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SENSORICA Detección de Proximidad
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA
LA IMPORTANCIA DE LA TECNOLOGÍA DE LOS SENSORES
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA LA IMPORTANCIA DE LA TECNOLOGÍA DE
LOS SENSORES La creciente automatización de los complejos sistemas de producción, requiere de componentes capaces de adquirir y transmitir información relacionada con el proceso. Los sensores cumplen estos requerimientos y de ahí la importancia de estos en la medición y control de bucle cerrado y abierto.
Las variables de estado de todo proceso pueden ser variables físicas, como la temperatura, presión, fuerza, longitud, ángulo de giro, nivel, caudal, etc. Y existen sensores para cada una de estas magnitudes físicas.
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Objeto a Sensar
Sensor
Oscilad or
Detector
Salida
SENSORICA
SENSORES Los dispositivos que realizan esta función reciben diversos nombres: captador, detector, transductor, transmisor, sonda, sensor,codificador, convertidor. UN SENSOR TIENE SIGUIENTES CARACTERISTICAS
LAS
•ES UN CONVERTIDOR TÉCNICO, CONVIERTE UNA VARIABLE Física EN OTRA MAS FACIL DE EVALUAR (generalmente una señal eléctrica) •NO TODOS LOS SENSORES EMITEN SEÑALES ELECTRICAS (finales de carrera, termómetros, etc.) •SON LOS PERCEPTORES QUE SUPERVISAN UN PROCESO.
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SENSORICA
SENSORES LA MAYORIA DE LOS SENSORES TRABAJAN BASANDOSE EN UNO DE LOS SIGUIENTES PRINCIPIOS FISICOS:
IMPEDANCIA INDUCTANCIA INDUCCION RESISTIVIDAD RESISTENCIA PIEZOELECTRICIDAD FOTOVOLTAICO TERMOELECTRICIDAD
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SENSORICA SEÑALES DE SALIDA TIPO A Sensores con señal de salida por interrupción (señal de salida binaria). Por norma estos sensores pueden conectarse directamente a los PLC.
Ejemplos
•Sensores de Proximidad •Presostatos •Sensores de Nivel •Sensores bimetálicos Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SEÑALES DE SALIDA TIPO B Sensores con salida por trenes de pulso. Generalmente se dispone de interfaces compatibles para PLC que dispongan contadores de hardware y software con posibilidad de una mayor longitud de palabra.
Ejemplos: •Sensores Incrementales de longitud y rotativos Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SEÑALES DE SALIDA TIPO C
Son sensores con salida analógica y sin amplificador integrado ni conversión electrónica, su señal de salida analógica es muy débil (milivoltios), no apta para una evaluación inmediata o de una señal que solamente puede ser evaluada utilizando circuiteria adicional.
Ejemplo •Componentes de sensores Piezoresistivos o piezoeléctricos •Células Termoeléctricas o Pt-100 •Mangentoresistores y componentes de sensores de efecto Hall Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SEÑALES DE SALIDA TIPO D Sensores con salidas analógicas, amplificador y conversión electrónica integrados, que proporcionan señales de salida que pueden evaluarse inmediatamente. Ejemplos típicos: 0 …10V -5V …+5V 1 … 5V 0 … 20mA -10 … +10mA 4 … 20mA Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SEÑALES DE SALIDA TIPO E
Sensores y sistemas de sensores con señal de salida estandarizada, por ejemplo RS 232C, RS 422-A, RS 485 o con interfase a buses de datos tales como bus de campo (profibus, bus-sensor-actuador)
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SENSORICA SENSORES BINARIOS Son sensores que convierten una magnitud física en una señal binaria, principalmente en una señal eléctrica con los estados ON o OFF (conectado o desconectado)
Ejemplos: •Final de carrera •Sensor de Proximidad •Presostato •Sensor de Nivel
•Termostato Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES ANALOGICOS Son sensores que convierten una magnitud física en una señal analógica, principalmente una señal eléctrica de tensión o de intensidad de corriente. Ejemplos: •Sensores de longitud, distancia o desplazamiento •Sensores de movimiento lineal y rotativo •Sensores para superficies, formas y geometría •Sensores de fuerza, peso, presión, de par, etc. •Sensores de flujo (para gases y fluidos)
•Sensores de caudal, etc. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA VENTAJAS DE LOS SENSORES DE PROXIMIDAD SIN CONTACTO •Detección precisa y automática de posiciones geométricas •Detección sin contacto de objetos y procesos; utilizando sensores electrónicos de proximidad, no es necesario el contacto entre el sensor y la pieza. •Características de conmutación rápidas; dado que la señal de salida se genera electrónicamente, los sensores están libres de rebotes y no crean errores en las señales emitidas. •Resistencia al desgaste; los sensores electrónicos no contienen partes móviles que puedan desgastarse •Numero ilimitado de ciclos de conmutación •Versiones disponibles incluso para utilización en ambientes peligrosos (ambientes con riesgo de explosión) Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA APLICACIONES DE LOS SENSORES DE PROXIMIDAD Detección sin contacto
Detección de la Posición
Conteo de elementos
Detección de movimientos giratorios Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA CAMPOS DE APLICACION
•Industrial del Automóvil •Ingeniería Mecánica •Industria del Embalaje •Industria de la madera •Industria de la impresión y papeleras •Industria de la impresión y papeleras •Industria de la alimentación •Industria cerámica y de construcción.
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SENSORICA CLASIFICACION DE LOS SENSORES PARA DETECCION DE POSICION Sensor de posición magnéticos
Sensor de posición inductivos
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Analógicos Binarios: sensores de proximidad magnéticos Analógicos Binarios: sensores de proximidad inductivos
Con contacto Sin contacto Con salida Neumática
SENSORICA CLASIFICACION DE LOS SENSORES PARA DETECCION DE POSICION Sensor de posición capacitivos
Analógicos Binarios: sensores de proximidad capacitivos CFO=Cable de Fibra Óptica
Sensor de posición ópticos
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Analógicos Binarios: sensores de proximidad ópticos
Barrera de luz
Barreras c/s CFO
Sensores de reflexión directa
Barreras c/s CFO
Reflex c/s CFO
Reflex c/s CFO
SENSORICA CLASIFICACION DE LOS SENSORES PARA DETECCION DE POSICION Sensor de posición Ultrasónicos
Sensor de posición neumáticos
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Analógicos Binarios: sensores de proximidad ultrasónicos
Sensores de proximidad neumáticos
Barreras Ultrasónicas Sensores Ultrasónicos
Sensores de obturación fuga Sensores Reflex Barreras de Aire
SENSORICA SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNÉTICOS REED
Estos sensores reaccionan a los cambios magnéticos de imanes permanentes y de electroimanes. En el caso de un sensor reed, las laminas de contacto están hechas de material ferromagnético (Fe-Ni aleado) y están selladas dentro de un pequeño tubo de vidrio lleno de gas inerte (Nitrógeno)
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SENSORICA CARACTERÍSTICAS TECNICAS DE UN SENSOR DE PROXIMIDAD REED Tensión de conmutación
12V…27V DC o AC
Precisión de conmutación
±0.1 mm
Potencia máxima de interrupción 40W Max. Corriente de ruptura
2A
Frecuencia max. de conmutación 500Hz Tiempo de conmutación
≤ 2ms
Conductancia
0.1Ω
Vida Útil del contacto
5.106 ciclos
Clase de Protección
IP 66
Temperatura de funcionamiento
-20ºC … 60ºC
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SENSORICA APLICACIÓN DE LOS SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNÉTICOS REED La aplicación mas ampliamente conocida y utilizada: DETECTORES DE POSICION Con el uso de estos sensores pueden solventarse muchos otros problemas de detección si al objeto a detectar se le aplica un imán, por ejemplo: •Medición de la velocidad de rotación de piezas de cualquier material. •Detección selectiva de piezas individuales de series similares. •Sistemas de codificación por desplazamiento incremental •Dispositivos de conteo, interruptores de puertas, etc. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA APLICACIÓN DE LOS SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNÉTICOS REED
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SENSORICA SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNÉTICOS
Sensor de Proximidad Magnético-inductivo
Son muy similares a los sensores de proximidad inductivos, solamente reaccionan ante campos magnéticos y no ante cualquier objeto metálico.
