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"INSTRUMENTOS PARA LA MEDICIÓN DE PRESIÓN"

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PRESIÓN
Es la fuerza por unidad de superficie, cuando la fuerza es perpendicular a dicha superficie. Esto es lo que ocurre comúnmente en fluidos confinados.
MANÓMETRO
VACUÓMETRO
Mide el vacío. La medida del vacío y de las presiones absolutas, es muy importante sobre todo en plantas de frío, gases licuados, turbinas, etc., ya que los puntos críticos de los gases y del vapor están calculados en base a presiones y temperaturas absolutas. El problema de estas dos presiones no es el como medirlas, si no como ajustar las indicaciones, ya que la presión atmosférica es variable y nos afecta a las medidas.
MANÓMETRO DIFERENCIAL
Es un dispositivo que mide la diferencia de presión entre dos lugares. El fluido manométrico que forma la columna líquida en estos indicadores puede ser
cualquier líquido que no se mezcle con el fluido a presión. Para altos vacíos o presiones elevadas y
grandes diferencias de presión el líquido del medidor debe ser de una gran densidad por esto casi
siempre se utiliza como fluido manométrico el mercurio y para las bajas presiones líquidos de menor densidad como el agua, alcohol, kerosén, etc.

SENSORES DE PRESIÓN
Estos elementos transforman la variable presión en un desplazamiento.
Para ello utilizan la propiedad de los materiales de deformarse dentro del rango elástico cuando se someten a un esfuerzo y regresar a su posición cuando cesa el esfuerzo aplicado. Sabiendo que en este rango la relación esfuerzo deformación es lineal.

Los sensores de presión consisten en elementos de sección delgada que al someterse a una presión se deforman en su rango elástico, deformación que es proporcional a la presión.
Los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y gases). Lo común es que ellos determinen el valor de la presión relativa, aunque pueden construirse también para medir presiones absolutas.

Todos los manómetros tienen un elemento que cambia alguna propiedad cuando son sometidos a la presión, este cambio se manifiesta en una escala o pantalla calibrada directamente en las unidades de presión correspondientes.

"INSTRUMENTOS PARA LA MEDICIÓN DE PRESIÓN"
TIPOS DE PRESIÓN
Presión de Vacío
Es la presión referida a la presión atmosférica pero por debajo de ella.
Presión Absoluta
Es la presión referida al vacío absoluto.
Presión Dinámica
Es la presión que se produce por el efecto de la velocidad del fluido. Esta se ejerce solamente en la dirección del fluido.
En un fluido estático la presión dinámica es cero. Para medirla se debe hacer la diferencia entre la presión de estancamiento y la presión dinámica.
Presión Estática
Es la presión ejercida por el fluido en todas sus direcciones. Esta corresponde a la presión que se mediría con un instrumento que se mueve con el fluido. Para medirla se puede usar una toma perpendicular a la dirección del flujo.
Presión Atmosférica
Es la presión ejercida por el peso de la atmósfera sobre la tierra. Al nivel del mar ésta es de aproximadamente 760 mm de Hg , 14.7 psia o 100 KPa.
Presión Manométrica
Es la presión referida a la presión atmosférica.
Presión Diferencial
Es la diferencia entre dos presiones cualesquiera.
Presión Barométrica
Es la medida de la presión atmosférica la cual varía levemente con las condiciones climáticas.
Presión de Estancamiento
Es la presión resultante de la presión estática más la presión dinámica. Su valor será el de la presión cuando el fluido se desacelera hasta obtener una velocidad cero en un proceso sin rozamiento.
Las unidades de presión expresan una unidad de fuerza sobre unidad de área. Las más usadas son Kg/cm2, psi (lbf/pulg2), Pascal (N/m2), bar, atmósfera, Torr (mm de columna de Hg).
MANÓMETROS MÁS COMUNES
Tubo U
Está formado por un tubo de vidrio doblado en forma de U lleno parcialmente con un líquido de densidad conocida, uno de sus extremos se conecta a la zona donde quiere medirse la presión, y el otro se deja libre a la atmósfera. La presión ejercida en el lado de alta presión, produce el movimiento del líquido dentro del tubo, lo que se traduce en una diferencia de nivel marcado como h. Esta altura h dependerá de la presión y de la densidad del líquido en el tubo, como la densidad se conoce, puede elaborarse una escala graduada en el fondo del tubo U calibrada ya en unidades de presión.
Tubo de Bourdon
Tienen un tubo metálico elástico, aplanado y curvado de forma especial.

