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Sensores Mecanicos

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Categoría: Ciencia

Enviado por: Kate 15 junio 2011

Palabras: 2029 | Páginas: 9

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Mecánicos: Los sistemas de flotador son los más utilizados para la medición de nivel de líquidos, en estos, un flotador se mueve hacia arriba y hacia abajo y está conectado con un medidor de desplazamiento angular.

Eléctricos: En algunos casos se utiliza la conductividad del líquido del cual se quiere conocer el nivel. El cambio en el nivel provoca un cambio en resistencia y con ello se puede ocasionar un cambio en el nivel de voltaje.

Ultrasónicos: Estos sensores son los más exactos, ya que proporcionan un método “no invasivo”, es decir, su utilización no modifica el nivel del líquido a medir. Pueden usarse interna o externamente y la medición se basa en el tiempo transcurrido desde que se emite un pulso ultrasónico hasta que se recibe de rebote.

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Sensores basados en Presión Si se conoce la densidad del líquido a medir, y las dimensiones del tanque, se hace posible conocer el nivel del líquido cuando se mide la presión en el fondo del tanque. Este método también es no invasivo.

III. Sensores de Tensión

Los sensores de tensión son ampliamente utilizados para medir otras variables físicas, tales como presión, peso y otras más.

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Al aplicar una fuerza externa a un cuerpo sólido, se produce una deformación en éste. El tamaño de la deformación ira en función de las características físicas del material y de la magnitud de la fuerza aplicada. La fuerza aplicada puede provocar un estiramiento, compresión o una deformación en caso de tratarse de un par de fuerzas aplicadas en sentidos diferentes y sobre diferentes puntos del cuerpo:

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Al graficar la tensión contra la deformación que produce se ve obtiene una gráfica como la mostrada a continuación. Si la fuerza es aplicada en la zona lineal, al momento de quitar la fuerza la deformación también desaparecerá, a esta zona se le llama zona elástica, pero se llega al punto en que incrementos en la fuerza aplicada ya no producen cambio en las dimensiones del cuerpo, hasta que se rompe.

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{text:list-item} Por lo general se adhiere al material que se quiere medir su deformación un material SG (Por sus siglas en inglés Strain Gauge), al deformarse el material, también se deformará el material SG, y como ya sabemos, un cambio en su longitud provocará un cambio en resistencia. Debido al material usado en los SG, es muy importante considerar la compensación de temperatura, los cambios de temperatura en los sistemas industriales son comunes.

{text:list-item} GF: (Factor de Medición), representa la relación entre variación de resistencia y la deformación sufrida: GF=∆RRstrain, en los medidores metálicos este valor es siempre cercano a dos.

A continuación se muestra un SG metálico:

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Para compensar las variaciones de temperatura, se utiliza otro SG, pero colocado en la forma en la que no se producirá ningún cambio en su resistencia interna:

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{text:list-item} Estos medidores de tensión también sufren un cambio en su resistencia al presentarse una fuerza. Pero a diferencia de los SG metálicos, el factor de medición (GF) es negativo, y alcanza valores hasta de -200. Su principal desventaja es su respuesta no lineal.

{text:list-item} Los medidores de tensión (SG) son también utilizados para medir peso, y pueden ser usadas para medir pesos de hasta 106 libras.

IV. Sensores de Movimiento

El sensor de movimiento más utilizado es el acelerómetro, y con él, una vez conocida la aceleración, se puede conocer la velocidad y la posición de un cuerpo. Para conocer estas 2 últimas mediciones sólo basta aplicar una integral o una integral doble respectivamente.

Existen diferentes tipos de sensores de movimiento, y se debe de seleccionar uno adecuado para el tipo de movimiento que se desea analizar. Los tipos de movimientos son movimiento rectilíneo, movimiento angular, vibración y de choque.

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El método más utilizado para realizar la medición de aceleración se basa en 2 principios físicos bien conocidos: La ley de Newton que menciona a la masa y la aceleración de un cuerpo, y la Ley de Hooke que describe el funcionamiento de un resorte. Al analizar el siguiente sistema masa-resorte, se obtiene que la fuerza aplicada es igual al desplazamiento de la masa por la constante del resorte:

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ma=k∆x

Por lo tanto, la aceleración puede expresarse de la siguiente forma:

a=km∆x

Si se mantiene constante la constante de amortiguamiento del resorte (_k_) y la masa del cuerpo es conocida, entonces el cálculo de la aceleración se reduce a conocer el desplazamiento ocurrido, multiplicado por otra constante. Las oscilaciones que se producen en un sistema masa-resorte y la vibración que estas pudieran ocasionar, son 2 factores que se tienen que tomar en cuenta para un cálculo más preciso.