Sensores de proximidad magnetorresistivos
Las cintas resistentes (por ejemplo Bismuto) cambian su resistencia eléctrica en campos magnéticos. La magnetorresistencia, puede utilizarse para varios tipos de sensores
Sensores de proximidad de efecto Hall
Si un semiconductor se expone a un campo magnético, se crea una tensión perpendicular a la dirección de la corriente, es decir el efecto Hall.
Sensores de proximidad Wiegand Consisten en un hilo hecho de una aleación ferromagnética de vanadio, cobalto y hierro. La dirección de la magnetización de este hilo cambia espontáneamente cuando un campo magnético que se acerque excede cierto valor. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad Estos sensores consisten en un núcleo de fierro y carbón arreglados de forma que generan una alta frecuencia electromagnética en la cabeza del sensor.
Objeto a Sensar
Sensor
Oscilador
Detector
Existen dos tipos de sensores de proximidad inductivos: ¨ Los sensores con aislamiento (shielded). ¨ Los sensores sin aislamiento (unshielded). Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Salida
SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad 1
2
3
Un objeto metálico que entra al campo electromagnético causa que se generen corrientes de Eddy, las cuales a su vez provocan pérdidas de energía. A medida que la energía disminuye, la amplitud de la oscilación se debilita por lo que los circuitos de detección del sensor operan y accionan la salida cuando la amplitud llega al nivel de umbral.
Objeto a sensar
Sensor
Salida del circuito oscilador
Salida del circuito detector de ondas
Encendido Apagado Circuito de salida
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Apagado
Cuando el objeto se aleja, la amplitud de oscilación se incrementa, y el sensor recobra su oscilación normal
SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad Sensores con aislamiento Los sensores con aislamiento están cubiertos por una capa aislante alrededor del núcleo de fierro. Esto limita el campo electromagnético a sólo el frente de la cabeza del sensor, eliminando la influencia que pudiera tener cualquier metal cercano. Esto permite que el sensor pueda ser montado en una base metálica.
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Sensores sin aislamiento Estos sensores ofrecen grandes distancias de sensado porque no tienen una placa protectora aislante que reduzca el área de flujo magnético. Para prevenir señales causadas por un metal cercano, el sensor debe de estar montado a una distancia del metal mayor que la del objeto a sensar. Esto permitirá que el sensor no sea afectado por el metal del montaje.
SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad
Factores de corrección del objetivo Para determinar la distancia de detección para otros materiales diferentes al acero templado se utilizan factores de corrección. La composición del objeto a detectar influye en gran medida en la distancia de detección de los sensores de proximidad inductivos. Si se utiliza un objeto construido a base de alguno de los materiales que a continuación se listan, multiplique la distancia nominal de detección por el factor de corrección listado para determinar la distancia nominal de detección real de dicho objeto. Tenga en cuenta que los sensores específicos de materiales férricos no detectarán hojalata (zinc + cobre), aluminio o cobre, mientras que los sensores específicos de materiales no férricos no detectarán acero ni aleaciones férricas inoxidables.
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SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad
Factores de corrección del objetivo Los factores de corrección de la citada lista pueden utilizarse como guía general. Los materiales comunes y su factor de corrección específico aparecen listados en cada página de especificación del producto
Rango de Detección = (Rango de sensibilidad nominal) x (Factor de corrección) Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad
El tamaño y aspecto de los objetos a detectar también puede afectar a la distancia de detección.
Los objetos planos son más deseables Las formas redondeadas pueden reducir la distancia de detección Los materiales no férricos reducen por lo general la distancia de detección en el caso de sensores para cuerpos metálicos en general
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SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad
Los objetos mayores que la superficie de detección pueden incrementar la distancia de detección Los cuerpos laminares pueden incrementar la distancia de detección
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SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad
Frecuencia de conmutación Es la velocidad máxima a la que el sensor escapaz de entregar pulsos discretos individuales según el objeto entra y sale del campo de detección. Este valor depende siempre del tamaño del objeto, de la distancia de éste a la cara de detección, de su velocidad y del tipo de interruptor. Este valor indica el máximo número de operaciones de conmutación por segundo.
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SENSORICA Sensor Inductivo de Proximidad Espaciado entre sensores no blindados (no montables al ras) y próximos a superficies metálicas
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SENSORICA SENSORES Datos Técnicos de un Sensor Inductivo de Proximidad
Material de objeto
Metales
Tensión de Funcionamiento
10v…30v
Distancia de Conmutación
0.8…10mm máx. 250mm
Intensidad máxima
75mA … 400mA
Temperatura de Funcionamiento -25ºC… +70ºC Vibración
10…50Hz 1mm amplitud
Sensibilidad a la suciedad
Insensible
Vida Útil
muy larga
Frecuencia de conmutación
10…5000Hz máx. 20kHz
Clase de protección
hasta IP 67
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensor Inductivo de Proximidad
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SENSORICA SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
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SENSORICA SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
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SENSORICA SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
Detección de un árbol de levas
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Medición de la velocidad y sentido de rotación
SENSORICA SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad
Sensores capacitivos de proximidad Consisten en un electrodo sensador, localizado en la cabeza del sensor, y de un circuito oscilatorio. El estado de oscilación cambia cuando el valor de capacitancia, entre el electrodo y el objeto sensado cambia.
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SENSORICA SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad
El cambio en la capacitancia está relacionado con la constante dieléctrica del objeto o sensor, y la distancia entre el objeto y el electrodo de sensado, como se muestra en la Figura. Los sensores capacitivos pueden detectar líquidos, polvos o materiales sólidos si la constante dieléctrica de los mismos es igual o mayor a un valor establecido por el fabricante, para el caso de los sensores capacitivos OMRON el valor de la constante dieléctrica establecido es 1.2.
A+
Capacitor
B-
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SENSORICA SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad Los sensores capacitivos no son afectados por el color o condiciones de superficie del objeto a sensar. Pero si pueden ser afectados si la constante dieléctrica del ambiente es mayor a la del objeto. En la Figura se observa la vista frontal y los bloques funcionales de un sensor capacitivo C
B
A
C B
Oscilador
Detector
A B
C Vista Frontal A y B = Electrodos del sensor C = Electrodos de compensación.
