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8/16/2019 Fundamentos de La Metrologia de Presión
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FUNDAMENTOS DE LA
METROLOGÍA DEPRESIÓN
SEBASTIÁN VICENTE L.
LABORATORIO DE PRESIÓN
MAYO 2016
8/16/2019 Fundamentos de La Metrologia de Presión
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OBJETIVO
Identificar los principales aspectos de la metrología dePresión y entender los conceptos básicos de la magnitud.
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ContenidoDefinición de PresiónUnidades de Presión en el S.I
Clases de Presión
Clases de Manómetros
Patrones de calibración en Presión
Normalización de manómetros
Calibración de ManómetrosIncertidumbre de Presión
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DEFINICIÓN DE PRESIÓNLa definición mecánica de la presión es la fuerza ejercidapor unidad de superficie
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Otras definicionesLa termodinámica donde la presión es trabajo por unidad de volumen. P=
La de la teoría cinética molecular en la que la presión se define como el cociente entre laenergía cinética y la unidad de volumen
P=
Por ultimo la definición hidrostática donde la variación de presión entre dos puntos esdirectamente proporcional a la diferencia de altura, la gravedad local y la densidad del líquido
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La presión debida a la fuerza
sobre un áreaLa presión se define generalmente como la fuerza por unidad de áreaejercida por un cuerpo.
P=
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La presión debida a la
expansión de un gasDe acuerdo a la teoría cinética de los gases un gas ejerce presión debidoal impacto de las moléculas sobre las paredes que lo contienen.
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PRESIÓN EN EL INTERIOR DE
UN FLUIDO La presión se define como el producto del peso especifico del liquido por la diferenciade altura respecto a su nivel de referencia
P = g h
= densidad del líquido
g = aceleración de la gravedad
h = altura
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Presión en el Sistema
Internacional SIUn pascal es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de 1 metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de 1 newton. Este nombre especial fue adoptado por la 14º Conferencia General dePesas y Medidas (CGPM) en 1971 para la unidad del SI newton por metro cuadrado
A
F
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La unidad de presión: pascal.
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Unidades de Presión y su
Correspondencia al pascal
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Problemas de conversión de
unidades1) Hallar el valor en pascales de las siguientes unidades de presión:a)13 kgf/cm² b) 73 cmHg c) 1200 mbar
2) Un hombre de 70 kg de masa está parado y apoyado en sus dos pies.La superficie de apoyo de cada zapato es de 200 cm². ¿Cuál será lapresión, expresada en pascales, ejercida por el suelo?
3) Una aguja hipodérmica de sección 0,01 mm² se clava en la piel conuna fuerza de 50 N. ¿Cuál es la presión ejercida?
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Aplicaciones de PresiónMedicinaIndustria
Petroquímica
Metalurgia
Transporte
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Aplicaciones de Presión
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Aplicaciones de Presión
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Aplicaciones de Presión
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Aplicaciones de Presión (Alimentos)
Una de las aplicaciones del uso de la Alta Presión es la del Procesado deAlimentos a Alta Presión. Aplicada alos diferentes alimentos presentes en elmercado, como embutidos, zumos, compotas, platos precocinados…etc., que se
comercializan bajo la etiqueta de HPP (High Pressure Pasteurizing Processing)
presión hidrostática (transmitida por el agua)de hasta 600 MPa /87000psi
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Aplicaciones de Presión (Alimentos)
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CLASES DE PRESIÓNPRESION ABSOLUTA : Presión que se mide a partir de la presión cero envació absoluto
PRESION ATMOSFERICA : Presión que ejerce la atmósfera que rodea latierra sobre todos los objetos que se hallan en contacto con ella
PRESION ATMOSFERICA NORMALIZADA: Presión ejercida por laatmosfera bajo condiciones normalizadas, igual a 1 013,25 hPa (760
mmHg). La cual idealmente se presenta a una altitud de 0 m s.n.m,temperatura ambiente de 20 °C, humedad de 65 %HR y densidad delaire de 1,2 kg/m³.
