15 presión

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PRESIÓN

René Chanchay

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CONTENIDO

•Introducción •Definiciones •Otros parámetros que definen presión •Instrumentos que miden presión •Unidades de presión y equivalencia •Clasificación de instrumentos que miden presión •Errores máximos permitidos

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CONTENIDO • Calibración de manómetros • • • • • •

Objetivo Alcance Introducción Prerrequisitos Resumen Descripción • • • • • •

Condiciones ambientales y período de estabilización Patrones y equipos Equipos e implementos auxiliares Procedimiento Cálculos Estimación de la incertidumbre

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INTRODUCCIÓN Magnitud utilizada en: •Empresas industriales •Refinerías •Oleoductos •Calderos •Centrales térmicas •etc..

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INTRODUCCIÓN Existen varios recipientes sometidos a presión que deben ser controlados.

La presión de los fluidos debe controlarse con exactitud para controlar su consumo específico.

La presión de la sangre.

La presión que utilizan los laboratorios con fines científicos

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INTRODUCCIÓN Los instrumentos que miden presión: – Son simples desde el punto de vista de su construcción – Se toman precauciones para su construcción ya que están en contacto directo con el medio – Reglas para su utilización (evitar desajustes, indicaciones erróneas, accidentes)

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DEFINICIONES

PRESIÓN:

Presión se define como la fuerza normal aplicada en un plano por unidad de área P = F/A P= Presión F= Fuerza A= Area

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Presión

F

A

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DEFINICIONES

PRESIÓN BAROMÉTRICA Presión que experimenta un sitio o lugar debido a la columna de aire.

PRESIÓN DE REFERENCIA Presión tomada como base para la determinación de otras presiones.

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DEFINICIONES

PRESIÓN MANOMÉTRICA Presión medida por encima de la presión de referencia

PRESIÓN DE VACÍO Presión media por debajo de la presión de referencia

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OTROS PARAMETROS QUE DETERMINAN PRESIÓN

•Densidad •Volumen •Temperatura •Velocidad

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PRESIÓN EN EL INTERIOR DE UN FLUIDO P = gh

 = densidad del líquido g = aceleración de la gravedad h = altura

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PRESIÓN EN EL INTERIOR DE UN FLUIDO g

 h P

P = gh

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PRESIÓN DE UN GAS SOBRE LAS PAREDES DE UN RECIPIENTE P = nrT/V n = número de moles del gas r = constante universal de los gases T = temperatura V = volumen del recipiente

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PRESIÓN DE UN GAS SOBRE LAS PAREDES DE UN RECIPIENTE Termómetro

Manómetro

n=PV / rT

Recipiente de volumen V

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PRESIÓN DE UN LÍQUIDO QUE FLUYE P = (1/2) v2

 = densidad del fluido v = velocidad del fluido

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PRESIÓN DE UN LÍQUIDO QUE FLUYE

Manómetro 

A

v

2P



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UNIDADES DE PRESIÓN Pa = Pascal PSI = Libra por pulgada cuadrada mmHg = Torr = milímetro de mercurio mH2O = metros de agua atm = atmósfera kg/cm2 = kilogramo por centímetro cuadrado bar = bar

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EQUIVALENCIAS ENTRE UNIDADES

1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa 1 PSI = 6894,8 Pa = 6,8948 kPa 1 mmHg = 1 Torr = 133,3 Pa = 0, 1333 kPa 1 kg/cm2 = 98,0665 kPa

1 atm = 760 mmHg

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INSTRUMENTOS QUE MIDEN PRESIÓN

CLASIFICACIÓN: •Desde el punto de vista de los valores de presión •Desde el punto de vista de su destino •Desde el punto de vista de su principio de funcionamiento

•Desde el punto de vista de la clase de exactitud

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DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LOS VALORES DE PRESIÓN

•manómetros y micromanómetros •vacuómetros y microvacuómetros •manovacuómetros •barómetros

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DESDE EL PUNTO DE VISTA DE SU DESTINO

•Patrones Nacionales •Patrones Primarios •Patrones secundarios •Patrones de trabajo

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Desde el punto de vista del Principio de funcionamiento •Instrumentos de líquido –Instrumentos en U

–Instrumentos de recipiente –Instrumentos de tubo inclinado

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Desde el punto de vista del PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO • Instrumento con elemento sensor elástico – Con tubo curvado simple – Con tubo forma helicoidal – Con tubo en forma espiral – Con membrana simple