Este tubo tiende a enderezarse cuando en su interior actúa una presión, por lo que el extremo libre del tubo de Bourdon se desplaza y este desplazamiento mueve un juego de palancas y engranajes que lo transforman en el movimiento amplificado de una aguja que indica directamente la presión en la escala.

Fuelle
Tienen un elemento elástico en forma de fuelle (como el acordeón) al que se le aplica la presión a medir, esta presión estira el fuelle y el movimiento de su extremo libre se transforma en el movimiento de la aguja indicadora.

Una variante del manómetro de fuelle es el manómetro de diafragma, en este caso la presión actúa sobre un diafragma elástico el que se deforma y la deformación se convierte en el movimiento del puntero indicador.

Presión Relativa
Es el valor por encima de la presión atmosférica real.
TIPOS DE VACUÓMETROS
Mecánicos
Columna de líquido
El vacuómetro McLeod es un vacuómetro de presión absoluta analógico con escala cuadrática (no logarítmica), es de lectura directa, dado que se basa en el desplazamiento físico de una "pared", siendo ésta el nivel del menisco de la columna de mercurio.
Se ha estado reemplazando por sensores electrónicos modernos, de conductividad térmica, como el Pirani, Convección y Termopar los cuales cubren ampliamente el alcance de medio vacío con mucha exactitud.
Pistón-Cilindro
También conocido como balanza de presión o de pesos muertos, las cuales son un método primario de medición de presión.
Estas balanzas tienen una cámara de vacío la cual se coloca por arriba de las masas y así poder eliminar la corrección del empuje del aire.
Conductividad térmica
Arrastre molecular
Consta de una esfera de material magnético la cual es levitada con campos magnéticos. Usualmente la esfera es de acero inoxidable o invar, con 4.5 mm de diámetro, ésta es girada inductivamente a cerca de 400 Hz, en ese momento el inductor es apagado y la esfera continúa girando. La suspensión magnética actúa como un muy pequeño cojinete de fricción.
Ionización
Carátula
Estos sensores están basados en el principio del tubo Bourdon, el cual lo conforman un tubo de sección elástica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse (y viceversa) y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón.
Sensor de diafragma capacitivo
Es un sensor de método directo puesto que mide la presión utilizando el desplazamiento de una frontera física, en el cual se puede fácilmente discernir la definición de presión como fuerza por unidad de superficie.En el sensor capacitivo un delgado diafragma metálico es mantenido bajo presión entre dos regiones aisladas una de la otra por el mismo diafragma, ocasionando una deflexión del mismo.
Estos sensores miden la presión directamente independiente del tipo de gas con una excelente exactitud y precisión además de utilizarse como patrón de referencia SECUNDARIO en sistemas de calibración.
Termopar
La temperatura del filamento es medida con un termopar soldado a su centro.
Pirani
Este sensor mide la resistencia del filamento con un circuito tipo puente.
Convección
El sensor Pirani puede modificarse para medir vacío absoluto del orden de la presión atmosférica aprovechando los fenómenos de convección térmica.
Cátodo caliente
También conocido como Bayard-Alpert, es el sensor que se usa más frecuentemente para medir presiones debajo de 1E-1Pa. Este sensor evita el problema de los rayos X colocando el cátodo (filamento caliente) fuera de la rejilla y haciendo de colector a un delgado alambre axial. El colector cargado negativamente continua colectando iones positivos, pero su pequeña área intercepta pocos rayos X y por lo tanto emite una pequeña corriente fotoeléctrica.
Cátodo frío
También llamado sensor Penning. El cuerpo cilíndrico del sensor es el cátodo, el ánodo es un anillo de alambre cercano al eje central. Un imán cilíndrico permanente alrededor del cuerpo suministra un campo magnético axial.
Este sensor no se daña al encenderlo a altas presiones, además de ser muy útil para aplicaciones de vacío en medios sucios, tiene un inicio lento y pobre a alto vacío.
Magnetrón.
Magnetrón invertido.
Tubo Bourdon
Este consiste en un tubo de sección transversal aplanada con un extremo abierto y empotrado y el otro extremo cerrado y libre de moverse. Este tubo se le da una forma curvada específica, que varia según el rango de la presión a medir y las características del tubo.
El Diafragma
El diafragma es un disco metálico (o no metálico) al cual se le han hecho corrugaciones circulares concéntricas. Ese se acopla a una caja por la cual se introduce la presión a medir, midiendo este la diferencia de presión existente entre las dos caras del diafragma.