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CLASES DE PRESIÓNPRESIÓN RELATIVA (MANOMÉTRICA): Presión mayor a la presiónatmosférica, se mide tomando como referencia la presión atmosférica,es también conocida como presión positiva.
PRESIÓN DIFERENCIAL: Es la presión que mide la diferencia entre dospresiones diferentes
VACÍO : Presión menor a la presión atmosférica, se mide tomando
como referencia la presión atmosférica
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CLASES DE PRESIÓN
Regiones y modos de medida de la presión
Cl ifi ió d l I
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Clasificación de los Instrumentosde Medición de Presión
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Clases de Manómetros
MANOMETROS DE COLUMNA LIQUIDA
Basa su principio de funcionamiento en el equilibrio de fuerzas de la
presión generada y el peso de la columna liquida del fluido contenido enuna columna
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Manómetros Mecánicos
Este tipo de instrumentos tienen elementos que se deforman elásticamentecuando sobre ellas actúa una presión, el movimiento de esta deformación setransmite a un mecanismo indicador. Los elementos de deformación elástica deeste tipo de instrumentos están construidos generalmente de cobre y
aleaciones de acero
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El tubo de Bourdon
Este consiste en un tubo de sección transversal aplanada con unextremo abierto y empotrado y el otro extremo cerrado y librede moverse. Este tubo se le da una forma curvada específica,que varia según el rango de la presión a medir y lascaracterísticas del tub0
V t j d l ó t
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Ventajas de los manómetrosmecánicos
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Manómetros de diafragma
Los diafragmas son láminas elásticas onduladas de forma circular. Poruna cara soportan la presión a medir. La curvatura de la membrana esuna medida de la presión.
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Ventajas de los manómetros dediafragma
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Manómetros tipo Fuelle
Los fuelles son elementos expandibles y contraíbles, que tienen laforma de un acordeón. Con el fin de tener mayor duración y mejorar suexactitud, el movimiento del fuelle es restringido por medio de unresorte calibrado.
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Ventajas de los manómetrostipo Fuelle
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TrazabilidadPropiedad del resultado de una medición por la cual dicho resultadopuede relacionarse con una referencia mediante una cadenaininterrumpida y documentada de calibraciones, cada una de las cualescontribuye a la incertidumbre de medición.
Al comparar dos medidas, se consideran:
a. la diferencia de sus mejores estimados representados por suspromedios corregidos por los errores pertinentes- y
b. la incertidumbre de cada medición, y se aplican criterios estadísticosde equivalencia
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Trazabilidad
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Patrones de calibración enPresiónPatrones Primarios
Son aquellos instrumentos que determinan la presión en función de lamedición de otras magnitudes como longitud masa y tiempo
Patrones SecundariosSon instrumentos que se calibran con patrones primarios de la mismamagnitud . Utilizan un principio físico para medir la presión
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Patrones Primarios
Columnas de Líquidos Balanzas de Presión
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Patrones PrimariosBalanzas de presión
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Patrones PrimariosSistema de expansión estática / dinámica
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Patrones Secundarios
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Patrones de trabajo
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Principales normas aplicadasen metrología de presión
Normas nacionales
NTE INEN 1825
Normas y Recomendaciones Internacionales
OIML R 16-1 Tensiómetros mecánicos
OIML R 16-2 Tensiómetros automáticos
OIML R 97 Barómetros
OIML R 101 Manómetros de indicación de presión relativa ,vacío consensor elástico
OIML R 110 Balanzas de Presión
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Principales normas aplicadasen metrología de presiónIso 27894: 2009 Vacuum gauges
Iso 27893 :2011 Vacuum gauges , Evalution of the uncertainties ofresults of calibrations by direct comparison with a reference gauge.
Euramet cg-17 Guidlelines on the calibration of electromechanicalmanometers
DKD-R-6-1 calibration of presure gauges
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CALIBRACIÓN DEMANOMETROS
La calibración se lleva a cabo mediante la comparación directa entre losvalores de medición del patrón de referencia o del patrón de trabajo ylos valores del instrumento a calibrar siguiendo la secuencia adecuada
de acuerdo a la clase de exactitud del instrumento a ser calibrado,escogiendo el patrón de referencia o patrón de trabajo adecuado deacuerdo al medio (aceite, agua, aire) con el que trabaja el instrumentoa ser calibrado
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CALIBRACIÓN DEMANOMETROSMétodo de Calibración: Comparación directa .
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Características metrológicasde los manómetrosTipo de indicación
Escala
Alcance de indicación (Intervalo
de indicaciones)División de escala
Valor de una división
Resolución
Estabilidad
Deriva
Histéresis
Exactitud
Repetibilidad
Error
Clase de exactitud.
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Características metrológicasde los manómetros
Alcance de indicación : 0 mm a 25 mm
• Valor de una división : 1 mm
• Resolución : 0,5 mm
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Características metrológicasde los manómetros
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Características metrológicasde los manómetrosESTABILIDAD: Aptitud de un instrumento de medición para mantenerconstantes sus características metrológicas a lo largo del tiempo.
HISTERESIS: Propiedad de un instrumento donde la respuesta a unaseñal de entrada depende de la secuencia de las señales de entrada ( o
los valores de las magnitudes de influencia ) precedentes.DERIVA : Variación lenta de una característica metrológica de uninstrumento de medición
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Características metrológicasde los manómetros
Error máximo permitido para manómetros
El error máximo permitido intrínseco es igual a:
a) ± 0,8 k, para instrumentos nuevos o reparadosb) ± k, para instrumentos en servicio
k es el producto del índice de clase de exactitud y la centésima parte de:
a) El límite superior del rango de medición, para manómetros yvacuómetros
b) La suma de los límites superiores de los rangos de medición paramanovacuómetros
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Clase de Exactitud:La clase del instrumento deberá ser seleccionada de algún de lassiguientes dos series:
0,25 0,4 0,6 1 1,6 2,5 40,2 0,5 1 2 5
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Ejercicio:Cual es el e.m.p para esteinstrumento?
Manómetro
Nuevo
Rango: 0 a 1000 kPa
Clase de exactitud: 0,5
Cual es el e.m.p para esteinstrumento?
Manovacuómetro
En servicio
Rango: -10 a 1000 kPa
Clase de exactitud: 1
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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Calibración de Instrumentosde Presión
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FUNDAMENTO DEL METODO
La calibración de los manómetros, vacuómetros y manovacuómetrospatrones se basa en el método de comparación directa que consiste encomparar las lecturas del instrumento bajo calibración contra las lecturasdel patrón utilizado, ambos conectados en línea a una fuente degeneración de presión
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Selección del PatrónPara la selección del patrón debe tener en cuenta las siguientesconsideraciones
1.- El alcance de indicación del instrumento debe ser mayor o igual alalcance de indicación del instrumento.
2.- La incertidumbre debe ser la tercera parte del valor del errormáximo permitido del instrumento a calibrar
3.- En el caso de manómetros o manovacuometros cuyo medio detrabajo es el oxigeno
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Procedimiento de CalibraciónEn esta y otras calibraciones estándar existen una serie de pasosordenados a seguir:
Preparación del instrumento y los patrones
Prueba de conformidad de clase y desperezado
Definición de los puntos de medida.
Calibración.
Toma y tratamiento de datosAnálisis de resultados y cálculo de incertidumbre
ió d l i
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Preparación del instrumentoy los patrones:
El primer paso es identificar el manómetro a calibrar con todos los datos necesarios(marca, modelo, número de serie, clase).
