permitan hacer las mediciones de ruido pertinentes.

Limites máximos permisibles de exposición a ruido; NOM-011-STPS

Cálculo para el tiempo de exposición. Cuando el NER en los centros de trabajo, esté

entre dos de las magnitudes consignadas en la Tabla A.1, (90 y 105 dB “A”

LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES DE EXPOSICION

Este Apéndice establece los límites máximos

permisibles de exposición de los trabajadores a

ruido estable, inestable o impulsivo durante el

ejercicio de sus labores, en una jornada laboral

de 8 horas, según se enuncia

En la Tabla A.1.

TABLA A.1

LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES DE

EXPOSICION

90 dB(A) 8 HORAS

93 dB(A) 4 HORAS

96 dB(A) 2 HORAS

99 dB(A) 1 HORA

102 dB(A) 30 MINUTOS

105 dB(A) 15 MINUTOS

Vigilancia

La vigilancia del cumplimiento de esta Norma

Oficial Mexicana, corresponde a la Secretaría

del Trabajo y Previsión Social

Fotografía Sonómetro o Decibelímetro

En los sonómetros la medición puede ser manual, o bien, estar programada de

antemano.

En cuanto al tiempo entre las tomas de nivel cuando el sonómetro está programado, depende del propio modelo. Algunos sonómetros permiten un almacenamiento automático, que va desde un segundo, o menos, hasta las 24 horas. Además, hay sonómetros que permiten programar el inicio y el final de las mediciones con antelación. La norma CEI 60651 (en España, UNE-EN 60651) y la norma CEI 60804 (en España, UNE-EN 60804), emitidas por el CEI (Comisión Electrotécnica Internacional), establecen, para el ámbito europeo, las normas que han de seguir los fabricantes

http://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3n_ac%C3%BAstica

http://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3n_ac%C3%BAstica

http://es.wikipedia.org/wiki/Paisaje_sonoro

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_continuo

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_impulsivo

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=CEI_60651&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Espa%C3%B1a

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=UNE-EN_60651&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=CEI_60804&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=UNE-EN_60804&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/CEI



de sonómetros. Se intenta que todas las marcas y modelos ofrezcan una misma medición ante un sonido dado. La CEI también se conoce por sus siglas en inglés: IEC (International Electrotechnical Commission), por lo que las normas aducidas también se conocen con esta nomenclatura: IEC 60651 (1979) y la IEC 60804 (1985).

ANALIZADOR DE OCTAVOS: Micrófono 1/2” Micrófono condensador Eléctrico Efectividad +/- 1.5dB (ref. 94dB @ 1KHz) Rango de Medición 30dB to 130dB Función de Medición Lp, Leq, LE, Max, Lmin Rango de Frecuencia 25Hz ~ 10KHz Pesaje de Frecuencia AC, Plano

Además, en todos los países, normas nacionales e

internacionales clasifican los sonómetros en función de su

grado de precisión. En España y otros países europeos se sigue

la norma CEI 60651, donde se establecen 4 tipos en función de

su grado de precisión. De más a menos: Sonómetro de clase 0: se utiliza en laboratorios para obtener niveles de referencia. Sonómetro de clase 1: permite el trabajo de campo con precisión. Sonómetro de clase 2: permite realizar mediciones generales en los trabajos de campo. Sonómetro de clase 3: es el menos preciso y sólo permite realizar mediciones aproximadas, por lo que sólo se utiliza para realizar reconocimientos.

MEDIDOR DE DOSIS DE RUIDO

Niveles de Criterios 80, 84, 85, 90dB, Nivel Máximo 70 a 90dB, paso 1dB Tarifa de intercambio 3dB, 4dB, 5dB o 6dB, Detector de Nivel mas alto 115dBA

Marca de valor más alto 140dB, Rango de medición 70-140dBA

Sea del tipo que sea, básicamente, el sonómetro siempre está formado por:

Un micrófono con una respuesta en frecuencia similar a la de las audiofrecuencias,

generalmente, entre 8 Hz y 22 kHz

Un circuito que procesa electrónicamente la señal.

Una unidad de lectura (vúmetro, led, pantalla digital, etc.).

Muchos sonómetros cuentan con una salida (un Jack, por lo general, situado en el

lateral), que permite conectarlo con un osciloscopio, con lo que la medición de la

presión sonora se complementa con la visualización de la forma de la onda.

La circuitería electrónica permite al sonómetro realizar diversas funciones.

Por ejemplo:

http://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fono

http://es.wikipedia.org/wiki/Respuesta_en_frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Audiofrecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/KHz

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=V%C3%BAmetro&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_LED

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Pantalla_digital&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Jack

http://es.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio



Los sonómetros suelen disponer de un interruptor etiquetado como Range (rango) que permite elegir un rango dinámico de amplitudes específico, para conseguir una buena relación señal-ruido en la lectura. Por ejemplo, puede haber tres posiciones: 20-80 dB, 50-110 dB o 80-140 dB. De estos intervalos, el más usado es el segundo que va desde el nivel de confort acústico hasta el umbral de dolor. El tercer tipo es el que se utiliza para medir situaciones de contaminación acústica muy degradada. Los sonómetros más modernos y de mejor calidad tienen rangos tan elevados, por ejemplo, 20-140 dB, que se asegura una medida correcta en la mayoría de las ocasiones.

MEDIDOR DE NIVEL DE SONIDO

Niveles del Rango Bajo = 30 ~ 100 dB Alto = 60 ~ 130 dB Precisión ± 1.5 dB (ref. 94dB @1 Khz) Rango de Frecuencia 31.5Hz ~ 8 Khz Pesaje de Frecuencia A, C

En los llamados sonómetros integradores, el interruptor etiquetado como Weighting

permite seleccionar la curva de ponderación que va a ser usada: Curva A (dBA). Mide la respuesta del oído, ante un sonido de intensidad baja. Es la más semejante a la percepción logarítmica del oído humano, aunque los estudios de psico-acústica modernos, cuestionan esta afirmación. Se utiliza para establecer el nivel de contaminación acústica y el riesgo que sufre el hombre al ser expuesto a la misma. Por ello, es la curva que se utiliza a la hora de legislar y establecer si cumple con la norma. Curva B (dBB). Su función era medir la respuesta del oído ante intensidades para intensidades medias. Como no tiene demasiadas aplicaciones prácticas es una de las menos utilizadas. Muchos sonómetros no la contemplan Curva C (dBC). Mide la respuesta del oído ante sonidos de gran intensidad. Es tanto, o más empleada que la curva A la hora de medir los niveles de contaminación acústica. También se utiliza para medir los sonidos más graves Curva D (dBD). Se utiliza, casi exclusivamente, para estudiar el nivel de ruido generado por los aviones Curva U (dBU). Es la curva de más reciente creación y se utiliza para medir ultrasonidos, no audibles por los seres humanos.

De igual modo que se permite realizar ponderación en frecuencia, la circuitería

electrónica también permite hacer una ponderación en el tiempo (velocidad con que

son tomadas las muestras). Existen cuatro posiciones normalizadas:

Lento (slow, S): valor (promedio) eficaz de aproximadamente un segundo.

Rápido (fast, F): valor (promedio) eficaz por 125 milisegundos. Son más efectivos ante

las fluctuaciones.