La fuerza de presión origina una deflexión en el centro del disco la cual es proporcional a la presión aplicada.
Los diafragmas metálicos emplean directamente la característica elástica del material, mientras que los no metálicos tienen por lo general un resorte calibrado cuya fuerza se opone al movimiento.
Estos elementos se usan por lo general para medir presiones diferenciales bajas o presiones de vacío.

El Fuelle
Este elemento consiste en un tubo de material flexible con uno de sus extremos empotrado y conectado al proceso al cual se le quiere medir la presión; y el otro cerrado y libre de moverse.
Para producir flexibilidad del tubo se hacen corrugaciones o convoluciones circulares sobre las paredes del tubo, de tal forma que este trabaje como un resorte helicoidal.
El rango de presión depende principalmente del material con el cual está fabricado el tubo y puede abarcar valores:
• Manómetro: desde 0 a 0.5 KPa (≈ 0.2”H2O) hasta 0 a 7000 KPa (≈ 1000 psi).
• Vacuómetro: desde -0.5 a 0 KPa hasta -100 a 0 KPa (≈ -30 a 0 “Hg)

TIPOS DE SENSORES DE PRESIÓN
La linealidad del tubo suele ser de aproximadamente 0.5% de la deflexión máxima y en muchos casos una desviación máxima de 1% es permisible. La sensibilidad de estos instrumentos es excelente obteniéndose respuestas hasta de 0.01% en algunos de ellos.


El rango de presión depende principalmente del material con el cual está fabricado el tubo y puede abarcar valores
Manómetro:
desde 0 a 35 KPa (≈ 5 psi) hasta 0 a 70000 KPa (≈ 10 000 psi).
Vacuómetro:
de -100 a 0 KPa (≈ -30 a 0 “Hg)

La sensibilidad de estos instrumentos suele ser muy grande pudiendo detectar comúnmente valores del
0.01 % de la presión para la cual fue diseñado.

Cuando dos diafragmas iguales se unen por sus periferias herméticamente se obtiene una cápsula.
Esta produce una mayor deflexión para una misma presión aplicada.
El rango de presión depende principalmente del material con el cual está fabricado el tubo y puede abarcar valores
• Manómetro: desde 0 a 1.2 KPa (≈ 5”H2O) hasta 0 a 5500 KPa (≈ 800 psi).
• Vacuómetro: desde -1.2 a 0 KPa hasta -100 a 0 KPa (≈ -30 a 0 “Hg).

Bibliografía
Jean-François DULHOSTE – Escuela de Ingeniería Mecánica – ULA
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/djean/index_archivos/Documentos/I3_Medicion_de_presion.pdf
http://www.sabelotodo.org/aparatos/manometros.htmln
http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-07-06-vacuometros-vacio-absoluto.pdf

El rango de presión depende principalmente del material con el cual está fabricado el tubo y puede abarcar valores
• Manómetro: desde 0 a 0.5 KPa (≈ 0.2”H2O) hasta 0 a 7000 KPa (≈ 1000 psi).
• Vacuómetro: desde -0.5 a 0 KPa hasta -100 a 0 KPa (≈ -30 a 0 “Hg).

"METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN"
Mendoza Ochoa Khriemberly Romana.
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