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Desde el punto de vista del PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO  Instrumento de Pistón – De pistón simple y pesas – De pistón y resorte – De pistón diferencial y pesas

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Desde el punto de vista de la CLASE DE EXACTITUD NTE INEN 1825 La clase de exactitud de los manómetros debe escogerse de una de las series siguientes. a) 0,25

0,4

0,6

1

b) 0,2 0,5

1

2

5

1,6

2,5

4

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ERRORES MÁXIMOS PERMITIDOS PARA MANÓMETROS

NTE 1825 El error máximo permitido intrínseco es igual a: a) ± 0,8 k, para instrumentos nuevos o reparados b) ± k, para instrumentos en servicio k es el producto del índice de clase de exactitud y la centésima parte de: -El límite superior del rango de medición, para manómetros y vacuómetros -La suma de los límites superiores de los rangos de medición para manovacuómetros

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Ejemplo 1    

Manómetro Nuevo Rango: 0 a 1000 kPa Clase de exactitud: 0,5

Cual es el e.m.p para este instrumento?

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Ejemplo 2    

Manovacuómetro En servicio Rango: -10 a 1000 kPa Clase de exactitud: 1

Cual es el e.m.p para este instrumento?

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Verificación de manómetros NTE 1825 La validación incluye las siguientes operaciones: •Inspección visual •Control preliminar •Determinación de los errores de medición •Comparando con un manómetro patrón •Balanza de presión de pistón y peso muerto

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Verificación de manómetros NTE 1825 Inspección visual, NTE 1825 Visualmente se determina si el instrumento está en condiciones de ser calibrado.

– Estar en buenas condiciones – Sin huellas visibles de corrosión – Sin abolladuras – Libre de polvo o suciedad – No debe impedir la lectura del dial

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Verificación de manómetros NTE 1825 Control preliminar, NTE 1825  Se le lleva al máximo y se espera 3 minutos  Se ve que sucede en los siguientes 2 minutos  Si el descenso de presión es menor que el e.m.p. entonces se dice que: – El instrumento no presenta fugas.

– El sistema permite realizar una calibración en forma adecuada.

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Verificación de manómetros NTE 1825 Determinación de los errores de medición NTE 1825

El número de valores de presión a los cuales el instrumento se verifica debe ser al menos: a) 8 para clases de exactitud 0,2; 0,25; 0,4; 0,5 y 0,6 b) 5 para clases de exactitud 1; 1,6; 2 y 2,5 c) 3 para clases de exactitud 4 y 5

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CALIBRACIÓN DE MANOMETROS 1. OBJETIVO: Este documento describe la forma de calibrar instrumentos que miden presión.

2. ALCANCE: Este procedimiento es aplicable para la calibración de transductores de presión y vacío, manómetros, vacuómetros y manovacuómetros digitales, con elemento sensor elástico, con clases de exactitud: • mejores de 0,2 • de 0,2 hasta 0,6 • 1; 1,6; 2; 2,5 • 4; 5 con un rango máximo en presión de 110 000 kPa, y -58 kPa en vacío.

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CALIBRACIÓN DE MANOMETROS 4. GENERALES: 4.1 Introducción El presente procedimiento describe las secuencias de calibración ha ser aplicadas a la calibración de instrumentos que miden presión y vacío (transductores, manómetros, vacuómetros y manovacuómetros), de clase de exactitud 0,2 y mejores, y para todas las clases de menor exactitud a 0,2 con un rango máximo en presión de 110 000 kPa, y -58 kPa en vacío, utilizando patrones de referencia y patrones de trabajo con sus respectivos Certificados de Calibración vigentes y disponibles.

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CALIBRACIÓN DE MANOMETROS Secuencias de calibración Dependiendo de la clase de exactitud del instrumento, se usa una de las siguientes secuencias de calibración.

Secuencia A

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CALIBRACIÓN DE MANOMETROS

Secuencia B

Secuencia C

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CALIBRACIÓN DE MANOMETROS 4.2 Prerrequisitos El manejo y manipulación de los patrones de presión, bombas de presión e instrumentos de los usuarios de este servicio, deben seguir las directrices que se proporcionan en los instructivos respectivos.

Los patrones de presión deben tener vigentes y disponibles sus certificados de calibración y deben estar en condiciones óptimas para su operación.