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Salida
SENSORICA SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad
La sensibilidad o distancia de detección de la mayoría de los sensores Capacitivos pueden ajustarse por medio de un potenciómetro. De esta manera es posible eliminar la detección de ciertos medios. Por ejemplo, es posible determinar el nivel de un liquido a través de la pared de vidrio de su recipiente. Grueso del Material Distancia de conmutación 1.5mm -----3.0mm 0,2mm 4,5mm 1,0mm 6,0mm 2,0mm 7,5mm 2,3mm 9,0mm 2,5mm 10,5mm 2,5mm Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Datos Técnicos de un Sensor Capacitivo de Proximidad
Material de objeto
Todos los materiales con constante dielectrica >1
Tensión de Funcionamiento
10V…30V DC o 20..250V CA
Distancia de Conmutación
5…20mm max 60mm
Intensidad máxima
500mA DC
Temperatura de Funcionamiento -25ºC… +70ºC Sensibilidad a la suciedad
Sensible
Vida Útil
muy larga
Frecuencia de conmutación
hasta 300Hz
Clase de protección
hasta IP 67
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SENSORICA SENSORES Aplicaciones de un Sensor Capacitivo de Proximidad
Detección de Suelas Negras
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Detección del nivel de llenado en un deposito de acero
Comprobación del contenido de una caja a través del cartón
SENSORICA SENSORES
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SENSORICA SENSORES Sensor Óptico de Proximidad
Los sensores ópticos pueden detectar cualquier objeto que interrumpa un rayo de luz, o que reflejen la luz. Hay diversas formas, o métodos de detección, en las cuales la fuente de luz y el fotorreceptor pueden detectar objetos. Las características del objeto a ser detectado determinan el método de detección que funcionará mejor. Es importante saber con anticipación, si los objetos son opacos, translúcidos o claros, si son reflexivos o no reflexivos, o bien si los objetos están en la misma posición o están posicionados al azar cada vez que pasan por el sensor. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensor óptico de Proximidad
Los sensores Ópticos emiten luz, usualmente mediante un LED (Light Emitting Diode) y reconocen el rayo de luz a través de un fotodiodo u otro componente sensible a la luz. Los LEDs de espectro visible rojo, azul y amarillo también se utilizan en aplicaciones especiales donde han de detectarse colores específicos o contrastes de color determinados. Los indicadores LED son componentes resistentes y confiables. Son capaces de trabajar en un amplio margen de temperatura son muy resistentes a los impactos y vibraciones.
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SENSORICA SENSORES Variantes de los Sensores Ópticos de Proximidad
Sensores Ópticos de Proximidad Sensores de Barrera
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Sensores de retrorreflexión
Sensores de Reflexión Directa
SENSORICA SENSORES Sensor Óptico de Barrera
Sensor Óptico de barrera. La configuración de este sensor se muestra en la Figura, éste tiene la fuente de luz en una locación y el receptor en otra, donde ambos tienen que ser puestos de frente con una alineación no exacta pero si considerablemente buena. El objeto a ser detectado pasa entre el emisor de luz y el receptor, interrumpiendo el rayo.
Emisor
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Receptor
SENSORICA SENSORES Características de un Sensor Óptico de Barrera
Ventajas: •Incremento de la fiabilidad debido a la presencia permanente de luz durante el estado de reposo •Amplio alcance •Pueden detectarse pequeños objetos incluso a largas distancias •Adecuado para ambientes agresivos •Los objetos pueden ser reflectantes, especulares o traslucidos •Buena precisión de posicionado Desventajas: •Dos elementos separados forman el sensor (emisor y receptor), con lo que se requieren conexiones independientes. •No pueden utilizarse para objetos completamente transparentes.
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Características Técnicas de un Sensor Óptico de Barrera
Material de objeto
Cualquiera. Dificultad con objetos muy transparentes
Tensión de Funcionamiento
10v…30v DC o 20..250V CA
Alcance
máx. 1m hasta 100m
Intensidad máxima
máx. 100…500mA DC
Temperatura de Funcionamiento 0ºC…60ºC o -25ºC…80ºC Sensibilidad a la suciedad
Sensible
Vida Útil
muy larga (aprox.. 100 000h)
Frecuencia de conmutación
de20 a 10000Hz
Clase de protección
hasta IP 67
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicaciones de los Sensores Ópticos de Barrera
Ejemplo de Aplicación
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SENSORICA SENSORES Sensor Óptico retro reflexivo
Sensor óptico de reflexión directa (reflexión en un reflector) Estos sensores tienen la fuente de luz y el receptor en la misma locación pero requieren de un reflector de luz alineado con el sensor. El objeto a ser detectado interrumpe el rayo entre el sensor y el reflector de luz, y de esta manera es detectado. Para efectos de instalación, los sensores retro reflexivos requieren menos cableado y son más fáciles de alinear. Para accionar la salida cuando un objeto está presente se debe poner el sensor en el modo DARK ON, de caso contrario en LIGHT ON.
Emisor y Receptor
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Reflector
SENSORICA SENSORES Sensor óptico retro reflexivo
Sensor óptico de reflexión difusa (reflexión en el objeto) Este tipo de sensor reflectivo tiene la fuente de luz y el receptor en la misma locación, pero no necesita de un reflector de luz. El objeto es detectado cuando se refleja la luz del emisor en la superficie del objeto y ésta se regresa hacia el receptor debido a la reflexión en el objeto.
Emisor y Receptor
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Objeto a Detectar
SENSORICA SENSORES Características de los Sensores Ópticos Retro Reflexivos
Ventajas: •Mejor fiabilidad dado que hay luz permanente durante el estado de reposo. •Instalación y ajustes sencillos •El objeto a detectar puede ser reflectante, especular o transparente, siempre que absorba un porcentaje suficientemente elevado de luz •En muchos casos, cubren un rango mayor en comparación con los sensores de reflexión directa Desventajas: •Los objetos transparentes, muy claros o brillantes pueden pasar inadvertidos al sensor.
