Capítulo 2. Sensores - elai.upm.es · Flujo de aire Regulador ... Presión en el seno de un fluido incompresible en reposo ... - Describe el comportamiento de un fluido ideal en

2-1

Capítulo 2. Sensores

2-2

Temperatura de consigna

T

Suministro de agua caliente

Actuador

Flujo de aire

Regulador

Sensor de temperatura

Batería de calentamiento

R

Válvula de dos vías

Retorno de agua caliente

Sistema de control de calentamiento de aire en lazo cerrado

2-3

Señal de salida, S

Señal de entrada, EMin Max

Función de transferencia de un sensor

Max

Sensor lineal

Sensor no lineal

Banda de entrada

Band

a de

sal

ida

Min

2-4

Función de transferencia de un sensor lineal de acción directa

Señal de salida, S

Señal de entrada, E

S2

S1

E1 E2

11)( SEEKS S +−= ( )0>SK

2-5 2-6

Función de transferencia de un sensor lineal de acción inversa

Señal de salida, S

Señal de entrada, E

S1

S2

E1 E2

11)( SEEKS S +−= ( )0<SK

2-7 2-8

Metal con elevado coeficiente de dilatación

Ejemplo: Latón (Cobre+Zinc)

Metal con bajo coeficiente de dilatación

Ejemplo: Invar (Hierro+Níquel)

t=tat<ta t>ta

Disposición en espiral Indicador de temperatura

Lámina bimetálica

2-9

Sensor de bulbo y capilar

Bulbo Capilar Diafragma

Muelle

Vástago

2-10

2-11Fuente: Haines. HVAC system design handbook.

Sistema de refrigeración por compresión

2-12Válvula de expansión termostática con ecualizador interno

Al evaporador

Del condensador

Bulbo (conectado a la salida del evaporador)Capilar

Elemento termostático

Diafragma

Cono

Ecualizador interno

Diafragma

P1 Presión del bulbo.

P2 Presión a la entrada del evaporador.

P3 Presión ejercida por el muelle.

Muelle

(Fuente: ASHRAE)

2-13

3 bar

3 bar2-14

Válvula de expansión termostática con ecualizador externo

Al evaporador

Del condensador

Bulbo (conectado a la salida del evaporador)Capilar

Elemento termostático

Diafragma

Cono

Ecualizador externo (conectado a la salida del

evaporador)

Diafragma

P1 Presión del bulbo.

P2 Presión a la salida del evaporador.

P3 Presión ejercida por el muelle.

Muelle

(Fuente: ASHRAE)

2-15

3 bar

2 bar2-16

1,67·10-80,0042-50 a 150Cobre

6,84·10-80,0068-150 a 250Níquel

1,06·10-70,0039-250 a 1000Platino

ρ(20ºC) [Ω·m]ct [ºC-1]Margen de operación [ºC]Metal

Características de los sensores resistivos metálicos

2-17 2-18

+Vi

-

V0

R RRTD

RR

RVVVVR

i

iRTD ⋅

+−

=0

0

22

Puente de Wheatstone

2-19 2-20

Tipos de termistores

RPTC RNTC

Temperatura Temperatura

2-21

Curvas características

Temperatura [ºC]

R/R0

Pt100

NTCs

2-22

Comparación RTDs-Termistores

2-23 2-24

Definiciones de presión

Presión absoluta nula (vacío perfecto)

Vacío

Presión por debajo de la atmosférica

Pres

ión

man

omét

rica

Presión por encima de la atmosférica

Pres

ión

baro

mét

rica

Pres

ión

atm

osfé

rica

abso

lutaPr

esió

n ab

solu

ta

(B

arom

étric

a+M

anom

étric

a)

2-25 2-26

P1

P2= P1 +ρgz

z

P Presiónρ Densidad del fluido g Aceleración de la gravedadz Altura

Presión en el seno de un fluido incompresible en reposo

2-27 2-28

Ley de conservación de la masa

Si el flujo de masa no cambia:

21 mm && =

O bien:

222111 vAvA ⋅⋅=⋅⋅ ρρ

Si la densidad del fluido no cambia:

CaudalVctevAvA ≡==⋅=⋅⇒= &221121 ρρ

2-29 2-30

Ecuación de Bernouilli

ctevzgP =++ 2

21 ρρ

P Presiónρ Densidad del fluido g Aceleración de la gravedadz Alturav Velocidad media del fluido

Fluido ideal:

- Régimen estacionario (se cumple la ecuación de continuidad).

- No viscoso (pérdidas de carga, o fricción, nulas).

- Incompresible (ρ=cte).

- Describe el comportamiento de un fluido ideal en movimiento:

2-31 2-32

2-33

Patm

P≈0

zzz

zgP fluidoatm ρ≈

Sensor de tubo abierto (tubo en U)

2-34

2-35

Patm

P1

z

gzPP atm ρ+=1

Manómetro de tubo en U

2-36

2-37

Tubos de Bourdon

2-38

Sensores de diafragma

VástagoMuelle

Diafragma

P1

P2

2-39

+Vi

-

V0

R-ΔR

R-ΔR

R+ΔR

R+ΔR

RRVV i

Δ⋅=0

PR Δ∝Δ

PV Δ∝0

Transductores piezorresistivos

2-40

Medida de distintas presiones

Sensor

Patm

P1

Sensor

P2

P1

Sensor

Vacío (≈3Pa)

P1

Manométrica Diferencial Absoluta

2-41

P2

v2v1

P1

A1 A2

Sensores de flujo de presión diferencial

ρ)(2

1

·· 21

2

1

2

22211

PP

AA

AAvAvV −

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

===&

2-42

Diafragma

Sensor de presión diferencial

P1P2

Diafragma

ρε )(2

1

21

2

1

2

2 PP

AA

ACV −

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⋅⋅=&

Fuente: ASHRAE

2-43

Instalación del diafragma

Fuente: ASHRAE 2-44

2-45

Tubo de Venturi

Sensor de presión diferencial

P1P2

Fuente: ASHRAE 2-46

Toberas

Fuente: ASHRAE

2-47

Tubo de Pitot

P1

P2

P2Flujo

Pared del conducto

Sensor de presión diferencial

P1

P2

(P1>P2)

Fuente: ASHRAE 2-48

2-49

Anemómetro de hilo caliente

Fuente: ASHRAE 2-50

Rotámetros

Fuente: ASHRAE

2-51

Detectores de caudal

Fuente: Honeywell 2-52

Sensores de hélice

Fuente: Honeywell

2-53

Sensores electromagnéticos

2-54

Higrómetro de condensación (“espejo helado”)

Fuente luminosa Células fotovoltaicas

Comparador

Sensor de temperatura

Célula termoeléctrica de

enfriamiento

Espejo

2-55

Higrómetro Dunmore

Cables de conexiónElectrodo

Base aislante

Sal higroscópica

Fuente: Honeywell 2-56

Higrómetros capacitivos

Fuente: Honeywell

2-57

Higrómetros capacitivos

Fuente: Honeywell 2-58

+Vi

-

V0

R RRTD

RR