fundamentos de la metrologia de presión

8/16/2019 Fundamentos de La Metrologia de Presión

1/87

FUNDAMENTOS DE LA

METROLOGÍA DEPRESIÓN

SEBASTIÁN VICENTE L.

LABORATORIO DE PRESIÓN

MAYO 2016


2/87

OBJETIVO

Identificar los principales aspectos de la metrología dePresión y entender los conceptos básicos de la magnitud.


3/87

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


4/87

DEFINICIÓN DE PRESIÓNLa definición mecánica de la presión es la fuerza ejercidapor unidad de superficie


5/87

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


6/87

La presión debida a la fuerza

sobre un áreaLa presión se define generalmente como la fuerza por unidad de áreaejercida por un cuerpo.

P=


7/87

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.


8/87

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


9/87

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


10/87

La unidad de presión: pascal.


11/87

Unidades de Presión y su

Correspondencia al pascal


12/87

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?


13/87

Aplicaciones de PresiónMedicinaIndustria

Petroquímica

Metalurgia

Transporte


14/87

Aplicaciones de Presión


15/87



16/87



17/87

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


18/87

Aplicaciones de Presión (Alimentos)


19/87

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.


20/87

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


21/87

CLASES DE PRESIÓN

Regiones y modos de medida de la presión

Cl ifi ió d l I


22/87

Clasificación de los Instrumentosde Medición de Presión


23/87

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


24/87

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


25/87

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


26/87

Ventajas de los manómetrosmecánicos


27/87

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.


28/87

Ventajas de los manómetros dediafragma


29/87

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.


30/87

Ventajas de los manómetrostipo Fuelle


31/87

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


32/87

Trazabilidad


33/87

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


34/87

Patrones Primarios

Columnas de Líquidos Balanzas de Presión


35/87

Patrones PrimariosBalanzas de presión


36/87

Patrones PrimariosSistema de expansión estática / dinámica


37/87

Patrones Secundarios


38/87

Patrones de trabajo


39/87

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


40/87

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


41/87

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


42/87

CALIBRACIÓN DEMANOMETROSMétodo de Calibración: Comparación directa .


43/87

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.


44/87

Características metrológicasde los manómetros

Alcance de indicación : 0 mm a 25 mm

• Valor de una división : 1 mm

• Resolución : 0,5 mm


45/87



46/87

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


47/87


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


48/87

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


49/87

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


50/87

Calibración de Instrumentosde Presión


51/87



52/87



53/87



54/87



55/87



56/87



57/87



58/87



59/87

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


60/87

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


61/87

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


62/87

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


63/87


P ió d l i


64/87



65/87

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


66/87

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.

*


67/87

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


68/87

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


69/87

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


70/87

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


71/87

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


72/87

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


73/87

Modelos Matemático(B.Presión VS B. Presión )

M d l M t áti


74/87

Modelos Matemático(Presión VS B. Presión )


75/87

Modelos Matemático

(Presión VS B. Presión )


76/87

Modelos Matemático



77/87

Modelos Matemático


Modelo Mátematico Patrón


78/87

Modelo Mátematico Patrónprimario

Modelo Matemático Patrón


79/87

Modelo Matemático Patrónprimario(Columna de Hg)

Modelo Matemático Patrón


80/87

Modelo Matemático Patrónprimario(Columna de Hg)


81/87

Fuentes de Incertidumbre


82/87



83/87



84/87



85/87



86/87



87/87


fundamentos de la metrologia de presión

Documents