Sensors de Pressió i Cabalímetres: Tipus i Funcionament

Sensors de pressió

Mecànics

Elements primaris de mesura directa

Tub en U

• Tub en U obert: Tub a U amb dues branques obertes, una en comunicació amb l'atmosfera (Pressió atmosfèrica, Pa) i l'altra a la pressió de procés (P). Es mesura la pressió relativa.
• Tub en U tancat: Tub en U amb una de les branques tancades i amb buit. Es mesura la pressió absoluta.

Consideracions:

• El líquid ha de ser químicament inert i resistent a la temperatura quant a la seva volatilitat o reactivitat (mercuri, oli de vaselina, aigua…).
• Rang reduït.
• La precisió depèn de la mesura visual de l'operari.
• No es pot adaptar al sistema de control.

Elements Primaris elàstics

Tub Bourdon Tipus C

Tub de secció el·líptica que forma un anell gairebé complet (arc de 250º), tancat per un extrem. En augmentar la pressió, el tub s'alça i el moviment es transmet a l'agulla indicadora.

Espiral

Dóna més precisió i més estabilitat que el Bourdon tipus C, però es redueix el camp de mesura.

Helicoïdal

Es forma enrotllant més d'una espira en forma d'hèlix. Tenen un moviment més ampli que la d'espiral i, per tant, més sensibilitat.

Diafragma

Consisteix en una o diverses càpsules circulars connectades rígidament entre si per soldadura. En aplicar una pressió a l'interior de les càpsules, es deformen i desplacen. La suma dels desplaçaments petits s'amplifica per un joc de palanques que mouen l'agulla indicadora.

Manxa

El mateix principi que el diafragma. Està format per una sola peça sense soldadures que només es deforma axialment.

Element electromecànic

Element elàstic + TRANSDUCTOR

Tipus

Resistius

Es basa en la variació de la resistència d'un potenciòmetre.

Magnètics

Dos tipus:

• D'inductància variable: El desplaçament d'un nucli mòbil dins una bobina augmenta la seva inductància en forma gairebé proporcional a la proporció metàl·lica del nucli continguda dins la bobina.
• De reluctància variable: Imant permanent que crea un camp magnètic dins del qual es mou una armadura de material magnètic. Alimentat amb una f.e.m (força electromotriu) constant, en canviar la posició de l'armadura varia el flux magnètic, donant lloc a un corrent magnètic induït.

Limitació: Sensibles a la temperatura i a les vibracions.

Capacitatius

Extensiomètriques

Es basa en el canvi de resistència elèctrica que pateix un conductor en canviar-ne la longitud com a conseqüència d'estar sotmès a una força. Consisteix en un fil resistiu disposat en ziga-zaga sobre la superfície del cos de l'element mecànic que es deforma. En deformar-se l'element mecànic, augmenta la longitud del fil i, per tant, augmenta la resistència.

Característiques:

• Una de les més utilitzades.
• Inexistència de parts mòbils i facilitat per mesurar la resistència, el que li confereix robustesa i versatilitat.
• Influència de la temperatura.

Piezoelèctrics

Es basa en la propietat dels materials cristal·lins que, en deformar-se per l'acció de la pressió, generen un petit corrent elèctric proporcional a la força realitzada.

Característiques:

• Són sensibles als canvis de temperatura.
• Experimenten deriva al valor de zero si reben un fort cop.
• El senyal de sortida és moderadament feble; necessiten amplificadors i condicionadors de senyal, el que pot comportar errors en la mesura.

Accessoris dels manòmetres

• Vàlvules de bloqueig: Permeten aïllar el manòmetre del procés.
• Banys de glicerina: Líquid de farciment en l’escala com a protecció de canvis de pressió i vibracions.
• Sifó: Permet protegir el manòmetre dels cops d'ariet i de les altes temperatures.
• Tub aletejat: Per a disminuir la temperatura dels fluids del procés.
• Segells químics: Permet aïllar els manòmetres de medis viscosos i corrosius.

Instruments de Pressió Diferencial

Placa-orifici o diafragma

ΔP=KQ²

Avantatge: És el més econòmic dels mesuradors de pressió.

Inconvenients:

• Elevada pèrdua de càrrega, el que comporta un major cost econòmic (augment de la potència de bombes o compressors).
• Necessitat de trams rectes (sense obstruccions) abans de la instal·lació.

Tobera

Canvi de diàmetre més suau i entrada el·líptica o radial.

Avantatge:

• Menor pèrdua de càrrega.
• No es diposita brutícia.