Por Impulso (impulse, I): valor (promedio) eficaz 35 milisegundos. Mide la respuesta

del oído humano ante sonidos de corta duración.

http://es.wikipedia.org/wiki/Nivel_de_confort_ac%C3%BAstico

http://es.wikipedia.org/wiki/Umbral_de_dolor

http://es.wikipedia.org/wiki/Curva_isof%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Audici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Grave

http://es.wikipedia.org/wiki/Ultrasonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Audiofrecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/O%C3%ADdo



Por Pico (Peak, P): valor de pico. Muy similar al anterior, pero el intervalo es mucho

más corto entre los 50 y los 100 microsegundos. Este valor sirve para evaluar el riesgo

de daños en el oído, ante un impulso muy corto pero muy intenso.

Como cualquier otro instrumento, el sonómetro cuenta con una gran gama de

accesorios (además de los que les posibilita su propia electrónica):

Calibradores acústicos portátiles. Para ajustar los sonómetros se utilizan los

calibradores acústicos, aparato que genera un sonido estable a una determinada

frecuencia. Se sabe el nivel que debe producir el sonómetro tras la medición, por lo

que para ajustar el sonómetro se hace la medición y, si todo está correcto, el nivel

ofrecido por el sonómetro será el mismo que se tenía de antemano.

Trípodes

Pantallas anti viento

Extensores

Fuentes de alimentación

Maletas de transporte

Filtros: deben cumplir con la norma EN 61260/ IEC 1260 (1995)

Otro instrumento de medida del sonido, derivado del sonómetro, es el dosímetro que

ofrece el nivel de presión acústica (tarea que realiza el sonómetro), en función del

tiempo de exposición. El dosímetro se utiliza para evaluar los riegos de exposición a

sonidos intensos expresados, como porcentajes de tiempos máximos permitidas en las

8 horas de jornada laboral en los centros de trabajo y cuartos de máquinas.

Decibelímetros

El decibelímetro es un instrumento que permite medir el nivel de presión acústica,

expresado en dB. Está diseñado para responder al sonido casi de la misma forma que

le oído humano y proporcionar mediciones objetivas y reproducibles del nivel de

presión acústica. El funcionamiento de un decibelímetro consiste en un micrófono de

medición que convierte la señal acústica en una señal eléctrica equivalente, la cual se

procesa a través de amplificadores que adecuan la sensibilidad de la señal dentro del

sistema de medición. Posteriormente la señal entra en un detector, cuya función es

obtener los valores representativos de la señal. Seguidamente la señal es enviada a un

convertidor lineal- logarítmico que permite la conversión de una escala lineal (presión

en Pa) a una escala logarítmica (nivel de presión acústica, en dB), de modo que la

tensión eléctrica de esta etapa es proporcional al nivel de presión considerado.

Cuando se requiere información más detallada de una señal compleja, puede dividirse

el intervalo de frecuencia audible en bandas de frecuencia. Esto se realiza con filtros

electrónicos para banda, los cuales rechazan señales que contengan frecuencias fuera

de la banda seleccionada. Al proceso de dividir de esta manera la señal compleja se

llama análisis de frecuencia. A los decibelímetros convencionales se les pueden adosar

analizadores de bandas de octavas para obtener dicho propósito.

Dentro de los decibelímetros integradores encontramos el dosímetro de ruido y el

monitor de nivel sonoro. El primero es un instrumento de evaluación personal, el cual

integra y proporciona una medida de la fracción de dosis diaria de ruido permisible.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Calibrador&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Calibrador_ac%C3%BAstico&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%ADpode

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Pantalla_antiviento&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Dos%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Hora



Es un equipo que integra una función de presión acústica en un período, o bien, mide

el porcentaje de dosis de ruido para un tiempo de exposición dado. Este equipo se usa

sobre todo en ambientes laborales en donde existe ruido inestable, o en casos en los

que el trabajador expuesto está sujeto a desplazamientos continuos durante su

jornada laboral, como los supervisores o el personal de mantenimiento.

Básicamente el dosímetro es un instrumento constituido por un micrófono, un circuito

de ponderación en frecuencia tipo A, un amplificador, un circuito controlador de

rango, un circuito que integra el valor hallado con respecto al tiempo y un indicador.

El decibelímetro integrador (monitor de nivel sonoro) es un instrumento diseñado

para medir el nivel sonoro continuo equivalente en un intervalo de tiempo

seleccionado. Funciona casi igual que un dosímetro de ruido. La diferencia entre este

instrumento y el anterior es que uno reconoce y evalúa el ruido en un punto y el otro

lo hace en forma personal. DIAGRAMA EN BLOQUES DE UN DECIBELÍMETRO

En esencia, consta de un micrófono, un preamplificador, un amplificador una

sección de procesamiento de señal y una unidad de lectura. El micrófono convierte la

señal acústica en una señal eléctrica equivalente, la cual se procesa a través de

amplificadores que adecuan la sensibilidad de la señal dentro del sistema de medición.

Por ser el sensor del sistema es importante su sensibilidad (no podría ser reemplazado

por cualquier otro sí se daña). Sensibilidad del micrófono: Su valor viene dado en mV/Pa o en dB (Ref:

1V/Pa) para una frecuencia de 1000Hz. Por ejemplo un micrófono de condensador que tiene 10mV para una presión incidente de 1Pa tendrá una sensibilidad de: 10mV/Pa. (*) Esta relación debe ser lo mayor posible para que su relación señal/ruido lo sea también. Si la sensibilidad viene expresada en dB, entonces podemos utilizar la siguiente relación para obtener la sensibilidad en V/pa.

S (dB ) = 20*log S (V/pa)/ (1V/pa)



Ejemplo: Si un micrófono tiene una sensibilidad de -47dB, y aclara 0dB=1V/pa 1KHz, entonces para una presión incidente de 1Pa tendrá una sensibilidad de 4,46mV/p

GENERALIDADES Cuando se requiere información más detallada de una señal compleja, puede

dividirse el intervalo de frecuencia audible en bandas de frecuencia. Esto se realiza con filtros electrónicos para banda, los cuales rechazan señales que contengan frecuencias fuera de la banda seleccionada. Al proceso de dividir de esta manera la señal compleja se llama análisis de frecuencia.

A los decibelímetros convencionales de alta gama se les puede adosar analizadores de bandas de octavas, para obtener dicho propósito.

Ámbito de aplicación: Los decibelímetros se utilizan sobre todo en ambientes laborales en donde existe ruido inestable, o en casos en los que el trabajador expuesto está sujeto a ruidos continuos durante su jornada laboral, como los supervisores o el personal de mantenimiento, para la valoración de daño auditivo e inteligibilidad de la palabra.

Metodología:

Estudiar y analizar los Reglamentos, Normas y leyes vigentes en México sobre los niveles de ruido en los centros de trabajo.

Estudiar el manual del sonómetro para realizar las mediciones de niveles de diferentes fuentes generadoras de ruido.

Seleccionar cuando menos diez fuentes generadoras de ruido de diferentes niveles acústicos, de preferencia de máquinas o equipos utilizados en las industrias, en lugares públicos y en calles muy transitadas.