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicación de Sensores Ópticos Retro Reflexivos
Control de presencia y conteo por medio de un sensor de retrorreflexión
Control de un bucle compensador por medio de sensores de retrorreflexión Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensores Ópticos de Reflexión Directa
Tanto el emisor como receptor se encuentran alojados en el mismo cuerpo. La distancia de detección depende de mucho de la reflectividad del objeto, unos pocos decímetros
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Características Técnicas Sensores de Reflexión Directa
Material de objeto
Cualquiera
Tensión de Funcionamiento
10v…30v DC o 20..250V CA
Alcance
máx. 50mm hasta 2m
Intensidad máxima
100…500mA DC
Temperatura de Funcionamiento 0ºC…60ºC o -25ºC…80ºC Sensibilidad a la suciedad
Sensible
Vida Útil
larga (aprox.. 10 000h)
Frecuencia de conmutación
de10 a 2000Hz
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Características de los Sensores de Reflexión Directa
Ventajas: •Ya que es la propia reflexión del objeto la que activa al sensor, no se requiere un reflector adicional. •El objeto puede ser reflectante, especular o transparente y hasta translucido mientras refleje un porcentaje suficientemente elevado del rayo de luz que recibe. •Mientras que en el sensor de barrera, los objetos solo pueden detectarse lateralmente, los sensores de reflexión directa permiten detectar en posición frontal, es decir, en la dirección del rayo de luz. •Dependiendo del ajuste del sensor de reflexión directa, los objetos pueden detectarse selectivamente frente a un fondo. •Desventajas: •La respuesta no es completamente lineal, por ello los sensores de reflexión directa no son tan adecuados como los sensores de barrera si se necesita una elevada precisión de respuesta lateral. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensores Ópticos de Reflexión Directa
El objeto es Detectado
Comportamiento de un sensor de reflexión directa con un objeto especular
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
El objeto no es detectado
SENSORICA SENSORES Sensores Ópticos de Proximidad con Cables de Fibra Óptica
Los sensores de proximidad con adaptadores para fibra óptica se utilizan cuando los dispositivos convencionales ocupan demasiado espacio. Otra aplicación, donde es ventajosa la utilización de cables de fibra óptica, puede ser en áreas con riesgo a explosión. Con la utilización de cables de fibra óptica, puede detectarse con precisión la posición de pequeños objetos.
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensores Ópticos de Proximidad con Cables de Fibra Óptica
Sensores de Reflexión directa con CFO. Sensor de Barrera con CFO.
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Ventajas de los Sensores Ópticos de Proximidad con CFO
Ventajas de los sensores ópticos de proximidad adaptados con CFO: •Detección de objetos en áreas de acceso restringido, por ejemplo, a través de agujeros. •Posibilidad de instalación a distancia del cuerpo del sensor •Detección precisa de pequeños objetos Ventajas de los CFO de Polímero: •Mecánicamente mas resistentes que los de fibra de vidrio. •La longitud puede reducirse fácilmente cortando los extremos de los cables con un cuchilla. •Ahorro de costos Ventajas de los cables ópticos de fibra de vidrio: •Adecuados para elevadas temperaturas •Menor atenuación óptica en distancias largas así como en rangos cercanos al infrarrojo. Y mayor durabilidad Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicación de los Sensores Ópticos de Proximidad con CFO
Detección de pequeños objetos por medio de un sensor de reflexión directa con CFO
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Detección de una o dos capas de tejido por medio de un sensor de barrera con CFO
SENSORICA SENSORES Aplicación de los Sensores Ópticos de Proximidad con CFO
Control de Roscas
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Detección de piezas en un sistema transportador
SENSORICA SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Están basados en la emisión y reflexión de ondas acústicas entre un emisor, un objeto y un receptor. Normalmente, el portador de estas ondas sónicas es el aire. Se mide y se evalúa el tiempo que tarda en desplazarse el sonido.
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensores Ultrasónicos de Proximidad
El transmisor emite ondas sónicas en el rango inaudible a cualquier frecuencia, generalmente entre 30 y 300kHz. La velocidad esta limitada por la máxima frecuencia de repetición de pulsos, la cual, dependiendo del diseño, puede oscilar entre 1 Hz y 25Hz.
La principal ventaja reside en el hecho que pueden detectar una amplia gama de diferentes materiales, la detección es de forma independiente de la forma, color y material, mientras que el material puede ser solidó, fluido o en forma de polvo. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Características de los Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Ventajas: •Rango relativamente amplio (hasta varios metros) •Detección del objeto independiente del color y del material •Detección segura de objetos transparentes. •Posibilidad de desvanecimiento gradual del fondo. •Posibilidad de aplicaciones al aire libre Desventajas: •Si se utilizan sensores ultrasónicos para objetos con superficies inclinadas, el sonido se desvía, por ello es importante que la superficie del objeto a reflejar este dispuesta perpendicularmente al eje de propagación del sonido o bien que se utilicen barreras ultrasónicas. •Los sensores de proximidad ultrasónicos reaccionan con relativa lentitud. •Son generalmente mas caros que los sensores de proximidad ópticos. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Características Técnicas de los Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Material de objeto
Cualquiera excepto materiales absorbentes del sonido
Tensión de Funcionamiento
típica 24 V DC
Alcance
100mm hasta 1m max 10m
Intensidad máxima
100…400mA DC
Temperatura de Funcionamiento 0ºC…70ºC en parte hasta -10ºC Sensibilidad a la suciedad
Moderada
Vida Útil
larga
Frecuencia Ultrasónica
30kHz…300kHz
Frecuencia de conmutación
1 a 125Hz
Clase de Protección
IP 65 hasta IP 67
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Posición del Objeto a sensar: de forma similar a lo que sucede con la luz los ultrasonidos se desvían en las superficies planas e inclinadas. Los objetos con superficies lisas y regulares no pueden detectarse si las desviaciones son, por ejemplo, mas de ±3º.. ±5º de la perpendicular al sensor de proximidad.
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SENSORICA SENSORES Aplicaciones de los Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Control de un bucle entre rodillos de alimentación
Clasificación según diferentes alturas
Detección de grueso en lotes Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Sensores de Proximidad Neumáticos
Con estos sensores se puede detectar la presencia o ausencia de un objeto por medio de chorros de aire que detectan sin contacto. Cuando se presenta un objeto, se produce un cambio en la presión de la señal.
Ventajas: •Funcionamiento seguro en ambientes con suciedad y en ambientes de elevada temperatura. •Pueden utilizarse en ambientes con riesgo de explosión. •Insensibles a influencias magnéticas y ondas sónicas. •Fiables incluso en ambientes con brillo intenso y para detección de objetos transparentes a la luz, donde los sensores de proximidad ópticos podrían no ser adecuados. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Tipos de Sensores de Proximidad Neumáticos
Sensores de obturación de fuga
Sensores de barrera
Sensores Reflex Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA SENSORES Aplicación de Sensores de Proximidad Neumáticos
Conteo de piezas de plástico
Control de guiado de cinta
Verificación de tapas
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Detección de posición de agujas
SENSORICA CARACTERÍSTICAS TECNICAS DE UN SENSOR DE POSICION NEUMÁTICO-MECANICO
Presión de trabajo
-0.95…+8.00 Bar
Temperatura
-10ºC …+60ºC
Fuerza de Actuación a 6 bar
6 … 10N
Punto de ruptura
Depende de la presión, varia un máximo de 0,8mm con presiones entre 0…8 bar.
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA DATOS TECNICOS DE UN FINAL DE CARRERA (INTERRUPTORES DE POSICION DE CONTACTO)
Capacidad de ruptura
24V DC, 6A
Precisión del punto de conmutación
250V AC, 6A de 0,01 a 0,1mm (0,001mm)
Frecuencia de conmutación
Aprox. 60…400 operaciones/min
Vida Útil
10 Mill. De ciclos
Clase de Protección
IP 00 a IP 67
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA APLICACIONES DE INTERRUPTORES DE POSICION ELECTROMECANICOS
Vigilancia de una puerta
Interruptor de luces de freno
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA CAMPOS DE APLICACION
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA CAMPOS DE APLICACION
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA CAMPOS DE APLICACION
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA CAMPOS DE APLICACION
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA CAMPOS DE APLICACION
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA CAMPOS DE APLICACION
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA
Instrumentación Industrial
Instrumentos de Medición de : • Temperatura • Flujo • Nivel • Presión
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA
Instrumentación Industrial
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas • Cuando dos filamentos de metales diferentes y homogéneos son unidos en ambos extremos; y uno de los extremos es calentado, existe una corriente continua que fluye en el circuito termoelectrico.
• Es decir hay una conversión de energía térmica a energía eléctrica.
• Si el circuito original es abierto en el centro, el voltaje del lado abierto del circuito (voltaje de Seebeck) es una funcion de la temperatura de la union y la composicion de los dos metales.
Al conjunto de la unión de estos dos metales se le denomina Sensórica Ing. Darwin Alvarez
TERMOPAR.
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas • Consideraciones Básicas en las uniones de un termopar: • Resistencia elevada para no requerir mucha masa, lo que implica alta capacidad calorífica y respuesta lenta. • Coeficiente de temperatura débil en la resistividad.
• Resistencia a la oxidación a altas temperaturas. • Linealidad de la respuesta.
Todas las termocuplas comerciales cumplen con estas consideraciones. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas Componentes de Termocupla
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas Principales Tipos de Termocuplas
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas Algunas Aplicaciones Los termopares J son versátiles y de bajo coste. Se pueden emplear en atmósferas oxidantes. Se aplican a menudo en hornos de combustión abiertos a la atmósfera. Los termopares K, en su margen de medida, son mejores que los de tipo E, J y T. Utiles cuando se trata de medir en atmósferas oxidantes. Los termopares T resisten la corrosión, de modo que se pueden emplear en atmósferas de alta humedad y ambientes oxidantes hasta 750ºF Los termopares E son los de mayor sensibilidad y resisten la corrosión por debajo de 0ºC y las atmósferas oxidantes. Los termopares N resisten la oxidación y ofrecen mejor estabilidad a altas temperaturas. Los termopares con metales nobles (B, R Y S) tienen muy alta resistencia a la oxidación y a la corrosión.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas ¿Qué es atmósfera reductora y oxidante?
Las concentraciones de oxígeno en una atmósfera reductora (con altas concentraciones de compuestos de hidrógeno como en metano y amoniaco) son menores del 1%. En nuestra atmósfera actual la concentración de oxigeno es del 21% El Hidrógeno, carbón y otros vapores metálicos pueden contaminar a la termocupla
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas
La Tabla muestra la salida en mV correspondiente a distintas temperaturas de la unión de un termopar tipo J referenciado a 0ºC.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termocuplas Tipos de uniones
a) b) c) d) e)
Unión soldada en extremos Unión soldada en paralelo Hilo Trenzado Termopar expuesto: Respuesta rápida Termopar encapsulado: Aislamiento eléctrico y ambiental
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura RTD (Resistencia Dependiente de Temperatura) • La resistencia electrica de un material cambia debido a cambios de Temperatura. • Los materiales que ofrecen mejores caracteristicas como RTD son los denominados metales puros (Platino, Niquel). Estos tienen un coeficiente positivo en la relacion resistencia vs. Temperatura. El Platino es el mas popular en aplicaciones industriales. • Un RTD tipico consiste de un filamento de Platino enrollado sobre una mica y con una cubierta protectora. Usualmente la mica y la cubierta son de vidrio o ceramicos.
Termopozo
Inserto Pt100 Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura RTD (Resistencia Dependiente de Temperatura) • Un factor que influye en la exactitud del RTD es la impedancia de la extension de los cables. Para evitar este problema se usa una configuracion tipo Puente Wheatstone. La salida del voltaje es una indicacion indirecta de la resistencia del RTD.
R3 Vs/2 Vo
• El defecto de la impedancia de los cables es minimizada con la configuracion puente de 3 hilos. Rg
Rg=R3[(Vs-2Vo)/(Vs+2Vo)] - Rl[(4Vo)/(Vs+2Vo)] Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Rl: Resistencia de cable
SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura RTD (Resistencia Dependiente de Temperatura)
• El Pt100 es el RTD de platino de mayor aceptacion industrial. Presenta una resistencia de 100 Ohmios a una temperatura de 0ºC. Tambien existen Pt tales como: • Pt50: 50 Ohmios a 0ºC. • Pt500: 500 Ohmios a 0ºC. • Pt1000: 1000 Ohmios a 0ºC. • La ecuacion para calcular el valor de Resistencia del Pt100 es: R(OHM) = 100(1 + 0.00385(T)) • El Rango de operación del Pt100 es de -200 a 600ºC.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Termistores (RTD) • Los Termistores se basan en cambios en la resistencia en un semiconductor ceramico. La resistencia disminuye de manera no lineal ante aumentos de temperatura. Son diseñados según su resistencia a 25ºC (2252 Ohmios). • Generalmente, el rango de operación es de -40 a 150ºC. Sin embargo, la exactitud en este rango es muy elevada.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Temperatura Resumen
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SENSORICA
Instrumentación Industrial
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Generales
• En la mayoria de instrumentos de medicion de flujo, el valor de flujo es determinado inferencialmente midiendo la velocidad del liquido. La velocidad depende de la Presión diferencial que permite al liquido fluir dentro de una tuberia. • La relacion basica para calcular el valor de flujo es:
Q=VxA Q : Flujo de liquido a traves de la tuberia. V : Promedio de velocidad del fluido. A : Area seccional de la tuberia. • Otros factores que influyen en la medicion son la viscosidad, densidad y la friccion del liquido.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Presion Diferencial
• La caida de presion a traves del medidor es proporcional al cuadrado del flujo. El flujo se obtiene midiendo la presion diferencial y extrayendo la raiz cuadrada. • Los medidores de presion diferencial tienen un elemento primario y uno secundario. El elemento primario causa un cambio en la energia cinetica que crea la presion diferencial en la tuberia. Este elemento primaro debe fijarse a la tuberia teniendo en cuenta el tamaño de la tuberia, condiciones de flujo y propiedades del liquido. El elemento secundario mide la presion diferencial y provee la señal de salida. • Los medidores de presion diferencial son los mas populares en medicion de flujo. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Presion Diferencial • PLACA ORIFICIO. • El elemento primario es una pieza metalica con una perforacion que origina la presion diferencial. La placa es instalada transversalmente en una tuberia. • La presion a cada lado de la placa es medida con tabs. • Es un medidor de bajo costo para fluidos limpios y/o con pocos solidos en suspension. • TUBO VENTURI. • Es esencialmente una seccion de tuberia con una entrada conica, una restriccion y salida conica. Cuando el liquido pasa a traves de la restriccion, su velocidad se incrementa, generando la presion diferencial. • Tienen la ventaja de medir grandes volumenes de flujo con bajas caidas de presion. • Pueden usarse inclusive con liquidos con elevados contenidos de solidos. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidosr de Desplazamiento Positivo • La operación de este instrumento consiste tomar volumenes fijos de liquido y contar la cantidad de veces que se realiza la operación.
