MEDIDORES DE PRESIÓN

Antes de hablar de los medidores de presión tenemos que tener claro los conceptos básicos, que nos ayudaran al entendimiento del uso de estos instrumentos:

Presión La presión se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de área. En ingeniería, el término presión se restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de área de la superficie que lo encierra. De esta manera, la presión (P) de una fuerza (F) distribuida sobre un área (A), se define como:

Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir presión. Entre estas se tienen:

Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertas presiones que se deben mantener en un proceso.

Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde la presión no debe exceder un valor máximo dado por las especificaciones del diseño.

En aplicaciones de medición de nivel. En aplicaciones de medición de flujo. 

 En el sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de presión es el Pascal (Pa), que se define como la fuerza ejercida por un Newton (N) sobre un área de un metro cuadrado (m2). O sea, Pa = N/m2. Esta es una unidad de presión muy pequeña, pero el kilo pascal (KPa), 1.000 Pa, permite expresar fácilmente los rangos de presión comúnmente más usados en la industria petrolera. Otras de las unidades utilizadas son el Kilogramo por centímetro cuadrado (Kg. /cm2); libras por pulgada cuadrada (Psi); bar, y otros.

Le mostraremos una tabla donde aparecerá una gran variedad y más completa unidades de conversión; donde nos permitirá tener una mejor idea de las unidades a utilizar, para la resolución o identificación de problemas.

Tabla 1. Factores de conversión para unidades de presión.

Tipos de Presión

Presión Absoluta

Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absolutos. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creó debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.

Presión Atmosférica

El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud.

Presión Manométrica

Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.

La presión relativa 

Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición. Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída.

La presión diferencial 

Es la diferencia entre dos presiones. El vacío es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica. Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vacío.El campo de aplicación de los medidores de presión es amplio y abarca desde valores muy bajos (vacío) hasta presiones de miles de bar.  Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: mecánicos, neumáticos, electromecánicos y electrónicos.

Vacío

Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las presiones superiores a la atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la presión atmosférica existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de mercurio(cmHg), metros de agua, etc.

De la misma manera que para las presiones manométricas, las variaciones de la presión atmosférica tienen solo un efecto pequeño en las lecturas del indicador de vacío.Sin embargo, las variaciones pueden llegar a ser de importancia, que todo el intervalo hasta llegar al cero absoluto solo comprende 760 mmHg.

Medida de la presión. ManómetroPara medir la presión empleamos un dispositivo denominado manómetro. Como A y B están a la misma altura la presión en A y en B debe ser la misma. Por una rama la presión

en B es debida al gas encerrado en el recipiente. Por la otra rama la presión en A es debida a la presión atmosférica más la presión debida a la diferencia de alturas del líquido manométrico.

Tipos de Medidores de Presión

Mecánicos

Electromecánicos

Neumáticos

Electrónicos

Mecánicos

• Primario de Medida Directa

• Primarios Elásticos

Electromecánicos

• Transmisores electrónicos de equilibro de fuerza

• Resistivos

• Magnéticos

• Capacitivos

• Extensiométricas

• Piezoeléctricos

Neumáticos

• Utilizan elementos mecánicos con desplazamiento de gases

Electrónicos

• Mecánicos

• Medidor McLeod

• Térmicos

• Ionización

Tipos de Medidores de Presión

Medidores Mecánicos

Elementos primarios de medida directa: que miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas.

Ejemplos barómetro cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana.

Elementos primarios elásticos: que se deforman por la presión interna del fluido que contienen. Ejemplos: tubo de Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.

´´El manómetro de Bourdon es el ejemplo típico de esta clase´´

Elementos primarios elásticos

El tubo de Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, este tiende enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja.

El elemento espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hélice.

El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre sí por la soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas.

El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.

Medidores de Presión Absoluta

Los medidores de presión absoluta consisten en un conjunto de fuelle y muelle opuesto a un fuelle opuesto sellado al vacío absoluto. El movimiento resultante de la unión de los dos fuelles equivale a la presión absoluta del fluido.

Elementos Mecánicos

Medidores Electromecánicos

Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas

Para este tipo de medidores se utiliza un Transmisor Electrónico que genera una señal en base a la posición de un sensor.

La posición del sensor determina la presión ejercida sobre la misma.

Detector de Inductancias

Transformador Diferencial

Detector Fotoeléctrico

Transductores Resistivos

En este tipo de Transductores se aprovecha un cambio de resistencia (del sensor o del circuito en que esta) para medir la presión del sistema.Para esto el puente de Wheastone es muy utilizado.

Transductores Magnéticos

Existen dos tipos de Transductores Magnéticos:

Transductores de inductancia variable

Transductores de reluctancia variable

Transductores de inductancia y reluctancia variable

Transductores Capacitivos

Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.

Pueden ser de dos tipos:

• Capacidad fija

• Capacidad variable

Galgas Extensiométricas

Inductancia Variable

Núcleo Magnético en un Campo electromagnético

Reluctancia Variable

Núcleo Magnético en un Campo Magnético

Se basan en la variación de longitud y de diámetro, por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión.

Puente de Wheastone es usado.

Galgas Extensiométricas

Puente de Wheastone

Transductores Piezoeléctricos

Son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, general una señal eléctrica.

Medidores Neumáticos y Medidores Electrónicos de Vacío

Transductores Mecánicos de Fuelle y Diafragma

Trabajan en forma diferencial entre la presión atmosférica y la del proceso. Pueden estar compensados con relación a las presiones atmosféricas y calibradas en unidades absolutas.

Medidor McLeod

Se utiliza como aparato de precisión en la calibración de los restantes instrumentos. Se basa en comprimir una muestra del gas de gran volumen conocido a un volumen más pequeño y a mayor presión mediante una columna de mercurio en un tubo capilar.

Transductores Térmicos

Se basan en el principio de la proporcionalidad entre la energía disipada desde la superficie caliente de un filamento calentado por una corriente constante y la presión del gas ambiente cuando el gas esa a bajas presiones absolutas.

• Transductor térmico de termopar

• Transductor Pirani

• Transductor bi-metálico.

Transductores Térmicos Transductor térmico de termopar

Contiene un filamento en V que lleva incorporado un pequeño termopar. Al pasar una corriente constante a través del filamento, su temperatura es inversamente proporcional a la presión absoluta del gas.

Transductores Térmicos Transductor Pirani

Utiliza un circuito de puente de Wheastone que compara las resistencias de dos filamentos de tungsteno, uno sellado en alto vacío en un tubo y el otro en contacto con el gas medido y por lo tanto pierde calor de conducción

Transductores Bimetálicos

Utiliza una espiral bimetálica calentada por una fuente de tensión estabilizada. Cualquier cambio en la presión produce una deflexión de la espiral, que a su vez esta acoplada a un índice que señala la escala el vacío.

Transductor de Ionización

Se basan en la formación de los iones que se producen en las colisiones que existan entre moléculas y electrones. La velocidad de formación de estos iones, es decir la corriente iónica, varía directamente con la presión.

o Transductor de filamento caliente

o Transductor de catado frío

Transductor de filamento caliente

Consiste en un tubo electrónico con un filamento de tungsteno por una rejilla en forma de bobina, la cual a su vez está envuelta por una placa colectora.La emisión de iones es proporcional a la presión del gas dentro del tubo.

Transductor de cátodo frío

Se basa en el principio de la medida de una corriente iónica producida por una descarga de alta tensión.

Los electrones desprendidos del cátodo toman un movimiento en espiral al irse moviendo a través de un campo magnético en su

camino hacia el ánodo

Como ya sabemos que instrumentos debemos utilizar para la comparación de presión o para medición, ahora se le mostrara una tabla de los instrumentos de medición y sus rango para poder saber que instrumento utilizar a la hora de la resolución o detección de un problema.

Acuérdense que si utilizamos un instrumento que esta fuera del rango de la medición a hacer, podemos tener una mala lectura o en casos más desfavorables dañar el equipo, por eso es importante el rango de medición de los equipos o instrumentos de medición de presión.

Tabla 2. Principales características de los instrumentos para medir presión.

Como ya se ha hablado de las presiones y sus instrumentos a medir, podemos tener una clara idea de cuales seria sus aplicaciones en la industria para mayor efectividad y rapidez a la hora de emplear cualquier instrumento de medición de presión a continuación se le mostrara una breve información de aplicación y la gran utilidad que se le da en la industrias.