Medir los niveles de ruido de las fuentes seleccionadas, registrarlos en tablas.

Relacionar las mediciones con las leyes, normas y reglamentos vigentes sobre el ruido en México.

Revisar las páginas WEB de las casas comerciales que ofrezcan los decibelímetros, dosímetros y equipos de medición de niveles de ruido.

Investigar y estudiar sobre los conceptos físicos de acústica, de medición del ruido y de contaminación ambiental por ruido.

Estudiar el comportamiento físico del oído humano para escuchar e interpretar el sonido.

Reporte de la práctica:

Se realizará de acuerdo a los incisos establecidos en la sección de “reporte de prácticas” de este manual.

Elaborar una tabla de las fuentes seleccionadas para medir los diferentes niveles de ruido con los valores indicados y las observaciones correspondientes.

Trazar una gráfica con los niveles máximos indicados de las fuentes medidas.

Análisis y relación de los resultados obtenidos con lo establecido por los Reglamentos, Leyes y Normas vigentes en México.

Instrumentos comerciales e industriales sobre la medición de niveles de ruido y dosímetros de sonido, también analizadores.



Referencias Bibliográficas utilizadas para realizar la práctica.

Práctica 8

“Comparación de mediciones de temperaturas con diferentes tipos de

termómetros”

Objetivos

Conocer físicamente los diferentes tipos de termómetros: los bimetálicos, pirómetros,

termómetros de vástago de vidrio, termopares y otros tipos.

Comparar las lecturas obtenidas con los diferentes tipos de termómetros, de fuentes de

temperaturas fijas constantes: el hielo con agua, el hielo con salmuera y el punto de

ebullición del agua a presión atmosférica, como también puede obtenerse una fuente

controlada de temperatura variable y realizar las mediciones y compararlas.

Introducción

La temperatura es una de las propiedades termodinámicas principales de las sustancias

para determinar su condición de estado y muy importantes en los procesos de intercambio

de calor en las plantas industriales, en laboratorios de investigación y en procesos de

enfriamiento y calefacción etc., su medición y su control determinan la calidad de los

procesos.

Ejemplos en donde la medición de temperaturas es muy importante:

En los procesos industriales de transmisión de calor, para determinar la calidad del producto final de acuerdo a las temperaturas de las sustancias.

En la generación de energía eléctrica por una planta termoeléctrica, o de turbina de gas o de ciclo combinado, para mantener el ciclo termodinámico funcionando correctamente y obtener una alta eficiencia.

En el desarrollo de tecnologías para el aprovechamiento de la energía solar, ya sea en forma térmica o fotovoltaica.

En hornos de fundición o de cocimiento, para regular la intensidad de la combustión o del accionar de las resistencias eléctricas, para obtener las temperaturas óptimas del proceso.

En el estudio del clima para analizar el comportamiento de los fenómenos naturales climatológicos como: huracanes, corrientes marinas, tornados, calentamiento global, contaminación del ambiente, etc.

En los trabajos de investigación científica, para determinar los efectos de la temperatura en los experimentos realizados para estudiar los fenómenos físicos.

Galileo Galilei es considerado el inventor del primer termómetro, por el año 1592. En un

contenedor abierto y coloreado, colgó un tubo de vidrio muy largo y de garganta muy

angosta, teniendo en el extremo superior, una esfera hueca. Al calentarse el alcohol, el aire



de la esfera se expande y burbujea dentro del líquido. Enfriando la esfera causa que el

líquido suba por el tubo. Las fluctuaciones de la temperatura podían ser observadas

notando la posición del alcohol dentro del tubo.

La temperatura es una propiedad termodinámica de las sustancias y la definimos de

la siguiente manera:

“La temperatura es un índice de medición de la energía cinética de las

partículas de la sustancia y es una propiedad de la misma”

Los termómetros son dispositivos utilizados para definir y medir la temperatura de una

sustancia o de un sistema; su funcionamiento esta basado en la medición u observación en

el cambio de alguna propiedad física de la sustancia con el cambio de su temperatura, a

continuación se enlista los siguientes ejemplos:

Cambio en el volumen de un líquido; termómetro de vástago de vidrio de mercurio o de alcohol.

Cambio en la longitud de un sólido; termómetro bimetálico.

Cambio en la presión de un gas a volumen constante, termómetro de bulbo de gas ideal a volumen constante.

Cambio en el volumen de un gas a presión constante, termómetro de bulbo de gas ideal a presión constante.

Cambio en la resistencia eléctrica en un conductor o semiconductor, termo resistencia (RTD) y termistor, respectivamente.

Cambio en el color de cuerpos o sustancias muy calientes, pirómetros.

Generación de una fuerza electromotriz por diferencia de temperaturas, termopares o termocouples.

Fotografía 28.-Termómetro bimetálico



Fotografía 29.-Termopar y multímetro Fotografía30. –Bimetálico en espiral, decorativo

ambiental

Figura 31.- Termómetro de carátula


1. Nevera de hielo seco. 2. Hielo, agua y sal. 3. Termómetros de vástago de vidrio de mercurio y

de alcohol. 4. Termómetros bimetálicos. 5. Termopares tipo K. 6. Multímetro. 7. Matraz refractario. 8. Resistencia eléctrica con reóstato. Fotografías 32 Y 33.- Termómetros de mercurio de vástago de vidrio



Metodología.

I._ Seleccionar los termómetros que se van a utilizar y checar las escalas termométricas

que tiene cada termómetro y establecer el rango en que se trabajarán.

II.- Preparar la nevera de hielo seco con suficiente hielo picado y sumergir los termómetros

y observar las temperaturas indicadas por cada uno de ellos.

III. Esperar que se forme agua y hielo dentro de la nevera observar las temperaturas

indicadas por las escalas de los diferentes termómetros deberán marcar la temperatura de

fusión del hielo.

IV .-Introducir abundante sal al agua con hielo de la nevera, suficiente para formar la

salmuera, mantener los termómetros en su interior y observar el comportamiento de las

temperaturas marcadas por los diferentes termómetros, hasta llegar a la temperatura más

baja, que será la de fusión del hielo en salmuera.

V.- Sacar de la nevera los termómetros y limpiarlos de las trazas de sal que pudieran tener

y colocarlos correctamente en el matraz o recipiente con suficiente agua, introducir la

resistencia eléctrica y controlar su intensidad con el reóstato, en varias etapas escalonadas

llevar al agua del recipiente a su punto de ebullición; una etapa será cuando la temperatura

se mantenga fija.

VI. Elaborar el reporte técnico de la práctica.

Fotografía 34.- Pirómetro con apuntador láser



Figura 8.1.- Termómetros en agua con hielo, en un ambiente con temperatura de fusión del

hielo.

Sugerencias didácticas

Como sugerencias didácticas complementarias a esta práctica sobre termómetros, se

propone a los estudiantes realizar las siguientes actividades:

Realizar investigación bibliográfica sobre la historia de los termómetros y de las escalas termométricas.

En las visitas realizadas a las plantas del sector productivo, identificar los sensores de temperaturas y sus sistemas de control.

Utilizando el Internet, en las páginas de instrumentación industrial encontrar los diferentes tipos de termómetros más utilizados por las industrias y los sistemas de control de temperaturas.