• Es especialmente util para la medicion de liquidos viscosos
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidores de Velocidad • Estos instrumentos operan linealmente con respecto al volumen del flujo de liquido a traves de la tuberia. No existe una relacion cuadratica como en los medidores de presion diferencial y su exactitud es mayor. • La mayoria de instrumentos de este tipo se deben insertar directamente en la tuberia. • MEDIDOR TURBINA • Consta de un rotor con aletas acoplada a la tuberia. Cuando el liquido fluye imprime movimiento a las aletas a una velocidad proporcional a la del fluido. Un contador de pulsos adaptado a una de las aletas o un tacometro permite determinar el volumen del producto. • El instrumento es especialmente util para liquidos no viscosos
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidores de Velocidad
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex • MEDIDOR TIPO VORTEX • Se basa en el fenomeno natural que sucede cuando el liquido fluye a traves de un obstaculo: se forman vórtices en la zona posterior al obstaculo. La frecuencia de los vórtices es directamente proporcional a la velocidad del liquido que fluye a traves del medidor.
F = St x V d F = Frecuencia de ondas de vórtices. V = Velocidad del fluido St= Factor de Strouhal d = Altura frontal de la obstrucción Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex • El medidor Vortex se inserta directamente sobre la tuberia. El medidor no tiene partes móviles y no requiere mantenimiento. • Su uso mas frecuente es para liquidos de baja viscosidad. No se recomienda su uso para productos muy viscosos. Tambien se pueden usar para medicion de gases, liquidos y vapores.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex Inlet - Outlet Sections
Para una medición exacta se requiere que el fluido no sea afectado por disturbios. Esto se puede asegurar considerando lo siguiente: · Inlet sections: min. 10 x DN · Outlet sections: min. 5 x DN
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Donde existan reducciones, válvulas, codos, etc. Se requiere considerar mayores longitudes. Se recomienda no instalar válvulas despues del medidor de flujo.
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex Montaje El sensor puede ser montado en cualquier posición, aunque para temperaturas elevadas o muy bajas se sugiere las siguientes posiciones: Altas temperaturas (Ej. Vapor): · Tuberia horizontal: Según C o D · Tuberia vertical: Según A Bajas temperaturas (Ej. Cryogenicos): · Tuberia horizontal: Según B o D
· Tuberia vertical: Según A
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético • MEDIDOR ELECTROMAGNETICO
• El principio de operación se basa en la Ley de Induccion Electromagnetica de Faraday: Cuando un conductor electrico se desplaza en un campo magnetico; se induce un voltaje Ue. • Un producto liquido (independiente de su viscosidad, densidad, presion y temperatura) sirve como conductor electrico. El campo magnetico es creado al energizar las bobinas del medidor. El voltaje inducido es proporcional a la velocidad del liquido.
Ue = BxLxV
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B = Campo Magnético V = Velocidad del fluido L = Espacio entre electrodos Ue= Voltaje Inducido
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
Ue = BxLxV B = Campo Magnético V = Velocidad del fluido L = Espacio entre electrodos Ue= Voltaje Inducido
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
• MEDIDOR ELECTROMAGNETICO • Su aplicación es para cualquier liquido conductivo. Se le usa preferentemente en la industria alimenticia (medicion de leche, aceites comestibles, cerveza, agua, yogurt, etc.) y otros como ácidos, alcalinos, pastas, pulpas, agua residual, etc. Asimismo, dependiendo del material de recubierta interna, el principio de medicion tambien es valido para productos corrosivos. • Se debe considerar que el medidor siempre debe contener producto para evitar daños en el equipo. • La mayoría de líquidos con alcalinidad mayor a 5µS/cm, pueden ser medidos • Una conductividad minima de 20µS/cm se requiere para agua desmineralizada Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético Montaje en Posición Vertical Posicion recomendada cuando el fluido asciende, sin importar si contiene sólidos en suspensión o partículas grasas. Es la posición óptima en sistemas de tuberias vacias con detección ante tal condición. Montaje en Posición Horizontal El eje de los electrodos debe horizontal, previniendo aislamiento de electrodos posible ingreso de "burbujas" aire. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
ser el por de
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
El sensor debe ser montado a cierta distancia de restricciones como valvula, derivaciones T, ángulos o codos, etc. Inlet section: 5 xDN Outlet section: 2 xDN Ambas observaciones deben ser consideradas para mantener exactitud. 5 x DN 2 x DN
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético Tuberias Llenas
Parcialmente
Para inclinaciones, se debe adoptar un montaje similar a un sistema de drenado. Además considerar la seguridad de detección de "Tubería vacía„ y válvula de drenaje
Instalación de Bombas No montar el sensor en el lado de succión de las bombas. Esto evitará baja presión y previene posibles daños al sensor. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis • MEDIDOR CORIOLIS • Permite la medicion directa de la cantidad de producto (gr./kgr) que fluye a traves de una tuberia. Es particularmente util para liquidos cuya viscosidad varia con la velocidad a determinadas temperaturas y presiones.
El principio de medición se basa en la generación de Fuerzas de Coriolis.
Estas fuerzas estan siempre presentes cuando los movimientos translacional (linea recta) y rotacional ocurren simultaneamente
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis • MEDIDOR CORIOLIS (Tubo U) • El sensor consta de un tubo en U que vibra (fuerza oscilatoria) a una determinada frecuencia (aprox. 80 veces/seg.) con desplazamiento constante (menor a 0.1 inch.). Cuando el liquido fluye a traves del tubo aplica una fuerza vertical al mismo y cambia el grado de torsion del tubo. Este cambio es directamente proporcional la masa del producto.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis Otro tipo de sensor usa una oscilación en vez de una constante angular (velocidad w) y dos tubos paralelos de medición. Con el producto fluyendo a través de los tubos, éstos son hechos oscilar en antifase. La fuerza de Coriolis originada causa un cambio de fase en la oscilación del tubo: (1) Cuando no hay fluido, ambos tubos oscilan en fase (2) Cuando hay fluido másico, la oscilación del tubo es desacelerada en el ingreso y acelerada en la salida (3) Al aumentar el flujo másico, aumenta la diferencia de fase A-B. La oscilación de los tubos de medición se mide usando sensores electrodinámicos al ingreso y salida. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis • El principio de medicion es independiente a cambios en el fluido como densidad, viscosidad, temperatura, etc. • Su aplicación principal se encuentra en el sector alimenticio para medicion de masa y volumen de productos lacteos (leche evaporada y leche condensada), grasas, aceites, chocolates, mayonesas, etc. Asimismo, en las industrias farmaceuticas y quimicas para medicion de acidos, alcalinos, pinturas, barniz, etc. Su costo es mayor a los demas medidores mencionados.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis Medición de Densidad Los tubos de medición oscilan continuamente a su frecuencia de resonancia. Como la masa y densidad del sistema oscilante cambia (tubos de medición y fluido), la frecuencia de vibración es reajustada. Entonces, la frecuencia de resonancia es función de la densidad del fluido y habilita al procesador para generar una señal de densidad Medicion de temperatura La temperatura de los tubos de medición es determinada y usada para compensar los efectos de la temperatura. La señal producida es función del proceso de temperatura Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis A DN 1... 4: Para pequeñas cantidades de flujo, tubo simple en SS o Alloy C-22 I DN 8...50: Tubo recto de titanio para medianas cantidades de flujo M DN 8...80: Dos tubos rectos de medición (Titanio), para presiones hasta 100 bar. M DN 8...25: Para presiones elevadas de hasta 350 bar. F DN 8...80: Dos tubos ligeramente curvados en SS o Alloy C-22. La instalación de los sensores puede ser horizontal o vertical Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Ultrasónico Principio de Medición