Inspección Visual:
Permite determinar si el instrumento está en condiciones de ser calibrado.Estar en buenas condicionesSin huellas visibles de corrosiónSin abolladurasLibre de polvo o suciedadNo debe impedir la lectura del dial
Luego se debe realizar el conexionado, incluyendo el manómetro a calibrar, lospatrones y el sistema de generación
ió d l i
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Preparación del instrumentoy los patrones:
P ió d l i
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Preparación del instrumentoy los patrones:
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CALIBRACIÓN DE MANÓMETROS
CONDICIONES DE CALIBRACIÓN
Temperatura ambiente : 20 °C ± 2 °C
Humedad relativa del aire: 60 % ± 20 %
Presión Atmosférica : 740 mbar ± 10 mbar
DEFINICION DEL PROBLEMA
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DEFINICION DEL PROBLEMA
1° Calcular la incertidumbre del error de indicación del manómetro paratodo el alcance de su escala.
2° Establecer un método de medida.
3° Seleccionar y acondicionar todo lo que se va ha necesitar durante lacalibración. * Generalmente todo lo anterior se resume en unprocedimiento de calibración.
*
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Estimación de Incertidumbre para Calibración deManómetros, Vacuómetro y Manovacuómetros
La incertidumbre es quizás el concepto más importante y, a la vez, el más difícilde asimilar e interpretar de la Metrología. Exige un amplio conocimiento de lamedición que se está realizando, los métodos, la magnitud que está siendo
analizada y las magnitudes o fenómenos que influyen sobre la calidad de lamedida
La incertidumbre se estima ,no es una cuantificación exacta
.
L d fi i ió b i d
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La definición que nos brindael VIM
Incertidumbre de medida / Incertidumbre: Parámetrono negativo que caracteriza la dispersión de los valoresatribuidos a un mensurando, a partir de la información
que se utiliza.
Calculo de Incertidumbre para Calibración de
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Calculo de Incertidumbre para Calibración deManómetros, Vacuómetros y
ManovacuómetrosEn primer lugar se determinara la expresion de la magnitud de salida enfuncion de las
distintas magnitudes de entrada, modelando una ecuacion para lascorrecciones de
calibracion. Realizaremos el calculo en un punto generico i, para el restode los puntos se
realiza de la misma forma.
M d l M t áti
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Modelos Matemático(manómetros VS manómetro )
a) es la corrección final de calibración.
b) es el valor de la lectura del patrón en el punto .
c) es el valor de la lectura del instrumento en el punto .
d) es la suma de las correcciones debidas al patrón, nulas o no,
que van a tener contribución en la incertidumbre.
e) es la suma de las correcciones debidas al instrumento, nulas
o no, que van a tener contribución en la incertidumbre.
f) es la corrección por diferencia de alturas entre los niveles de
referencia
M d l M t áti
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Modelos Matemático(manómetro Vs Balanza de P. )
Presión en balanzas que operan con gas
Presión en balanzas que operan con líquido
M d l M t áti
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Modelos Matemático(manómetro Vs Balanza de P. )
Donde:
E : Error de Indicación del instrumento a calibrar en ascenso, descenso
P I : Indicación de presión en el instrumento patrón
X I : Indicación promedio de presión en el instrumento a calibrar en ascenso
X I : Indicación promedio de presión en el instrumento a calibrar en descenso
H : Error de histéresis
f : Densidad del fluido utilizado
l g : Gravedad local
h : Altura
: Presión Residual
M d l M t áti
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Modelos Matemático(B.Presión VS B. Presión )
M d l M t áti
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Modelos Matemático(Presión VS B. Presión )
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Modelos Matemático
(Presión VS B. Presión )
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Modelos Matemático
(Presión VS B. Presión )
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Modelos Matemático
(Presión VS B. Presión )
Modelo Mátematico Patrón
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Modelo Mátematico Patrónprimario
Modelo Matemático Patrón
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Modelo Matemático Patrónprimario(Columna de Hg)
Modelo Matemático Patrón
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Modelo Matemático Patrónprimario(Columna de Hg)
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Fuentes de Incertidumbre
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Fuentes de Incertidumbre
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Fuentes de Incertidumbre
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Fuentes de Incertidumbre
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Fuentes de Incertidumbre