{text:list-item} Existen diferentes tipos de acelerómetros, y la selección debe de hacerse dependiendo de la magnitud de las oscilaciones (frecuencia) del sistema a medir y del rango de aceleración capaz de medir del sensor:

V. Sensores de Presión

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Conocer la magnitud de la presión es muy importante para poder controlar líquidos y gases en procesos industriales. A la presión se le define como la fuerza por unidad de área que un líquido o gas ejerce sobre las paredes del tanque que lo contiene; la cuál es igual hacia todas direcciones en los gases, y en los líquidos siempre es mayor en el fondo del recipiente. La presión también varía dependiendo de la actividad o movimiento del líquido o gas a medir.

Algunos puntos importantes a considerar al medir la presión son: 1) Cuando se hacen mediciones de presión en espacios abiertos, es importante considerar la presión que la atmósfera ejerce sobre la tierra, sólo así se podrá saber realmente la presión que nuestro sistema ejerce. 2) La presión que un líquido ejerce sobre un tanque, se puede calcular si se conoce su densidad y el nivel que ocupa en el tanque.

{text:list-item} Diafragma: En este instrumento, una diferencia de presión se convierte en un desplazamiento:

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Este instrumento se combina con un LVDT para convertir ese desplazamiento en una variable eléctrica:

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Tubo Bourdon: Este instrumento consiste en un tubo, el cual se “aplana”, se cierra uno de sus extremos y se le dobla. Al introducir una presión por la parte abierta, este tenderá a enderezarse si la presión aplicada es mayor a la de afuera del tubo.

Sensores de Presión de Estado Sólido: Estos sensores se han desarrollado ampliamente en los últimos años y en ellos se compara la presión a medir contra la presión atmosférica. Sus principales características son: Rango de operación de 10 hasta 100 mV/kPa, tiempo de respuesta del orden de 10ms, linealidad (dentro del rango especificado) y fácil uso.

{text:list-item} Algunos de estos sensores se basan en la transferencia de temperatura por radiación. Al variar la presión del gas en el que se encuentran, cambia densidad de moléculas y por lo tanto se ve afectada la capacidad para transmitir temperatura.

Algunos medidores usados son: Medidor Pirani, Termocupla estos con un rango de hasta 10-3 atmósferas y el Ionizador que puede sensar hasta 10-13 atmósferas.

VI. Sensores de Flujo

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Banda Transportadora: El flujo se define como la cantidad de masa o peso que ha pasado por la banda en una unidad de tiempo. La velocidad de la banda es también considerada para el cálculo:

Q=WRL

Donde: Q = Flujo

W= Peso en un espacio dado L

R = Velocidad de la Banda

L = Longitud

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Si se conoce la velocidad de la banda y considerando la longitud de la zona en la que se va a medir el peso, entonces la medición de flujo se reduce a una medición de peso.

{text:list-item} Para medir el flujo de un líquido es necesario saber su velocidad y el área transversal del portador.

V=QA

Donde: Q = Flujo

V = Velocidad del Flujo

A = Sección Transversal del portador

En algunos casos se conoce también el peso transportado por la unidad de tiempo, con eso se obtiene:

F=pQ

Donde: Q = Flujo

p = Densidad del Peso

F = Peso en la unidad de tiempo

El método más común para medir el flujo en un tubo es aplicando una obstrucción y medir la variación en la presión.

Q=K√Δp

Donde: Q = Flujo

K = Constante para el tipo de líquido

Δp= Caída en presión

A continuación se muestra algunos métodos de aplicación de la obstrucción en un tubo:

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El tubo “Pitot” es otro instrumento que se utiliza para medir el flujo de un líquido en un tubo, pero, ya que el flujo varía de magnitud dependiendo de la posición dentro del tubo, este método no es efectivo para conocer el flujo real del tubo.

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Bibliografía

Process Control Instrumentation Technology

Curtis D. Johnson

Todas las imágenes fueron obtenidas de la misma bibliografía.