El técnico que utilice los equipos debe tener experiencia en las técnicas de calibración de instrumentos que miden presión y estar calificado.

Si se detectan condiciones no favorables para realizar la calibración tales como condiciones ambientales del laboratorio fuera de lo establecido, fugas en el sistema de conexiones patrón-instrumento, vibraciones, se debe suspender la calibración hasta eliminar las condiciones desfavorables.

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CALIBRACIÓN DE MANOMETROS 4.3 Resumen La calibración se lleva a cabo mediante la comparación directa entre los valores de medición del patrón de referencia o del patrón de trabajo y los 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 de acuerdo al medio (aceite, agua, aire) con el que trabaja el instrumento a ser calibrado.

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5. DESCRIPCIÓN 5.1 Condiciones ambientales y período de estabilización Los equipos que utiliza el LPC se conservan en ambientes controlados de temperatura y humedad relativa:  Temperatura: 20 °C ± 3 °C con una estabilidad de ± 0,5 °C por hora  Humedad Relativa: 50 % ± 10 % con una estabilidad de ± 2 % por hora  La calibración debe ser realizada después de que se haya establecido el equilibrio térmico entre el objeto a calibrar y las condiciones ambientales del Laboratorio.  En la práctica, la estabilización del instrumento tiene un período de al menos dos horas.

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5.2 Patrones / Aparatos / Equipos PATRONES / APARATOS / EQUIPOS Balanza de Presión Balanza de Presión Balanza de Presión y Vacío

Transductores de Presión Transductores de Presión y Vacío Bombas manuales de banco Bombas manuales de banco

RANGO

MEDIO DE TRABAJO

0 – 110 000 kPa 0 – 70 000 kPa 0 – 200 y 0 a -100 kPa

Aceite Agua Aire

0 – 100 000 kPa -100 a 300 kPa

Aceite / Agua * Aire

0 – 100 000 kPa 2000 kPa / 80% vacío

Aceite / Agua * Aire

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5.3 Equipos e implementos auxiliares  Guantes para el manejo de las masas de las balanzas de presión y vacío.  Termómetro con una división de escala de 0,1 ºC para determinar la temperatura del aire.  Barómetro con una división de escala de al menos 0,1 hPa.  Higrómetro con una división de escala de al menos 10% para determinar la humedad relativa.  Herramientas y accesorios que permitan asegurar una conexión hermética de los acoples en el sistema patrón-instrumento.  Nivel de burbuja para garantizar la perpendicularidad del eje del conjunto pistón – cilindro, al utilizar balanza de presión y vacío.

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5.4 Procedimiento

 Observar que el instrumento a ser calibrado disponga de marca de identificación única según.  Realizar la inspección visual del instrumento a ser calibrado, la cual consiste en: – La revisión de la integridad física del instrumento a calibrar (escala, aguja de indicación, rosca, ducto de presión, impurezas, corrosión, golpes, hendiduras, display).

 Cuando el instrumento a calibrar es de funcionamiento con alimentación eléctrica o baterías: – Comprobar su funcionamiento eléctrico y en el caso de funcionamiento con baterías que estén cargadas o sean nuevas si son desechables.

– Funcionamiento correcto de los elementos de mando (ajuste de cero si dispone, elección de unidades de medida).

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5.4 Procedimiento  Comprobar de que la documentación necesaria para la calibración (datos técnicos, instrucciones para el uso, manual de usuario y/o procedimiento de uso y manejo) esté disponible si es necesario.  Con la clase de exactitud del instrumento a calibrar seleccionar el patrón y la secuencia de calibración a utilizar de acuerdo a la siguiente tabla:

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5.4 Procedimiento CLASE DE EXACTITUD

RANGO

PATRÓN

SECUENCIA DE CALIBRACIÓN

Mejores a 0,2

0 - 110 000 kPa / 0 a -58 kPa

Balanza de presión y/o vacío

A*

De 0,2 hasta 0,6

0 – 100 000 / 0 a -58 kPa

Transductor de presión y/o vacío

B*

1; 1,6; 2; 2,5

0 – 100 000 / 0 a -58 kPa

Transductor de presión y/o vacío

C*

4; 5

0 – 100 000 / 0 a -58 kPa

Transductor de presión y/o vacío

C*

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5.4 Procedimiento  Conectar el instrumento a calibrar en su posición de trabajo en el sistema de calibración.