Determinar por experimentos el punto de ebullición de algunos líquidos no inflamables.

Leer las normas de calibración de termómetros.

Observar al visitar las industrias cuales son los tipos de termómetros más utilizados.



Figura 8.2.- Recipiente con agua destilada y resistencia eléctrica para calentar y los

termómetros en su interior.

Reporte de alumnos.

Los alumnos reportarán la práctica de acuerdo al formato general que se presentó en la

sección correspondiente, se deberá incluir lo siguiente:

El principio de funcionamiento de cada uno de los termómetros utilizados en la práctica y descripción física.

Tabla de lecturas de las temperaturas de los diferentes termómetros y de las sustancias utilizada y su condición.

Análisis de los resultados obtenidos en las lecturas de las temperaturas.

Lista de termómetros existentes en el mercado para la industria y la investigación científica acompañados con su explicación.

Las aplicaciones y funcionamiento de los termostatos en el control de temperaturas en procesos industriales y domésticos.

Trazar las gráficas de comportamiento de los valores reales con los valores medidos.



Explicar las condiciones de pruebas y las comparaciones de las lecturas con el

termómetro patrón.

Presentar el principio de funcionamiento de cada tipo de termómetro dentro del

marco teórico.

Tabla de lecturas de temperaturas de los diferentes termómetros y sus condiciones.

Termometro Lectura 1 Lectura 2 Lectura 3 Lectura 4 Lectura n

Patron

Bi metalico

Termopar

De gas

De vidrio

Bibliografía preliminar

Métodos experimentales para ingenieros.

Jack P. Holman

Mc Graw Hill

Fundamentals of temperature, pressure, and flow measurements Robert P. Benedict

John Willey & Sons Inc.

Instrumentación Iván Oliva Arias

Instituto Tecnológico de Mérida.

Figura 8.3.- Termómetro utilizado en la medición en

flujo de fluidos en el sector industrial.



Práctica 9

“Medición de temperaturas con termopares en sus circuitos

básicos”

Objetivos

El estudiante deberá ser capaz de utilizar diferentes tipos de termopares para leer

en el voltímetro e interpretar la temperatura medida, utilizando las tablas de voltaje

- temperatura con fuentes de temperaturas fijas constantes y una fuente de

temperatura variable controlada.

El estudiante deberá de elaborar los diagramas de voltaje-temperatura: con varios

termopares idénticos de la misma clase.

Conectados varios termopares en serie y luego en paralelo, deberá determinar la

temperatura promedio de alguna superficie caliente.

Revisará las marcas comerciales en las paginas de las industrias que los fabrican y

obtendrán la información de los termopares más utilizados en los diferentes

procesos industriales y las características de los diferentes tipos.

Introducción

Los termopares son unos de los dispositivos más usados en la industria en la

medición y control de temperaturas, en los procesos de intercambio de calor,

generación de vapor, control de temperaturas en hornos y otros procesos de

producción.

El físico alemán Thomas Johan Seebeck descubrió en 1821, que cuando las juntas

en ambos extremos de dos materiales metálicos diferentes, forman un circuito

cerrado y sí están expuestas a diferentes temperaturas; se genera una fuerza

electromotriz (fem) neta, la cual induce una corriente eléctrica continua (D.C.) en

pequeños voltajes.

Por esto el efecto Seebeck concierne a la conversión de la energía térmica a energía

eléctrica, con la aparición de una corriente eléctrica directa.

El voltaje producido es de acuerdo a los metales que forman el termopar y a la

diferencia de temperaturas en que se encuentran las juntas de medición y de

referencia. Estos valores se encuentran en tablas elaboradas por los fabricantes

mediante mediciones prácticas en sus laboratorios.



Fotografías 35 y 36.- Multímetros con termopares indicando la temperatura.

Fotografía 37.- Termopar tipo J rango de 0 grados a 800 grados Celsius

Leyes básicas de los circuitos termoeléctricos.

“Ley de materiales homogéneos”

“Una corriente termoeléctrica no puede ser producida en un

circuito de un solo material homogéneo”

Para producir una corriente termoeléctrica se requieren de dos materiales

conductores diferentes formando el termopar.



Figura 9.1.-Esquema básico del circuito del termopar.

Ley de los materiales intermedios

“La suma algebraica de las fuerzas electromotrices (fems), en un

circuito compuesto por cualquier número de materiales diferentes

es cero; si todo el circuito está a una temperatura uniforme”.

Figura 9.2.- Circuito de termopar ilustrando la Ley de los Materiales Intermedios



Ley de temperaturas sucesivas o intermedias.

“Si dos materiales homogéneos diferentes producen una fuerza

electromotriz E1, entre T1 y T2, Y E2, cuando la junta esta entre T2 y T3,

entonces la fuerza electromotriz generada entre las temperaturas

T1 y T3 será igual a la suma de las dos fems, es decir E1 + E2.”

Figura 9.3.- Circuitos ilustrando la ley de temperaturas sucesivas.

Fotografías 38 Y 39.- Termopar comercial tipo K y arreglo de termopilas



Tabla rango de temperaturas de los termopares utilizados en la industria.

Tipo Rango

° C ° F

"T" Cobre – Constatan ´-270 a 370 ´-455 a 700

"J" Hierro – Constatan ´-210 a 760 ´-350 a 1400

"K" Cromel – Alumel ´-270 a 1260 ´-455 a 2000

"R" Platino – Platino / Rodio ´-50 a 1480 ´-55 a 2700

Circuitos básicos de conexiones

Figura 9.4.- Circuitos básicos típicos de uso industrial de termopares, con cables

de extensión y junta de referencia con temperatura ambiente



Figura 9.5.- Circuito de múltiples termopares (multipunto) utilizados ampliamente en

las industrias, con extensión de cobre hasta el switch selector de termopares.

Figura 9.6.- Circuito de termopares con múltiples juntas de medición y selector de

lectura (multipunto) utilizado en la industria, con extensiones de cobre, con

temperatura de referencia la de fusión del hielo y switch selector.



.Los circuitos de termopares conectados en serie y paralelo, son muy útiles para

medir las temperaturas promedio de superficies o espacios, los termopares deben

de ser forzosamente iguales en calibre, materiales, longitud y calibración.

Figura 9.7.- Circuito de termopares, formando una termopila conectada en paralelo

y la lectura del voltaje obtenida es la que le corresponde a la temperatura promedio

de la superficie.

Figura 9.8.- Circuito de termopares conectados en serie, formando una termopila

para obtener la temperatura promedio de una superficie, dividiendo el voltaje total

indicado entre el número de termopares, con temperatura de referencia de cero

grados.



Material y equipo a utilizar:

Termopares comerciales tipo K.

Alambres de hiero y de constatan.

Multímetro STEREN con amperímetro de gancho.

Multímetro STEREN con interface para PC, MUL-600.

Nevera con agua y hielo.

Equipo didáctico de refrigeración.

Resistencia eléctrica.

Placa metálica.

PC O LAP TOP.

Reóstato.

Recipiente pírex con agua.

Soplete y soldadura.

Herramientas en general.

Figura 9.9.- Vaso adiabático de referencia de temperatura de fusión del hielo, para

calibración de los termopares

Figura 9.10.- Ilustración de la ley del material intermedio, para circuitos de

termopares

De acuerdo a las leyes de los termopares, si tenemos dos termopares formados

por tres materiales A, C y B, de la forma que indica la figura; si la fem producida por

el primero (A y C) es EAC y el segundo (C y B) es ECB ; ahora si tenemos un tercer

termopar formado por los materiales A y B, producirá una fem igual a la suma de

EAC más ECB es decir EAB = EAC + ECB.



Figura 9.11.- Diagrama de Temperatura - fem generada por los diferentes tipos de

termopares, en grados Celsius.



Figura 9.12.- Diagrama de temperatura- fem generada por los diferentes tipos de

termopares, grados Fahrenheit

Metodología

I.-Construcción de un termopar con los alambres diferentes de algún termopar (tipo

K): construir un termopar formando la junta de medición corchando ambos

alambres en un extremo y fundir la punta de la junta para formar el termopar; con

un multímetro y un termopar patrón u otro tipo de termómetro de referencia, tomar

las temperaturas de varias fuentes diferentes y compararlas, pueden ser

temperaturas de puntos fijos, como la de fusión del hielo y el punto de ebullición, y

otras fuentes disponibles; determinando las características del termopar construido

y trazar su gráfica fem-temperatura.



II.-Medición de temperaturas del equipo didáctico de refrigeración en este se

estudia y analiza el comportamiento termodinámico del ciclo de Carnot invertido, y

tiene instalado termopares tipo K en diferentes partes del equipo, principalmente en

el evaporador y condensador. Luego de estudiar el manual del equipo, hacer

funcionar el equipo y tomar las lecturas de las temperaturas y de las presiones,

elaborar una tabla con los valores y compararlas en un diagrama del refrigerante.

Fotografía 40.- Equipo didáctico de refrigeración con termopares tipo K instalados

para la medición de temperaturas y manómetros.

III.- En una placa metalica instalar una termopila en serie y otra en paralelo y con un

multímetro medir en ambos circuitos la temperatura promedio de la superficie de la

placa. Instalar una resistencia eléctrica en el otro lado de la placa (o una fuente de

calor controlada) para calentar la placa, elevando la temperatura gradualmente en

escalones y realizar 5 o 6 lecturas diferentes de las temperaturas promedio,

comparar las lecturas realizadas de las termopilas,comprobando el comportamiento

de los circuitos de termopares conectados en serie y en paralellos.

IV.-Uso del multímetro profesional de lujo con interfase para PC; MUL- 600 marca

STEREN; este instrumento tiene como función la de registrar la temperatura, el

voltaje y el amperaje, de algún equipo: una resistencia eléctrica que calienta un



fluido durante un proceso determinado, se instala este MUL-600, conectándolo de

acuerdo a las indicaciones del manual del equipo a los cables de la resistencia, el

sensor de temperatura que es un termopar tipo K y a una PC o una LAP TOP, y

mediante el selector se registra y se puede gráficar la temperatura del fluido, el

voltaje y amperaje que utiliza la resistencia eléctrica; tambien se puede utilizar en

motores eléctricos para determinar el aumento de la resistencia eléctrica con

respecto a la temperatura del motor o del consumo de la potencia eléctrica con

respecto de la temperatura del motor. Este inciso es parte de la práctica.

V.- Realizadas las diferentes etapas de la práctica elaborar el reporte técnico de las

mediciones con termopares, tomar todas las medidas de seguridad al efectuar las

prácticas.


Comprobar las leyes básicas de los circuitos termoelectricos.

Revisar por internet los diferentes tipos y clases de termopares que se utilizan en el sector industrial que se encuentran en el mercado igual que sus termopozos.

Investigar sobre los graficadores de registro de temperaturas por multiples termopares para diferentes puntos; conocidos como registradores de MULTIPUNTOS o con equipos de computos.

Conectar una termopila en serie o en paralelo en una placa metálica pintada de negro y exponerla al sol y medir la temperatura promedio y calcular la cantidad de calor recibida por la radiación solar.

Con un termopar construido y otro utilizado como patrón, realizar lecturas de diferentes fuentes de mediciones.

Estudiar las tablas de voltaje-temperatura de los diferentes tipos de termopares y sus características para su uso.

Revisar los termopares industriales y sus usos que se encuentran en el mercado.

Investigar como se utilizan los termopares para el control de temperaturas en los diferentes sistemas de procesos industriales.

Reporte del alumno

Los alumnos reportarán de acuerdo al formato general de “reporte de práctica” que

se presento en la sección correspondiente, y además para esta práctica deberá

incluirse lo siguiente.

El desarrollo de la construcción del termopar y las pruebas realizadas

especificando las condiciones en las cuales se hicieron las lecturas.

Presentar los resultados de las diferentes mediciones de los circuitos de

termopares, elaborando tablas y/o gráficas.



Ilustrar el reporte con figuras y fotografías del desrrollo de la práctica.

Tabla # 1 de temperaturas medidas con termopares

# de lectura

Termopar #1

Termopar patrón

Error Fem termopar #1

Fem termopar patrón

Observaciones dadas

Para las mediciones de la temperatura promedio de una superficie por medio de

termopilas conectadas en serie y en paralelo; presentar el desarrollo del

procedimiento de la práctica y la tabla con los valores de las lecturas, especificando

las condiciones en que se efectuarón.

Tabla # 2 de temperaturas promedio medidas con termopilas

# de lectura

Temperatura promedio Circuito en serie

Temperatura promedio Circuito en paralelo

Diferencia de lecturas

observaciones

incluya los valores de las fem leidas en las conecxiones en serie y en paralelos para

determinar las temperaturas promedios de las superficies.

Para la parte de la práctica del multimetro MUL-600 para registrar y graficar con

interfacepara PC o LAP TOP, se deberá reportar las gráficas obtenidas y las tablas

de valores de temperatura, voltaje, amperaje y potencia eléctrica; esta última será

calculada.



Bibliografía preliminar

Métodos Experimentales para Ingenieros. Jack P. Holman. Mc Graw Hill.

Fundamentals of temperature, prresure, and flow measurements. Robert P. Benedict. John Willey & Sons Inc.

Instrumentación. Andrés Iván Oliva Instituto Tecnológico de Mérida.

Fotografía 41.- Multímetro con interface para computadora MUL-600, para registro y

graficar temperaturas, voltaje y amperaje



Práctica 10

“Elaboración de planos y diagramas de instrumentos de acuerdo

a la simbología ISA de una planta piloto”

OBJETIVO

El estudiante será capaz de realizar la elaboración de planos y diagramas de

instrumentos, de acuerdo a la simbología de la Norma y códigos de la

INSTRUMENTATION SOCIETY AMERICAN, mejor conocida como ISA, de una planta

piloto o de las instalaciones de los equipos de un laboratorio; que previamente se

asigne al estudiante relacionará y representará los instrumentos de la instalación

utilizando la simbología de la norma, de los códigos de colores y de control

identificándolos con la instalación real.

INTRODUCCIÓN

Hoy en día la mayoría de las industrias tiene algún grado de automatización con el

objetivo de operar las plantas al máximo de su capacidad dentro de límites con el

mínimo de personal de operación para la optimización de recursos y asegurar la

calidad de los productos.