Aplicaciones

Celda de medición capacitivo cerámica en cerámica de zafiro® con membrana completamente rasante.

Para la industria farmacéutica, del papel y tratamiento de aguas residuales.

Celda de medición metálica con membrana Hastelloy y auto-compensación de temperatura. Para la industria alimentaria, en productos químicos corrosivos y almacenamiento de betún.

Celda de medición metálica piezo-resistiva con membrana de sobrecarga integrada.Para monitorización de filtros, medición de caudal y depósitos presurizados.

Celda de medición metálica piezo-resistiva con llenado de aceite conforme el FDA.Para la industria alimentaria, la depuración de aguas y centrales eléctricas.

Celda de medición metálica de película fina en construcción pequeña. Celda de medición seca con una precisión muy elevada.Para tecnología hidráulica, bancos de pruebas de motores y estaciones de compresión de gas.

Sello separador para desacoplamiento de temperaturas o medios agresivos.Para las industrias farmacéutica y alimentaria, en reactores químicos y en columnas de destilación.

No son todo los instrumentos mencionados anteriormente, pero son algunos para tener idea de sus aplicaciones a nivel industrial, como a evolucionado y que no necesariamente los datos recibidos son directamente, si no a veces por mediciones indirectas pero de igual forma recibiendo la información que necesitamos.

República bolivariana de Venezuela

Ministerio del poder popular para la educación superior

Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre

Carora Edo-Lara

Medidores de Presión

Materia:Transferencia de Energía

Profesor:ClementeAlumno:

Edixson santelizExp:

20091-C055

Barquisimeto 04/11/2013

Conclusión

El conocimiento de estos instrumentos nos ha permitido saber cómo podemos hacer a la hora de medir una variable como es la presión, que es la estudiada en estos momentos que es la materia a presentar, pero no solo nos da una idea de esta materia sí no que también en otras áreas se basa con las misma formalidades y respeto que hay que tener y con la responsabilidad que obtenemos al poseer estos conocimientos.

En nuestra carrera que complementa con mecánica, es muy importante saber el uso de estos medidores de presión debido a que su uso va a depender de la aplicación que tengamos para ello, nosotros próximos ingenieros de Mecatronica tenemos que estar al tanto y saber sus aplicaciones.

Gracias a que cada vez la tecnología avanza y nos referimos ¨Avanza¨ cuando sus aplicaciones son más fácil de implementar y adaptar a las situaciones requeridas y también a que su exactitud es más precisa, su dimensiones va a variar dependiendo del dispositivo adquirido y hasta donde allá llegado el avance de ese instrumento, pero sí de igual forma si poseemos un instrumento que nos es aceptable para su aplicaciones debemos estar en la capacidad para que eso no sea obstáculo para así obtener nuestros fines o poder adquirir resultados favorables.

Anteriormente si queríamos saber algún resultado como por ejemplo: como saber! , ¿Cuántos litros tenía un tanque? o si se había llenado o ¿no?, subíamos ha alturas de 100mts solo para saber si estaba lleno o no!, arriesgando a obreros o ayudantes que se lesionaran, por caídas o cualquier accidente laboral hasta el peor de los casos causando la muerte.

Ahora gracias a los avances tecnológicos y la nueva modalidad que se emplea hoy, nuestra carrera como ´´Ingeniería Mecatronnica´´ nos permite automatizar procesos como esos tan fáciles y así poder mejorar la recepción de datos y fácil ejecución asía los operandus, solo con simples sensores y mediciones indirectas podemos obtener resultados favorables,

precisos y confiables sin ningún riesgo y pérdida de tiempo, a tiempos reales ahorrándole a la empresa perdidas desfavorables que puedan dañar su sistemas laborales.

Gracias a esta información podemos concluir que los medidores de presión han ayudado a que nuestros trabajos sean confiables, seguros y la efectividad de nuestro trabajo sea veras, dándole aplicaciones inimaginables y que solo habrá un obstáculo que seriamos nosotros mismo a la hora de su aplicación, el humano fue instrumentos y resultado por falta de instrumentos ahora son esos instrumentos el que nos permite el resultado sin necesidad de ejecutar trabajo corporal, con mayor facilidad y comodidades.