– Cuando se calibra con balanza de presión y/o vacío utilizar el nivel de burbuja para garantizar la perpendicularidad del eje del conjunto pistón – cilindro.

– Verificar la hermeticidad del sistema de calibración al 100% del alcance de medición del instrumento a calibrar.

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5.4 Procedimiento

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5.4 Procedimiento

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5.4 Procedimiento Seleccionar los puntos de medición y distribuirlos uniformemente en el rango de calibración de acuerdo a la siguiente tabla: SECUENCIA DE CALIBRACIÓN Mejores a 0,2 De 0,2 hasta 0,6

1; 1,6; 2; 2,5 4; 5

NÚMERO DE PUNTOS DE MEDICIÓN*

NÚMERO DE PRECARGAS

TIEMPO DE ESPERA EN EL LÍMITE SUPERIÓR DEL RANGO DE MEDICIÓN**

10

3

2 minutos

8

2

2 minutos

5

1

2 minutos

3

1

2 minutos

* En el número de puntos de medición está incluido el cero. El número de puntos expuesto en la tabla es el mínimo a calibrar.

** Para instrumentos de Bourdón el tiempo de espera en el límite superior del rango de medición es de 5 minutos.

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5.4 Procedimiento  Realizar las precargas según la secuencia seleccionada.  Generar presión para comparar la indicación del instrumento con la del patrón según la secuencia seleccionada. La comparación entre los valores medidos del instrumento calibrado y el patrón utilizado se realiza: – Ajustando la presión de acuerdo a la indicación del patrón utilizado.

– El tiempo de espera para el cambio de carga es no menor a 30 segundos, en todo caso hay que esperar que la indicación este suficientemente estable tanto en el patrón como en el instrumento a calibrar para tomar la medición.

 Registrar todos los datos en el formato respectivo según corresponda.

Video http://www.youtube.com/watch?v=Cymx7V2zr4o Video http://www.youtube.com/watch?v=BzozFtHOz1g

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5.5 Aseguramiento de la calidad de los resultados El aseguramiento de la calidad de los resultados se lo realizará en forma mensual de acuerdo a lo programado en y consistirá en tomar un instrumento calibrado de un cliente al que se le repetirá la calibración. Los datos de la primera calibración como los de la repetición se evaluarán bajo el criterio de error normalizado.

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5.6 Cálculos

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5.6 Cálculos

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5.6 Cálculos

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5.7 Estimación de la incertidumbre

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5.7 Estimación de la incertidumbre

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5.7 Estimación de la incertidumbre

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5.7 Estimación de la incertidumbre

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5.7 Estimación de la incertidumbre

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INCERTIDUMBRE

2

 f  uc ( y)     u( xi )2 i 1  xi  N

2

 f  uc ( y)     u( xi )2 i 1  xi  N

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MODELO MATEMÁTICO L promedioCalibrando  ( LPatrón  Patrón   Re soluciónPatrón )  L  Histéresis  Lectura de Cero   Re solución L Promedio Calibrando

Lecturas promedio del Calibrando

L Patrón

Lecturas Patrón

 Patrón

Corrección sistemática del Patrón

 Resolución

Corrección por resolución del Patrón

L

Error del Calibrando

 Histéresis

Corrección por histéresis del calibrando

 Lectura de cero

Corrección por lectura de cero del calibrando

 Resolución

Corrección por resolución del calibrando

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INCERTIDUMBRE COMBINADA

2

 f  2     uc ( y)     u( xi ) i 1  xi  N

2 2 2 2 2 2 u c  uCertf  u  u  u  u  u .

Re s. Patrón Re s.Calibrando Re petibilidad Histéresis Lectura de Cero

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FACTORES DE INFLUENCIA Patrón

U k

Calibrando

Certificado

ucert.

Resolución

ures.patrón

uRe solución 

Re solución 2 3

Resolución

ures. calibrando

uRe solución 

Re solución 2 3

Repetibilidad

uRepetibilidad

Histéresis

uHistéresis

Lectura de cero

uLectura de Cero

uc 

1 n  yi  y 2   n  1 i 1 uHistéresis 

Histéresis Máxima 2 3

uLectura de Cero 

Lectura de Cero 2 3

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INCERTIDUMBRE EXPANDIDA

U  2uc U

Incertidumbre expandida

k

Factor de cobertura

uc

Incertidumbre combinada

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN