Post on 09-Mar-2018
Metrología de Presión
Objetivos
•Objetivo • Introducir los conceptos metrológicos relacionados con la magnitud de presión
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Presión, ¿Dónde se mide y por qué?
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Presión, ¿Dónde se mide y por qué?
• Salud
• Aviación
• Energía
• Industria en general
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Definición
• Presión es igual a fuerza entre unidad de área
P = F/A
• En un fluido la presión es igual a:
P = ρ*g*h
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Unidades
• En el sistema internacional la unidad de presión es el pascal (Pa)
Pa = N/m²
• Sin embargo, existen muchas otras unidades:
bar = 100 kPa
psi = 6,895 kPa
mmHg = 0,133 kPa
inH₂O = 0,249 kPa
Kg/cm² = 98,066 kPa
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La presión depende de la referencia
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Cero absoluto
Presión absoluta
Presión negativa (vacío)
Presión atmosférica (cero relativo)
Presión B
Presión A
Presión diferencial Presión
positiva
Trazabilidad
• Presión es una magnitud derivada
• Trazabilidad a traves del kilogramo (masa) y el metro (dimensional)
• Además la aceleración de la gravedad que incluye el tiempo
• Dependiendo de la realización de la magnitud pueden influir otras variables
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Patrones e instrumentos de medición
• Patrónes primarios
• Balanzas de presión primarias, columnas de liquido
• Patrones secundarios o de trabajo
• Balanzas de presión industriales, Transductores
• Instrumentos de medición
• Manómetros, transductores
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Balanzas de presión
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• Utiliza la definición F/A para determinar una presión
• Rango de trabajo desde 10 kPa hasta 500 Mpa
• Fluidos de trabajo (típicos): nitrógeno, aceite
Masa (discos)
Área (pistón-cilindro)
Presión del fluido
Balanzas de presión
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𝑃 = 𝑚𝑖𝑔 ∙ 1 −
𝜌𝑎𝜌𝑚
𝑛𝑖=1 + 𝛾. 𝐶
𝐴0 ∙ 1 + 𝛼 ∙ 𝑡 − 20 ∙ 1 + λ ∙ 𝑃𝑛
Ensamble pistón-cilindro de balanza neumática secundaria
Balanza neumática primaria
Columnas de líquido
• Utiliza la definición de presión dentro de un fluido P = ρ*g*h
• Rango desde 1 mPa hasta 360 kPa
• Fluido típico: mercurio
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Columnas de líquido
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• Alta exactitud
• Difíciles de operar
• Costosas (construcción y mantenimiento)
• No es practica para la mayoría de laboratorios
Patrones de trabajo
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• Transductores y manómetros
• Ventajas • Fáciles de operar • Relativamente económicos • Existen en muchos rangos, en modo relativo,
absolutos y diferenciales.
• Desventajas • Exactitud menor que la de una balanza
• Derivan con respecto al tiempo
Tipos de manómetros
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Manómetro tipo bourdon
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Clasificación de manómetros
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Clasificación de manómetros
• Existen diferentes guías y recomendaciones para identificar manómetros
• Se suelen clasificar según su clase de exactitud, la cual se expresa como un porcentaje de su escala total
• Ejemplo:
Si se tiene un manómetro con una exactitud de 0,1% de la escala total y su escala es de 1000 kPa, su exactitud es de 1kPa
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Clasificación de manómetros
Clase de exactitud (% de la escala total)
Número mínimo de puntos de calibración
0,06 / 0,1 / 0,16 / 0,2 / 0,25 / 0,4 / 0,5 / 0,6
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1 / 1,6 / 2 / 2,5 5
4 / 5 3
OIML R-101 y R109
Fuente: recomendaciones de la OIML R-109 y R-101 19
Clasificación de manómetros
Clase de exactitud
Error permisible (% de la escala total)
Primer cuarto de escala
Mitad de la escala
Último cuarto de la escala
4A 0,1 3A 0,25
2A 0,5
1A 1,0
A 2,0 1,0 3,0
B 3,0 2,0 3,0
C 4,0 3,0 4,0
D 5,0 5,0 5,0
ASME B40.100
Fuente: norma ASME B40.100 20
Calibración de manómetros
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Calibración de un manómetro
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• Existen diferentes métodos
• La gran mayoría se basan en una comparación directa entre el patrón y el instrumento a calibrar
• El patrón va a depender del nivel de exactitud
• El fluido utilizado en la calibración depende del uso del instrumento a calibrar y su presión máxima
Calibración de un manómetro
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• Operaciones previas a una calibración:
• Inspección visual
• Se verifica que no hallan daños en los elementos del manómetro
• Limpieza del manómetro
• Las marcas se leen con facilidad
• Inspección del funcionamiento • Prueba de fugas en el sistema
• Suministro de energía
Calibración de un manómetro
• Para realizar una calibración, las condiciones ambientales deben de mantenerse estables.
• Se recomienda que la temperatura se encuentre aproximadamente en 20 °C ± 1 °C (ASME B40.100)
• Si la densidad del aire influye en el procedimiento, la humedad relativa y la presión atmosférica también se tiene que anotar
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Calibración de acuerdo con la DKD-R 6-1
Secuencia de calibración
Incertidumbre de medición
esperada (% de la escala total)
Número mínimo de puntos de calibración
A < 0,1 9
B 0,1 … 0,6 9
C > 0,6 5
DKD-R 6-1
Fuente: guía DKD-R 6-1 25
Calibración de acuerdo con la DKD-R 6-1
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Secuencia A
Secuencia B
Secuencia C
Calibración de acuerdo con ASME B40.100
Secuencia de calibración
Número mínimo de puntos de calibración
4A 10
3A, 2A, 1A, A 5
B, C, D 3
ASME B40.100
Fuente: norma ASME B40.100 27
Ejemplo
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Calibración de manómetros
• Donde:
C es la corrección del instrumento bajo calibración
Pp es la presión del patrón
Pibc es la presión del instrumento bajo calibración
ρ es la densidad del fluido utilizado (Recomendación del BIPM)
g es la aceleración de la gravedad local (Boletín OIML – N° 127 1992)
Δh es la diferencia de alturas entre el patrón y el instrumento bajo calibración
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𝐶 = 𝑃𝑝 − 𝑃𝑖𝑏𝑐 + 𝜌. 𝑔. ∆ℎ
Estimación de incertidumbres
• Incertidumbres típicas del instrumento bajo calibración
• Incertidumbre por resolución
• Incertidumbre por repetibilidad
• Incertidumbre por histéresis
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Estimación de incertidumbres
• Resolución
Mínima diferencia entre indicaciones visualizadas, que puede percibirse de forma significativa
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Estimación de incertidumbres
• Repetibilidad
Condición de medición, dentro de un conjunto de condiciones que incluye diferentes lugares, operadores, sistemas de medida y mediciones repetidas de los mismos objetos u objetos similares
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• Histéresis :
Es la diferencia entre la presión medida en ascenso y en descenso para un mismo punto de calibración en un mismo ciclo
Estimación de Incertidumbres
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-0.150
-0.100
-0.050
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.000 2000.000 4000.000 6000.000 8000.000Co
rre
cció
n (
kPa)
Presión Nominal (kPa)
Primer ciclo
Segundo ciclo
• Ejemplo
Estimación de incertidumbres
• Deriva
Variación continua o incremental de una indicación a lo largo del tiempo, debida a variaciones de las características metrológicas de un instrumento de medida
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0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
0.0030
0.0035
0.0040
0.0045
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Erro
r (k
Pa)
Año de calibración
Errores
Reporte de resultados
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Reporte de resultados
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Presión del Patrón (kPa) Presión medida
(kPa) Corrección
(kPa) Incertidumbre
(kPa)
9,9772 9,973 0,0042 0,0014
29,9234 29,9195 0,0039 0,0016
49,8695 49,8656 0,0039 0,0022
69,8155 69,8117 0,0038 0,0025
89,7613 89,7581 0,0032 0,0031
109,7072 109,7049 0,0023 0,0031
129,6535 129,6514 0,0021 0,0034
149,5995 149,5982 0,0013 0,0046
169,5456 169,545 0,0006 0,0044
199,4648 199,4652 -0,0004 0,0045
Reporte de resultados
37 Fuente:
Corrección vs presión medida del transductor 0000
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0 50 100 150 200 250
Co
rre
cció
n (
kPa)
Presión medida (kPa)
Reporte de resultados
38 Fuente:
Corrección vs presión medida del transductor 0000
y = -2E-05x + 0.005 R² = 0.9444
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0 50 100 150 200 250
Co
rre
cció
n (
kPa)
Presión medida (kPa)
Laboratorio de presión LACOMET
39 Fuente:
• Trazabilidad CEM (España)
Hidraúlica hasta 160 MPa
Neumatica hasta 7000 kPa
Equipos de clientes
Transductores y controladores de
presión
Ensambles pistón-cilindro Budemberg 480HX
Ensamble pistón-cilindro DH CPB 6000
Ensambles pistón-cilindro DH PG7601
• Servicios
• Manómetros y transductores (relativos, absolutos y diferenciales)
• Barómetros
• Balanzas de peso muerto
• Vacuómetros
• Esfigmomanómetros
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Muchas gracias