El medidor opera por el principio de diferencia de tiempos en la emision y recepcion de ondas: Una señal acústica (ultrasonido) es transmitida de un sensor a otro (puede ser en la dirección del flujo o en sentido contrario). El tiempo requerido para que la señal llegue al receptor es medido. La diferencia de tiempo (transcurrido) es directamente proporcional a la velocidad del fluido
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Ultrasónico
Montaje El medidor es montado directamente sobre la tuberia existente (No requiere insertar en la tuberia). El sistema es ideal para liquidos puros o con pequeñas cantidades de sólidos en suspension. Ej: Agua, agua de mar, amoniaco, acetona, alcohol, bencina, ethanol, glicol, kerosene, leche, metanol, etc. El medidor puede ser montado verticalmente u horizontalmente. Evitar su instalación cerca de válvulas, bombas, codos, etc. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA
Instrumentación Industrial
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Operaciones Básicas • Deteccion Limite. • Permite determinar los niveles maximo y/o minimo en un recipiente. Tienen una salida tipo switch para indicar que el producto alcanzó el nivel limite. • Detección Continua. • Se genera una señal electrica proporcional al nivel y puede ser usada para propositos de control o indicación.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración • Dos varillas metalicas sobre una membrana de metal son fabricadas para oscilar piezoeléctricamente en su frecuencia de resonancia. Los cambios en las caracteristicas de vibración (cambio de frecuencia) se presentan cuando las varillas entran en contacto con el material. Util para deteccion limite en liquidos y solidos. Generalmente, no requieren mantenimiento ni calibración. Pueden ser instalados en cualquier dirección.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Aplicación en Liquidos El limit switch vibracional es útil en tanques de almacenamiento (inclusive con agitador) y tuberias donde se exige elevados estandares de higiene. Puede ser usado en sistemas donde otros principios de medición dificilmente funcionan:
Ej. Para pastas, productos adherentes, con turbulencias, con burbujas y con variaciones de temperatura
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Caracteristicas Los líquidos a medir deben tener las siguientes caracteristicas: Temperaturas :
–40 °C a +150 °C Viscosidad: Hasta 10.000 mm² /s (cSt). Densidad: Mayor a 0.5 g/cm³ Para líquidos corrosivos existen medidores con cubierta de Hastelloy
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Principales Ventajas:
Libre de Mantenimiento: Opera confiablemente inclusive en productos con adherencias. Económico: Solución económica para todos los tipos de líquidos y bajo diversas condiciones de proceso: independiente de turbulencias, propiedades electricas, contenido de sólidos o gases, espumas o vibración del tanque Exactitud: Fijación del límite con exactitud de milimetros sin necesidad de calibración. Seguridad de Operación: Monitoreo electrónico de las sondas para determinar corrosión Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Montaje: 1. Generalmente la conexión es empotrada con la pared del tanque 2. Con líquidos de baja viscosidad montar el sensor de modo que el líquido pueda fluir fuera del nozzle (boquilla) y descubrir las sondas 3. Con líquidos de alta viscosidad usar un nozzle de mayor diámetro 4. Sensor en una tubería: Mínimo 2” para líquidos de baja viscosidad Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Aplicación en Sólidos Limit switch para silos conteniendo polvos o sólidos granulados (incluyendo aquellos con muy bajas densidades) Aplicaciones Típicas: Granos, harinas, leche en polvo, cocoa, azucar, comida para animales, detergentes, tizas, cemento, plásticos granulados, etc
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Aplicación en Sólidos A FTM 30 Versión compacta para montaje en cualquier orientación B FTM 31 con tubo de extensión máx. 4 m para montaje superior C FTM 32 flexible (con soga especial) máx. 20 m para montaje superior
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Izquierda: Montaje correcto a) Montaje superior, sondas orientadas verticalmente o con ligera inclinación. b) Montaje Lateral: Sonda orientada angularmente hacia abajo para facilitar escurrimiento del material c) Con blindaje: Para proteger contra golpes de monticulos de material (long. aprox. 250 mm, Profundidad aprox. 200 mm)
d) En tolva de descarga. Max. Long. nozzle 60 mm (2.4 in)
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Derecha: Incorrecto
Montaje
e) En zona de llenado de material f) Orientación incorrecta de sonda: la superficie esta expuesta a elevadas cargas por el material. Error de operación por acumulación de material g) Nozzle muy largo: Considerar el ángulo de los monticulos o descarga de la tolva al determinar el largo del punto de instalación Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración Disposición con tubos de extensión
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Capacitivo
• La sonda y la pared del tanque (o un electrodo) forman un capacitor con una muy definida baja capacitancia cuando la sonda esta en el aire. El valor de la capacidad es determinado por el area de las placas del capacitor (sensor y pared del tanque), la distancia entre ellos y el tipo y caracteristicas del material a ser medido (dielectrico). La capacidad se incrementa a medida que el tanque se llena.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Capacitivo 1. Sonda con tubo sin referencia tierra: o Para líquidos conductivos o Para líquidos de alta viscosidad o Para sólidos granulados 2. Sonda con tubo a tierra o Para líquidos no conductivos o Para uso en agitadores o 3. Sonda con Apantallamiento o Para nozzle largo o Para condensación en el cabezal (borde del tanque) o Para adherencias en las paredes del tanque Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Capacitivo 4. Sonda con pantalla completamente aislada: o Similar a (3) pero para materiales especialmente corrosivos 5. Sonda con compensación de adherencias para detección límite o Para materiales adherentes de alta conductividad 6. Sonda con ajuste para gases o Para tanques de gas licuado o Para prevenir condensación en la sonda en tanques con extremas variaciones de temperatura
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico Se mide el tiempo transcurrido (de ida y retorno) de un pulso de ultrasonido que se refleja en la superficie y regresa al sensor. La distancia es determinada por la velocidad del sonido c y el tiempo t usando la formula:
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
El principio de medición es ideal para sólidos y líquidos. Además es independiente de las caracteristicas del producto (densidad, conductividad, etc.) •Se debe evitar el contacto del sensor con el producto. •Temperatura Máxima: 80 ºC.
•Alcance Máximo: 70 mts. El material a ser medido pueden ser líquidos agresivos (acidos o alcalinos), polvos o sólidos granulados Puede usarse en canales y represas, tanques y silos Es Insensitivo a adherencias e impurezas Tiene Protección ante adherencias de hielo en sensor Tiene Sensor de temperatura integrado Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico Requerimientos de la aplicación Se tiene condiciones óptimas si: El lado inferior del sensor esta por debajo del techo del silo
La zona de deteccion no incluye soportes o canales de ingreso de material El sólido tiene una granulometría uniforme La superficie líquida no está en agitación y no forma vapores La operación es bajo presión atmósferica normal El tanque no es llenado durante la medición Condiciones adversas reducen el rango de medición del sensor Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico Cálculo del rango de medición según atenuación de onda
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
Factores de atenuación de onda
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico: Estimacion de limites de Deteccion de ERROR
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Tipo Switch
• Se emiten ondas de alta frecuencia desde un sensor hacia un receptor situado en el lado opuesto. El material a medir atenua o interrumpe la energia emitida y hace conmutar un switch externo. • La distancia entre emisor y receptor puede ser de varios metros y su operación no es afectada por suciedad, polvo o vapor. • Las microondas pueden penetrar tanques con paredes no metálicas.
