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ING. EVELYN G. TAMAYO ARAOZ
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
Departamento académico de ciencias de ingeniería
MEDICIONES DE PRESION
OBJETIVO: Tiene por objetivo familiarizar al estudiante con los instrumentos y el
aprendizaje de las técnicas de medición de presiones, y debido a los diferentes
aplicaciones que se hacen en el laboratorio, establecen el instrumento adecuado para
cada caso.
1. FUNDAMENTO TEORICO
Para el tratamiento de fluidos (líquidos y gases) se utiliza ordinariamente el término
PRESIÓN, que se define como la fuerza normal ejercida por el fluido sobre la unidad de
superficie. La manifestación de la presión será permanente o no cuando en un lugar
definido varía con el tiempo no.
Conocer la presión de un fluido es importante porque:
Junto a otras propiedades, define el estado del fluido.
Permite conocer el trabajo realizado por o sobre el fluido.
2. PRESION ABSOLUTA Y MANOMETRICA
Cuando el nivel de referencia, para la medición de una presión, es el cero abosluto, es
decir, la ausencia total de moléculas que son los agentes de la presión, dicha presión
se denomina PRESION ABSOLUTA; pero si el nivel de referencia es el estado molecular
atmosférico, la presión medida a partir de este nivel se denomina manométrica.
PABS = PATM + PMAN
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Para una presión negativa o de vacío.
La mayoría de los dispositivos medidores de presión usan el nivel de referencia
atmosférico y dan la presión sobre o por debajo de la atmosférica, ya que el nivel cero
es difícil de ser representado.
3. METODOS PARA LA MEDICION DE PRESIONES
3.1. Equilibrando la presión medida con una columna líquida.
3.2. Deformación sólida ocasionada por la presión que se mide.
3.3. Método común de una fuerza sobre un área.
3.1. Manómetros de columna líquida
Tienen un uso muy difundido, y como se muestra en la figura, la columna h y la
presión atmosférica, equilibran la presión del recipiente.
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MANÓMETRO EN U EN UN ACUMULADOR HIDRONEUMATICO
Presión del recipiente (Pman) =
F = V = Ah
Pman =
= h
Luego, para este tipo de manómetro, es suficiente conocer la altura de la columna y el
peso específico ( ) del líquido, para conocer la presión del recipiente.
Existen diversos tipos de manómetros de columna, se utilizan en diversos líquidos,
siendo los más comunes: agua, aceite, tetracloruro de carbono, mercurio, etc.
3.1.1 Manómetros de tubo en U
Sirve para medir presiones manométricas de determinadas líneas de presión o
diferencia de presión entre dos líneas distintas. Existen muchas variantes de
estos manómetros.
La desventaja de este tipo de manómetros, es que cuando hay presiones
fluctuantes, se tiene que hacer dos lecturas simultáneas, resultando difícil
obtener una lectura verdadera.
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MANÓMETRO EN U CONECTADO A UNA TUBERIA DE PRESION
3.1.2 Manómetros de una sola rama
Se usan para mediciones más exactas en presiones fluctuantes. Consiste de un
depósito de sección mayor que la rama, y por esto, la variación de nivel en el
depósito es pequeña, aunque las variaciones de presión sean grandes.
3.1.3 Manómetros inclinados
Se utilizan cuando la presión a medir es muy pequeña. Existen dos tipos
característicos, el inclinado en U y el inclinado de una sola rama. En estos
manómetros la presión medida está equilibrada por la presión atmosférica y la
columna h, que es difícil de medir con precisión, la cual se obtiene con l.
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MANÓMETRO INCLINADO
3.1.4 Manómetros de dos fluidos
Utilizado también para la medición de presiones pequeñas. Cuando se conecta
la línea de presión que se quiere medir, el volumen desplazado por el primer
fluido, ocasiona la altura del fluido 2, entonces cuando se realiza la medición
por la toma requerida, se tiene la presión P del segundo fluido.
P2 = h (PE1 – PE2 + PE1 x
)
PE1: peso específico del líquido 1
PE2: peso específico del líquido 2
AI: sección transversal del tubo en U
AII: sección transversal de las entradas
MANÓMETRO DE DOS FLUIDOS
I II
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3.1.5 Micromanómetros
Aparatos utilizados en las mediciones de presiones muy pequeñas. En estos
tipos de manómetros se utilizan tornillos micrométricos, que nos facilitan la
lectura de estas pequeñas presiones; los tipos más comunes son:
Micromanómetro de contacto eléctrico
Micromanómetro de puntas
Micromanómetro de altura constante
3.2 Métodos de deformación sólida
3.2.1 Manómetro Bourdon
Son muy utilizados y tienen un gran alcance. Estos manómetros están
constituidos por un elemento curvo hueco, que puede enderezarse o curvarse
dependiendo de que la presión en su interior sea mayor o menor que la
exterior, que siempre es la presión atmosférica; en el primer caso (cuando es
mayor) es manométrica positiva y en el segundo caso (cuando es menor) es
presión manométrica negativa o vacuométrica.
El movimiento de enderezamiento o curvado es transmitido por un sistema de
bielas a una cremallera, que desplaza una aguja sobre una escala graduada.
MANÓMETRO BOURDON
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3.2.2 Barómetros
El barómetro es un instrumento generalmente utilizado para la determinación
de la presión atmosférica. Consiste en un depósito de mercurio y un tubo de
alto vacío; posee además un mecanismo de pistón para regular el nivel cuando
hay variaciones de presión atmosférica.
Para mejorar la exactitud se deben tener en cuenta: la temperatura, la
gravedad, la altitud y la corrección de calibración con un patrón.
BAROMETRO DE MERCURIO
4. PRESION ESTATICA, DE VELOCIDAD Y TOTAL
4.1 Presión estática
Es aquella ocasionada por el movimiento molecular al azar de un fluido y se manifiesta
como una fuerza sobre un área que envuelve al fluido, en el caso de un fluido en
movimiento, esta presión se mide con un instrumento viajando a la misma velocidad
del flujo. Como no es práctico desplazar el instrumento con el flujo, la presión estática
puede medirse insertando un tubo estático que sea perpendicular a la dirección del
flujo; y también piezómetros.
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PIEZÓMETRO DIFERENCIAL
4.2 Presión de velocidad
Se manifiesta como una fuerza que ofrece un fluido en movimiento, sobre un área
perpendicular a la dirección de su movimiento.
4.3 Presión total
Es la suma de la presión estática y de velocidad ejercida sobre una superficie
perpendicular al desplazamiento del fluido. Se mide mediante un tubo de impacto.
TUBO DE PITOT
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5. CALIBRACION DE MANÓMETROS
Los manómetros que más comúnmente requieren de calibración, son los manómetros
Bourdon y Diafragma, que pueden calibrarse mediante un micrómetro o un calibrador
de peso muerto.
5.1 Calibrador de peso muerto Amsler
Utilizado para la calibración de manómetros, se ve en la figura:
CALIBRADOR DE PESO MUERTO AMSLER
ESQUEMA INTERIOR DE UN CALIBRADOR DE PESO MUERTO AMSLER
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Este calibrador posee 2 cámaras conectadas mediante válvulas (4,5 y 6), la cámara
superior (3) tiene 2 ramales en uno de los cuales se instalará el manómetro a calibrar
(1), y el otro de los ramales posee un pistón sobre el cual pueden colocarse pesas (2).
La cámara inferior (7) posee un émbolo (8) que es accionado por una manivela (9).
5.2 Funcionamiento
1) Inicialmente se llena la cámara inferior de aceite y se instala en un ramal el
manómetro y en el otro el pistón.
2) A continuación se bombea el aceite de la cámara inferior a la superior mediante
el pistón de doble efecto.