Años atrás era normal encontrar 10 a 20 operadores por turno en una planta

industrial, muchos de estos operadores se dedicaban a hacer tareas rutinarias,

cómo registrar valores de instrumentos ubicados en las instalaciones generando

reportes que posteriormente eran analizados por ingenieros de producción.

Figura 11.1.-Sistema antiguo de un sistema de Control Neumático” (1950)



Hoy en día es común encontrar 2 o 3 operadores por turno operando una planta industrial de mayor capacidad y complejidad que las antiguas. Esto ha sido posible, gracias a la automatización y a los avances de la ingeniería electrónica y de la computación. Sin embargo las plantas industriales automatizadas son diseñadas y construidas por personas, con distintas habilidades y conocimientos, para los proyectos a desarrollar de ingeniería, las personas se organizan y agrupan según disciplinas técnicas, siendo las principales: Procesos, Mecánica, Civil, Eléctrica e Instrumentación.

Fotografía 46.-Operadores de Sistema de Control Moderno en una planta Procesos: La integran las personas que calculan y diseñan los equipos de la Planta, su interrelación y el funcionamiento en estado estacionario (Operaciones Unitarias, Balance de Materia y Energía). Mecánica: La integran las personas que especifican y detallan el Equipamiento mecánico a utilizar en la planta. Civil: Aquellas personas que realizan el diseño civil y estructural para la Suportación de los equipos y edificios. Eléctrica: Aquellas personas que diseñan el sistema eléctrico de alimentación de la planta y equipos. Instrumentación: Aquellas personas encargadas de diseñar la instrumentación necesaria para la operación de la planta, en el grado de automatización que desee el cliente o que el proceso demande. Al decir personas nos referimos a profesionales ingenieros, técnicos pero también a personal de oficios tales como proyectistas y dibujantes. Para que el proyecto tenga éxito, todas las disciplinas deben trabajar coordinadas. Esto se logra utilizando documentos estándares y típicos que se desarrollan en cada proyecto. El documento más importante para todas las disciplinas es el P&ID (Piping and Instrument Diagram) que indica claramente como debe funcionar la planta y lo utilizan todos los integrantes del proyecto. Una vez finalizada la etapa de ingeniería, inclusive antes, se compran los



equipos e instrumentos especificados. Pero posteriormente se debe construir la planta y la forma de construir es en base a planos y especificaciones técnicas. Cada disciplina por lo tanto debe preparar los planos necesarios para que otras personas construyan.

Figura 11.2.-P&ID simplificado de Planta de Refinación de Petróleo. Todos los procesos que la actividad humana desarrolla, están normados con el fin

de lograr medios de comunicación que presupone un lenguaje común para las

diferentes actividades profesionales. La estandarización ofrece los fundamentos

para este lenguaje.

La Instrument Society of América (ISA) de los Estados Unidos crea y actualiza en forma permanente, las normas usadas en la instrumentación, empleada en todo proceso industrial. La creación de un código tiene como objetivo el uniformar los conocimientos en el campo de la instrumentación y no es un elemento estático, sino en permanente revisión y renovación, pues una de las características de una norma es su actualización permanente Toda estandarización tiene fortalezas y debilidades, su fortaleza es que puedes ser usado en forma interdisciplinaria y su debilidad es la dificultad en ser lo suficientemente específico, para satisfacer la necesidad de una especialidad en particular.



Fotografía 47.-Vista de planta de refinación construida.

La simbología ha sido consensada, por grupos interdisciplinarios, para satisfacer

una amplia gama de aplicaciones industriales.

Los símbolos y su designación permiten: tener herramientas de diseño, enseñar dispositivos, siendo un medio específico de comunicación para técnicos, ingenieros, etc.… Esto comunica conceptos, hechos, instrucciones y conocimientos.

Aplicaciones Industriales.

La estandarización de la instrumentación es importante para las diversas industrias del sector productivo como:

Industria química

Industria Petrolera

Generación Eléctrica

Aire Acondicionado

Refinadoras de Metales

Y otras de diferentes procesos industriales. Existen otros campos con instrumentos muy especializados y diferentes al tipo industrial convencional como:

Astronomía

Navegación

Medicina

Investigación

Aeronáutica



Aplicaciones en Procesos El estándar es recomendable emplearlo cada vez que se requiera alguna referencia, para un instrumento o una función de control de un sistema con los propósitos de identificación y simbolización:

Esquemas diseño

Ejemplos para enseñanza

Fichas técnicas, literatura y discusiones

Diagramas en sistemas de instrumentación, diagramas lógicos,

Diagramas de lazos en procesos

Descripciones funcionales

Diagramas de flujo en: Procesos, Sistemas, Elementos mecánicos, tuberías de procesos e instrumentación, dibujos de construcción.

Especificaciones, ordenes de compra, manifiestos y otros listados

Identificación (etiquetado o marcas) de instrumentos y funciones de Control.

Instrucciones de mantenimiento, operación, instalación, dibujos e informes.

El estándar da la suficiente información, que habilite a una persona para revisar documento de representación, de medición y control de procesos (quien tenga un conocimiento razonable acerca de procesos industriales). Para que entienda el significado y el control del proceso, no se requiere un conocimiento detallado de un especialista en instrumentación, como requisito para su comprensión.

Material y equipos necesarios

Se utilizará en primera estancia los equipos del laboratorio de mecánica y los de

química, también se pueden incluir las industrias que los alumnos visitan durante el

semestre.

Planta piloto MER 1.

Grupo hidráulico Ansaldo.

Equipo didáctico de refrigeración.

Equipo didáctico neumático de Festo.

Columna de destilación fraccionada.

Una planta termoeléctrica simple.

Alguna planta que conozca el alumno.

Metodología

Se le asignará o seleccionará el alumno la industria o equipo, tipo de planta ha

elaborar y diseñar los planos, los diagramas de instrumentos de acuerdo a la

norma ISA, deberá de estudiar los procesos que se dan en la industria o planta,

identificar los instrumentos de medición, de registro y de control que estén

instalados y en funciones.



Estudiar la simbología ISA, identificar los instrumentos localizándolos en los

planos y diagramas elaborados para la planta o plantas, tomar en cuenta las letras y

las figuras recomendadas por la norma.

VISION GENERAL DEL SISTEMA DE IDENTIFICACIÓN. Cada instrumento o función a ser identificado es designado por un código Alfa numérico o un número de etiqueta, como se indica en la figura 1. En un lazo las partes se identifican con una etiqueta generalmente común a todos los instrumentos o funciones pertenecientes al lazo. Se puede agregar un subfijo o un prefijo para complementar la identificación. La identificación típica se muestra en la figura 1.

Fotografía 49.- Instalación industrial de una caldera pirotubular y su instrumentación.



Fotografías 50 y 51.- imágenes de una industria química y la de una refresquera.





Simbología de instrumentos y sus funciones en general.



En el anexo C de este manual se encuentran ampliadas las simbologías de las norma ISA, con las definiciones a utilizar.





Sugerencias didácticas Buscar en internet las normas y códigos, estudiarlas y aplicarlas en la

elaboración de los planos y diagramas de diversas plantas industriales.