Desavantatges:

• Necessitat de trams rectes (sense obstruccions) abans de la instal·lació.
• Més car que el de placa orifici.

Tub Venturi

És un element primari de mesura que s'insereix a la canonada com si fos un tram d'aquesta.

Avantatges:

• Pèrdua de càrrega menor que en placa-orifici i tobera.
• Major precisió en fluids amb sòlids en suspensió.

Desavantatges:

• Necessitat de trams rectes abans i després.
• Cost elevat per la construcció complexa.

Mesuradors d'Inserció

Tub Pitot

Dos tubs oberts:

• Tub d’impacte: Obertura enfrontada al moviment del fluid; mesura Pt=Pe + Pd.
• Tub estàtic: Orificis en la seva paret; mesura Pe.

Avantatges:

• Petita pèrdua de càrrega.
• Baix cost.

Desavantatges:

• Facilitat per obstruir-se; només per a fluids nets.
• Mesura de la velocitat en un punt; error si la velocitat no és uniforme a tot el diàmetre.
• Necessitat de trams rectes (sense obstruccions) abans i després de la instal·lació.
• Precisió limitada (2 al 5%).

Tub Annubar

Derivació del tub de Pitot on el tub d'impacte està situat al llarg del diàmetre de la canonada i consta de diversos orificis; mesura la velocitat mitjana, el que millora la precisió.

Proporcionals a la Velocitat

Ultrasons

Avantatges:

• Es pot utilitzar en fluids amb sòlids en suspensió.

Desavantatges:

• No hi ha d'haver bombolles de gas, ja que provoquen errors.
• Necessitat de trams rectes abans i després.
• La canonada ha d'anar completament plena de líquid.

Electromagnètic

El moviment d'un cos conductor dins d'un camp magnètic genera una f.e.m. proporcional a la velocitat.

Avantatges:

• Pèrdua de càrrega menyspreable.
• Consum energètic molt baix.
• Recomanables en líquids corrosius, abrasius, viscosos i en règim turbulent.
• Ampli rang de mesura en qualsevol diàmetre.

Desavantatges:

• Funció de la temperatura i la conductivitat; cal mesurar i compensar.
• No es pot utilitzar en fluids no conductors (mínim 20 μS/cm) ni en gasos.

Turbina

Rotor amb diverses pales que gira al voltant d'un eix pel moviment del líquid: velocitat de gir proporcional a la velocitat del líquid.

Desavantatges:

• Error de mesures a cabals baixos.
• Si les pales giren a alta velocitat, es poden generar bombolles (per la cavitació).

Remolí o vòrtex

Instal·lació d'un obstacle o accident no aerodinàmic al centre de la canonada que provoqui la formació de remolins; això augmenta la velocitat del fluid en aquesta regió i baixa la pressió. A la cara contrària, passa l'efecte oposat, disminueix la velocitat i augmenta la pressió.

Aplicació:

• Per a gasos i líquids.
• Evita problemes de fugida; es pot utilitzar en fluids tòxics i perillosos.

Rotàmetre

Caudalímetre d'àrea variable format per un tub troncocònic vertical amb una boca de menor diàmetre a la part inferior. A l'interior, el flotador és desplaçat verticalment per la força del líquid fins a arribar a una posició d'equilibri, diferent per a cada cabal.

Aplicacions:

• No es pot fer servir en fluids amb partícules en suspensió.
• Ampli rang de mesura, encara que cal triar un equip per a cada rang.

Desplaçament Positiu

Mesuren el cabal calculant la quantitat de fraccions de volum constant que omplen el dispositiu mecànic.

Característiques:

• Important pèrdua de càrrega.
• Ús estès a nivell domèstic.
• No recomanable per a fluids amb sòlids en suspensió.
• No recomanable per a cabals baixos.

Disc giratori

Format per una càmera circular amb un disc pla mòbil. Si el líquid es mou, el disc oscil·la en forma de balanceig. Aquest moviment es transmet en forma de rotació a un eix connectat al sistema de comptatge.

Mesurador rotatori

Dues peces mecàniques ovalades giren de manera excèntrica en una cavitat circular.

Cabalímetres Màssics

Presenten més precisió que els volumètrics.

Moment angular

Basat en la conservació del moment angular.

Efecte Coriolis

S'aplica una força de vibració a un tub corbat a través del qual passa el fluid. L'efecte Coriolis crea una força al tub perpendicular a les dues direccions: la de vibració i la direcció del corrent. Aquesta força es mesura per obtenir el cabal màssic.

Tèrmic

Es mesura amb dos sensors de temperatura la pèrdua de calor. Com més cabal, menor pèrdua de calor.