3) Una vez llena de aceite, la cámara superior se colocan las pesas sobre el pistón,
el cual ofrece a través del aceite hacia el otro ramal, que es aquél donde se
encuentra ubicado el manómetro.
4) La presión ejercida por el pistón puede aumentarse, aumentando simplemente
el número de pesas; luego disminuirse, quitándolas.
5) Con las presiones por el pistón y las presiones que indican el manómetro,
podemos entonces, construir su curva de calibración.
6) Finalmente para retirar el manómetro se retiran las pesas y se abre la otra
válvula que permite el paso de aceite de la cámara superior a la inferior,
eliminando así la presión en dicha cámara y esto permite retirar libremente el
manómetro, pues en caso contrario se derramaría el aceite.
5.3 Recomendaciones para la calibración
Tener cuidado de utilizar el aceite limpio y tener en cuenta los detalles para su
uso (purgas y especificaciones de uso).
Antes de la calibración de un manómetro se realizan algunas mediciones sobre
el alcance del manómetro para establecer si hay un error apreciable constante,
o hay error positivo en un extremo y negativo en el otro. En el primer caso la
aguja está mal ajustada y con un extractor de agujas se la retira; con una
presión de media escala se instala la aguja en la posición correcta.
Las lecturas, en el caso de manómetros de partes móviles, se realiza en forma
ascendente o descendente.
La calibración se debe realizar entre el 25 a 75% de su escala, a no ser que sea
utilizada fuera de este rango.
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En el caso de los tubos en U, la calibración se realiza si el diámetro es inferior a
los 6 mm; en caso contrario es necesario que estén limpios, porque la suciedad
puede deformar el menisco y también, que la escala graduada sea comparada
con una escala patrón o de precisión.
Los manómetros de tubo de diámetros pequeños se deben calibrar con un
micromanómetro.
6. USO, CONSTRUCCION Y PRECISION DE LOS MANÓMETRO
Los manómetros de columna, por lo general permiten mediciones de una
precisión del 1%. Estos manómetros en general se utilizan para mediciones de
presiones o diferencia de presiones inferiores a 1 kgf/cm2.
La ASMA POWER TEST CODES, recomienda que la mínima altura para tubos en
U y de una sola rama sea de 100 mm.
Los tubos para mediciones de precisión deben ser de un diámetro no menor de
6.35 mm o 9.5 mm o 12.7 mm, y para un mismo tubo en las dos ramas del
tubo, no debe diferir en más de un 8% del valor medio, a fin de evitar
diferencias de capilaridad.
El alcance de los manómetros de mercurio (Hg) es el que limita su tamaño.
Los manómetros para mediciones pequeñas se utilizan cuando la presión es
menor de 100 mm de columna líquida.
Los barómetros tienen una precisión de 0.5 a 0.25 mm de Hg y para una altura
de presión de 0.25 mm, es necesario hacer la corrección correspondiente.
Para manómetros de deformación sólida
Los manómetros Bourdon, se utilizan para alcances de presión que no pueden
ser medidos convenientemente por medio de columnas líquidas (0.5 kgf/cm2)
hasta centenares de kgf/cm2.
Algunos manómetros poseen una precisión del 0.5% a plena escala, pero por lo
general su precisión no es mejor del 1% del alcance a plena escala.
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7. RECOMENDACIONES PARA LA MEDICION DE PRESIONES
Debe elegirse un manómetro con escala apropiada para la medición a realizarse
y que tenga la precisión deseada.
Revisar todas las líneas y conexiones a fin de evitar posibles fugas.
Cuando se trata de flujos fluidos, tener en cuenta el lugar donde se toman las
medidas, pues éstas pueden afectarse por la turbulencia.
En el caso de flujo de vapor o aire comprimido, busca la manera de evitar el
condensado en la línea, ya que puede ocasionar una lectura equivocada.
La calibración para un ensayo de precisión se realiza antes y después del
ensayo.