Localizar algunos planos o diagramas de una planta petroquímica o termoeléctrica, analizarlo y estudiarlo, comparar con las indicaciones de la norma ISA.

Identificar la localización, las indicaciones y las etiquetas de los diferentes instrumentos en los planos y diagramas de plantas industriales.

Investigar sobre los diferentes códigos y normas que se aplican en Europa, América y Asia, y los acuerdos existentes para la estandarización mundial.

Reporte del alumno. Los alumnos reportarán de acuerdo a las indicaciones del formato general de reporte de prácticas que se describió en la sección correspondiente; en su contenido deberá incluirse:

Descripción de los procesos y el objetivo general del equipo didáctico o de la planta.

Enlistado del equipo y maquinaria utilizado en el equipo didáctico o planta industrial o piloto.

Enlistado y descripción de los instrumentos de medición, control o registro.

Planos y diagramas de la instrumentación de los procesos involucrados en el funcionamiento de la planta o equipo didáctico de acuerdo a los códigos y NORMA ISA.

Describir los diferentes códigos que se utilizan en Europa, América y Asia.

Describir los acuerdos establecidos para llegar a una estandarización mundial.

Inspeccionar en los laboratorios del Instituto Tecnológico las plantas pilotos y equipos con que se cuentan, trazar sus planos y diagramas de acuerdo a los códigos y normas ISA.

Bibliografía preliminar: Instrumentación Industrial.

A. Creus. Marcombo, España.

Diseño Experimental para Ingenieros. J. P. Holman. Mc. Graw Hill, U.S. A.

America National Standart. NORMAS ANSI / ISA. Adaptación y traducción: Ing. José S. López Díaz. Universidad Técnica Federico Santa María; España.



ANEXO A

Para determinar las características de los instrumentos de medición mediante el

método de las mediciones múltiples sucesivas, se realizan de la siguiente manera,

este es un método sencillo y simplificado, ágil para practicarlo y entenderle

proceso de calibración de los instrumentos de medición para los estudiantes de

ingeniería.

Se divide la escala del instrumento en varias partes, en este caso en 10 partes,

como indica la primera columna, el valor de referencia o valor real o patrón para

la calibración se indica en la segunda columna y los valores medidos o indicados

en la escala del instrumento en las siguientes columnas realizadas como

mínimo10 veces.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

N° DE

LECTURA

VALOR

REAL

ix

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 PROMEDIO

y MODA

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

INFORMACIÓN OBTENIDA DE LOS VALORES DE LAS LECTURAS.



N°

LECTUR

A

MEDIANA

DESVIA-

CIÓN

ESTÁNDA

R

ERROR

MÁXIMO

ixL max

ERROR

MÍNIMO

minLxi

SESGO(PRE

CISIÓN)

xx

INCERTIDU

M-BRE

ESTANDAR

x

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

INCERTIDUMBRE ESTANDAR

nX

YPROM=



DESVIACION ESTANDAR COMBINADA

n

n

22

21

2 ....

n

YbreIncertidum

iprom

2

EXACTITUD

RECTA ÓPTIMA

bmxy

escala

errorExactitud



RECTA OPTIMA

0

20

40

60

80

100

120

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

VALORES REALES

PR

OM

ED

IO

RECTA OPTIMA

22 xxn

yxxynm

22

2

xxn

xyxyxb



ANEXO B

TABLA DE TEMPERATURAS EN GRADOS FAREHNEIT Y

VOLTAJES PRODUCIDOS POR LOS DIFERENTES TIPOS DE

TERMOPARES.





ANEXO C iDEFINICIONES DE LA NORMA ISA.

Para la comprensión de esta norma se entregan las siguientes definiciones para un tratamiento mas completo vea ISA-S51.1 y el ISA-S75 de las series estándar los términos entre comillas en una definición son también detallados en esta sección.

Accesible.- (Accesible) Este término se aplica a un dispositivo o una

función, la cual puedes usarse o verse por un operador, con el propósito de efectuar acciones del control, por ejemplo: Cambiar el Set Point , Transferencia Manual Automático, Acciones de ON-OFF

Alarma.- (Alarm) Un dispositivo o función que señala la existencia de una

condición anormal por medio de un cambio discreto audible o visual o ambos cuyo objetivo es atraer la atención. No se recomienda que se emplee el término switch de alarma o alarma en general para designar un dispositivo, que realiza una acción simple como abrir o cerrar un circuito que podría considerarse como una situación de desconexión enclavada normal o anormal o poner en servicio, parar, o actuación de una luz piloto o un dispositivo de alarma o similares. El primer dispositivo se designa correctamente como un switch de nivel, un switch de flujo, Etc. Debido que el abrir y cerrar es lo que el dispositivo realiza. El dispositivo puede designarse como alarma solamente si el dispositivo mismo contiene la función de alarma.

Asignar.- ( Assignable)Termino aplicado a la indicación que permite dirigir o

canalizar una señal a un dispositivo u otro elemento sin la necesidad de unir o cambiar alambrado.

Estación Auto – Manual.- (Auto – manual station) Sinónimo de Estación de

Control.

Globo.- (balloon) Sinónimo de burbuja o de círculo simple que encierra un

número o una letra.

Detrás del panel.-(Behind the panel) Un término aplicado a una

localización que esta dentro de una área que contiene (1) el panel de instrumento (2) conexiones y montaje asociado, o (3) que esta encerrada dentro del panel o tablero. Los dispositivos “detrás del panel” se refiere a que en condición normal no es accesible por el operador.

Binario (Binary) Término aplicado a una señal o dispositivo que solamente tiene

dos posiciones discretas o estados. Al usarse de manera simple como “señal binaria que es opuesta a señal análoga significa dos estados posibles ON – OFF o High - Low ejemplo aquel que no representa un estado continuo.

Placa.- (Board) Sinónimo de panel



Burbuja.- (Bubble) El símbolo circular tiene como propósito identificar un

instrumento o una función y puede tener un número como etiqueta.

Dispositivo computacional.-(Computing divice) Un dispositivo o función que

realiza uno o más cálculos u operaciones lógicas o ambas, enviando como resultado una o más señales de salida. Algunas veces se le llama relé computacional.

Configurable.- (Configurable) Termino aplicable a un dispositivo o sistema

cuyas características funcionales pueden seleccionarse o arreglarse a través de una programa u otros métodos. Este concepto excluye el “realambrado” como medio de alterar una configuración.

Controlador.- (Controller) Un dispositivo que tiene una salida que varia para

regular una variable controlada de una manera especifica. Un controlador puede tener instrumentos análogos o digitales o puede ser equivalente a un instrumento en un sistema de “control distribuido. Un contralor automático varia su salida automáticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta en la medición de variables de un proceso ; en cambio un controlador manual es “una estación local” y su salida no depende de la medición de las variables del proceso, por lo tanto su ajuste es manual. Un controlador puede estar integrado con otros elementos funcionales enun lazo de control.

Estación de Control.- (Control station) Una estación de carga manual es

la que permite la interrupción entre el modo manual y el automático de un lazo de control, se puede decir que es la interface del operador con un sistema de control distribuido y puede relacionarse como estación de control.

Válvula de Control.- (Control valve) dispositivo que comúnmente es

actuada manualmente en acciones ON-OFF o semi actuada, que permite manipular el flujo en uno o más procesos de fluidos. Válvula de control manual estará limitada a la actuación manual de la Válvula (1) que son usadas para acelerar o “estrangular”, (2) requiere identificación como un instrumento

Convertidor.- (Converter) Dispositivo que recibe señal de información

desde un instrumento de una forma y envía una señal hacia una salida bajo otra forma. Un instrumento que cambia salida del sensor a una señal estándar no es propiamente un convertidor sino un transmisor. Típicamente un elemento de temperatura (TE) se puede conectar a un transmisor(TT) no a un convertido (TY). Un convertidor algunas veces se puede referir a un transductor, sin embargo este término es completamente general y su empleo especifico en conversión de señales no se recomienda

Digital.- (Digital) Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos

binarios para representar valores continuos o estados discretos.



Sistema de Control Distribuido.- (Distribuided control system) Un

sistema que opera funcionalmente integrado consistiendo en subsistemas que pueden operar física y remotamente separados unos de otros.

Elemento Final de Control.- (Final control element) El dispositivo que

directamente controla el valor de la variable manipulada de un lazo de control a menudo resulta ser una válvula de control.

Función.- (Function) El propósito de o una acción efectuada por un

Dispositivo.

Identificación.- (Identification) La Secuencia de dígitos o letras o ambos

empleado para designar un instrumento o un lazo

Instrumento.- (Instrument) Un Dispositivo usado directa o indirectamente

para medir y/o controlar una variable. El término incluye elementos prímarios, elementos finales de control, dispositivos computacionales, y dispositivos eléctricos tales como anunciadores, interruptores y pulsadores. El término no se aplica a partes (por ejemplo un fuelle receptor o resistencias que son componentes internas de un instrumento.

Instrumentación.- (Instrumentation) Una colección de instrumentos o su

aplicación para el propósito de observar , medir , controlar o combinaciones de estas.

Local.- (Local) La ubicación de un instrumento que no esta en un panel o

consola y no esta montado en una la sala de control. Los instrumentos locales están comúnmente en la vecindad de un elemento primario o de un elemento final de control. La palabra “campo” (field) se usa comúnmente como sinónimo de local

Panel Local.- (Local panel) Un panel local no es un panel principal. Los

paneles locales se ubican en las cercanías de los subsistemas o sub áreas de la planta. El término “panel de instrumentación local” no debe confundirse como “instrumento local”

Lazo o Loop.- Combinación de dos más instrumentos o arreglo de

funciones de control también el paso de señales de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar una variable de un proceso.

Estación de carga Manual.- (Manual loading station) Dispositivo o

función que tiene un ajuste manual de la salida usado para actuar con uno o más dispositivos de control remoto La estación no provee interruptores entre el modo de control manual o automático de un lazo de control.( ver controlador y estación de controlador) La estación puede tener indicadores integrados a ella; luces, u otros características. Se le conoce como estación manual o carga manual.

Medición.- (Measurement) Determinación de la existencia o magnitud de una

variable.

Monitor.- Termino general para un Instrumentos o sistemas de

instrumentos que miden o detectan el estado o magnitud de una o más variables con el propósito de obtener una información útil. El término



monitor es muy ambiguo se asocia generalmente con analizadores, indicadores o alarmas. En algunos casos se usa como verbo “monitorear”

Luz Monitor.-(Light monitor)Sinónimo de luz piloto

Panel.- Una estructura que tiene un grupo de instrumentos montados en

ella, que encierra interfaces para el operador del proceso y es seleccionada con una designación única. El panel puede consistir en una o más secciones, cubículos, consolas o escritorios, sinónimo de tablero ( board)

Panel de Montaje-(Panel – mounted) Termino aplicado a un Instrumento

que están instalados en un panel o consola y son accesibles al operador en forma normal. Una función que normalmente es accesible a un operador en un sistema de visualización compartida, es el equivalente de un dispositivo montado en un panel discreto.

Luz Piloto.- ( Light pilot) luz que indica cual son las condiciones normales de

un sistema o dispositivo. Por ejemplo luz de alarma que indica condición anormal. Se le conoce también como luz monitor.

Elemento Primario.- (Primary element) sinónimo de sensor o detector

Proceso.-(Process) Cualquier Operación o secuencia de operaciones que

involucra un cambio de energía, estado, composición, dimensión u otras propiedades que pueden definirse respecto a una referencia

Variable de Proceso.- (Process variable) Cualquier variable perteneciente

a un proceso En esta norma se aplica para todas las variables que no sean las de señales de instrumentación.

Programa.-( Program) Secuencia repetitiva de acciones que definen el

estado de salidas relacionadas con los valores dado por las entradas

Controlador Lógico Programable.- Dispositivo que posee múltiples

entradas y salidas y que contiene un programa modificable Relé.- dispositivo cuya función es pasar una información inmodificable a oen alguna forma modificada Se ua a menudo como un medio “dispositivo computacional.” El ultimo termino es preferido se aplica específicamente en electricidad, neumática o hidráulica como interruptor que actúa bajo una señal, también es aplicable a funciones efectuadas por un relé.

Scan.- Para “monitorear” en una forma predeterminada el estado cada

una de las variables de un proceso en forma periódica, puede estar asociado con otras funciones como alarma y memoria.

Sensor.- Parte de un lazo o un instrumento que primero sensa el valor de la

variable de un proceso y que asume el valor correspondiente predeterminado para el estado de la salida, el sensor puede estar separado o integrado a cualquier elemento funcional del lazo. Se le conoce también como detector o elemento primario.



Set point.- Punto de referencia para una variable de entrada que establece el

valor deseado de la variable a controlar. Se puede establecer en forma manual, automáticamente o programada. Su valor se expresa en la misma unidad que la variable controlada.

Display de Pantalla.- Dispositivo de interfaz, para el operador,

Comúnmente pantalla de video empleada para controlar información desde de las fuentes hacia el operador

Controlador compartido (Shared controller).- Elemento que contiene

algoritmos pre programados que usualmente son accesibles, configurables y asignables, permitiendo que un solo dispositivo controle varias variables.

Interruptor (Switch).- Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona o

transfiere uno o más circuitos y no esta designado como un controlador como un relé o como una válvula de control. Como verbo el termino también es aplicable a las funciones efectuadas por los switch.

Punto de Prueba (Test Point).- Es una Conexión al proceso con

instrumentos no conectados permanentemente, es por extensión una conexión temporal o intermitente de un instrumento.

Transductor (Transducer).- Termino general para un Dispositivo que

recibe información de una o más formas de cantidades físicas, modificando esta información y/o su forma produciendo una señal de salida. Dependiendo de su aplicación en el proceso puede ser un elemento primario, transmisor, relé , convertidor u otro dispositivo. Pero el termino transductor no es especifico, su uso para aplicaciones específicas no se recomienda.

Transmisor.- (Transmitter) Dispositivo que detecta la variable de un

proceso por medio de un sensor y tiene una salida cuyo valor en el estado estable varia como una función predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede o no estar integrado al transmisor

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Education

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE LA MATERIA DE INSTRUMENTACIÓN DEL TECNOLÓGICO DE MÉRIDA 2012