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua La distancia D a superficie del producto proporcional al tiempo viaje del pulso microndas t:
la es de de
D =c •t/2 Donde c es la velocidad de propagación Debido a que la distancia E es conocida, para calcular L: L=E –D
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua Aplicación El medidor es un transmisor de nivel no invasivo para líquidos, pastas y lodos. Esta diseñado para medición en tanques de almacenamiento con productos sin agitación, así como en pozas o en tuberías by-pass.
Es particularmente útil para productos con baja constante dieléctrica. Cambios de temperatura o vapores no influyen en la medición. Su estrecha campana de radiación permite una segura instalación en tanques o recipientes metálicos y no metálicos, sin riesgos para el personal. Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua
No instalar al centro Posición correcta porque origina doble eco Sensórica Ing. Darwin Alvarez
No instalar sobre zona de llenado
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua
Alejado de zona de llenado Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Nozzle largo: Perjudica la calidad de la señal
Usar extensión de antena o nozzle corto
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico •Se tiene una fuente de radiación de isotopos de Co60 (Cobalto) o Cs137 (Cesio) y se encarga de emitir un haz de radiación Gamma. Este es almacenado en un contenedor con un obturador para impedir el paso del haz si no es usado. •En el lado opuesto del tanque se instala un detector que convierte los rayos gamma en impulsos eléctricos. El número de impulsos decrece de acuerdo a la atenuación de la radiación a traves del material medido. La atenuación depende de la densidad y coeficiente de absorción (considerados constantes); asi como de la consistencia del material
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico Aplicación En medición de nivel (límite y continuo) y medición de densidad se usan como fuente los isotopos radiactivos gama. El material radiactivo esta en una capsula doblemente sellada
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico Es usado con tanques o recipientes con sólidos o líquidos inflamables, abrasivos, corrosivos ó tóxicos. Tambien para tanques de acidos, calderos, silos de cemento, ciclones, hornos rotativos, etc Tambien puede ser aplicado en la industria alimenticia con las debidas precauciones
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico
1. 2. 3. 4.
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Detección límite Medición continua Medición de interfaces Medición de densidad
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico
1. Detección límite mínimo 2. Detección límite máximo 3. Medición continua
4. Medición con dos detectores
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático Principio de Medición El peso de una columna de líquido genera una presión hidrostática. A densidad constante, esta presión es una función solamente de la altura h de la columna de líquido
Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
Medición en Tanques Presurizados (Presión Diferencial) Se requiere de dos sensores y un transmisor: El sensor 1 mide la presión total (hidrostática y superior en tanque)
El sensor 2 detecta la presión existente en la parte superior del tanque Notas: El diafragma de medición del sensor 2 no debe estar expuesto a turbulencias o ingreso de producto porque altera la lectura La relación de presión hidrostática a presión en parte superior debe ser máx. 1:6.
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2
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
Compacto: Montaje en pared de tanque
Adaptador o Encapsulado: Varilla: Montaje Superior
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Montaje Superior
SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
Profibus PA Es un red estandarizada y abierta para conectar sensores y actuadores a un cable de dos hilos que es el bus de datos. Se puede instalar hasta 10 sensores con PA en areas Eex y hasta 32 sensores en areas sin Eex Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA
Instrumentación Industrial
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
Sensor Metálico La presión del proceso deflecta el diafragma con un líquido (de referencia o llenado) transmitiendo la presión a un puente de resistencias. La salida de voltaje del puente es proporcional a la presión medida Ventajas: · Para presiones de proceso de hasta 400 bar (6000 psi) · Excelente estabilidad
· Resistencia garantizada a sobrecargas de hasta 4 veces la presion nominal (max. 600 bar/9000 psi) Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
Sensor Cerámico La presión de proceso actúa directamente sobre el difragma cerámico del sensor y lo deflecta a un máximo de 0.025 mm. Unos electrodos ubicados en el substrato de cerámica y en el diafragma miden un cambio en capacitancia proporcional al cambio de presión Ventajas:
Garantiza resistencia a sobrecargas de hasta 40 veces la presión nominal Elevada resistencia química (comparable a Hastelloy o Tantalio) Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
Montaje El sensor es montado en la misma forma que un manómetro. Su posición depende de la aplicación:
· Gases: montado superior (over tapping point) · Líquidos: montaje inferior o al mismo nivel de tapping point
· Vapores: Montaje superior con extensión (pigtail)
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial
Sensor Cerámico La presión del sistema actúa en el diafragma del sensor causando una deflexión. Este cambio de distancia entre electrodos (delgados, de oro) causan un cambio de capacitancia en ambos lados Ventajas Monitoreo continuo de rotura de diafragma o pérdida de fluido (Comparación continua de la temperatura medida con la calculada a partir de valores de capacitancia)
Elevada resistencia a químicos Para uso en vacio debajo de 1 mbarabs (0.0145 psiabs) Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial
Sensor Metálico Los diafragmas separados (8) son deflectados en ambos lados debido a la presión de un líquido (de llenado), transmitiendo tal presión a un puente de resistencias (tecnología de semiconductores). La salida de voltaje es proporcional a la diferencial de presión medida
Ventaja Para procesos con presiones de hasta 420 bar (6090 psi) Excelente estabilidad Resistencia garantizada a sobrecargas Diafragma de Hastelloy C como estandard Sensórica Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial
Presión Diferencial
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial para medicion de Flujos
Gas:
Vapores:
Montar el sensor sobre el punto de medición para que posibles condensaciones en la línea de proceso sean evacuadas Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Montar el sensor debajo del punto de medición. Montar y llenar las cámaras de condensado a la misma altura de la conexión
SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial para medicion de Flujos
Líquidos: Montar el sensor debajo del punto de medición tal que la tubería de presión siempre esta con líquido
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SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial para medicion de Nivel
Diafragma de sello capilar: Montar el instrumento debajo de la conexión más baja Montar el diafragma con tubo capilar en el tanque Sensórica Ing. Darwin Alvarez
Tanque cerrado: Montar el instrumento debajo de la conexión más baja tal que la tubería de presión esta siempre con líquido El lado negativo debe ser conectado sobre el nivel máximo
SENSORICA Instrumentos de Medición de Presion Principio de medicion de Presión Diferencial
Gas y Vapor:
Líquidos:
Montar el instrumento sobre el punto de medición para facilitar la salida de condensaciones
Montar el instrumento debajo del punto de medición tal que la tubería de presión esta siempre llena y burbujas de gas puedan subir y retornar a la tubería principal del proceso
Sensórica Ing. Darwin Alvarez