Instrumentos de Presión

5/11/2018 Instrumentos de Presión - slidepdf.com

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PRESION Definición

La Presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquidoo un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse enatmósferas (atm); en el Sistema Internacional de Unidades (SI), la presión se

expresa en newtons por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es unpascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm demercurio en un barómetro convencional. Instrumentos de Medición La mayoría de los medidores de presión, o manómetros, miden la diferencia entrela presión de un fluido y la presión atmosférica local. Para pequeñas diferencias depresión se emplea un manómetro que consiste en un tubo en forma de U con unextremo conectado al recipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto ala atmósfera. El tubo contiene un líquido, como agua, aceite o mercurio, y la

diferencia entre los niveles del líquido en ambas ramas indica la diferencia entre lapresión del recipiente y la presión atmosférica local. Para diferencias de presiónmayores se utiliza el manómetro de Bourdon, llamado así en honor al inventorfrancés Eugène Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo hueco desección ovalada curvado en forma de gancho. Los manómetros empleados pararegistrar fluctuaciones rápidas de presión suelen utilizar sensores piezoeléctricos oelectrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea. Como la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluidoy la presión atmosférica local, hay que sumar ésta última al valor indicado por elmanómetro para hallar la presión absoluta. Una lectura negativa del manómetro

corresponde a un vacío parcial.

Las presiones bajas en un gas (hasta unos 10-6 mm de mercurio de presiónabsoluta) pueden medirse con el llamado dispositivo de McLeod, que toma unvolumen conocido del gas cuya presión se desea medir, lo comprime atemperatura constante hasta un volumen mucho menor y mide su presióndirectamente con un manómetro. La presión desconocida puede calcularse a partirde la ley de Boyle-Mariotte. Para presiones aún más bajas se emplean distintosmétodos basados en la radiación, la ionización o los efectos moleculares. Rango de presiones En la atmósfera, el peso cada vez menor de la columna de aire a medida queaumenta la altitud hace que disminuya la presión atmosférica local. Así, la presiónbaja desde su valor de 101.325 Pa al nivel del mar hasta unos 2.350 Pa a 10.700m.



Por 'presión parcial' se entiende la presión efectiva que ejerce un componentegaseoso determinado en una mezcla de gases. La presión atmosférica total es lasuma de las presiones parciales de sus componentes (oxígeno, nitrógeno, dióxidode carbono y gases nobles).

Barómetro

La palabra barómetro viene del Griego donde: Báros = Presión Métron = Medida Por lo tanto, es un aparato para medir la presión atmosférica. El primer Barómetro lo ideo Evangelista Torricelli cuando trataba de explicar quelas bombas aspirantes no pueden hacer subir el agua más allá de cierta altura. Inventado por Torricelli en 1643.

Barómetro de Mercurio

Un barómetro de mercurio de Torricelli se puede construir fácilmente. Se llena demercurio un tubo delgado de vidrio de unos 80 cm de longitud y cerrado por unextremo; se tapa el otro extremo y se sumerge en una cubeta que contengatambién mercurio; si entonces se destapa se verá que el mercurio del tubodesciende unos centímetros, dejando en la parte superior un espacio vacío(cámara barométrica o vacío de Torricelli). La altura de la columna de mercurio en

el tubo, medida desde la superficie del mercurio de la cubeta, es de 760 mm alnivel del mar y en condiciones normales. Torricelli dedujo que la presión ejercidapor la atmósfera sobre la superficie libre de mercurio de la cubeta era suficientepara equilibrar la presión ejercida por la columna. La altura de dicha columnaconstituye, por lo tanto una medida de presión atmosférica. Lo mismo puededecirse de una columna de agua que, a causa del menor peso especifico, puedeascender en el tubo de una bomba aspirante a una altura algo mayor de 10 mexactamente a 10.33 m = 0.76 * 13.59, siendo 13.59 el peso especifico delmercurio. Posteriormente, habiendo observado que la presión atmosférica disminuye en

proporción a la altitud sobre el nivel del mar y comprobada la dependencia entrecondiciones atmosféricas y presión, se trato de idear otros barómetros demercurios más adecuados al uso normal, entre ellos el llamado de "sifón".Esquemáticamente, este barómetro consiste en un tubo en U , con uno de losbrazos cerrados y de 1m de longitud y en el otro corto y abierto, conteniendo



mercurio. Al variar la presión atmosférica, varía la diferencia de niveles delmercurio en las dos ramas. El barómetro de Fortin se compone de un tubo Torricelliano que se introduce en elmercurio contenido en una cubeta de vidrio en forma tubular, provista de una basede piel de gamo cuya forma puede ser modificada por medio de un tornillo que seapoya en su centro y que, oportunamente girado, lleva el nivel del mercurio del

cilindro a rozar la punta de un pequeño cono de marfil. Así se mantiene un nivelfijo. El barómetro está totalmente recubierto de latón, salvo dos ranuras verticales

junto al tubo que permiten ver el nivel de mercurio. En la ranura frontal hay unagraduación en milímetros y un nonius para la lectura de décimas de milímetros. Enla posterior hay un pequeño espejo para facilitar la visibilidad del nivel. Albarómetro va unido un termómetro. Los barómetros Fortin se usan en laboratorioscientíficos para las medidas de alta precisión, y las lecturas deben ser corregidasteniendo en cuenta todos los factores que puedan influir sobre las mismas, talescomo la temperatura del ambiente, la aceleración de gravedad de lugar, la tensiónde vapor del mercurio, etc.

(Evangelista Torricelli)(Experimento: Torricelli)

Barómetro de Mercurio



A continuación se presenta un esquema de un Barómetro para hallar laspresiones:

Barómetro Aneroide

El barómetro aneroide, también denominado metálico, fue inventado por Vidi Unbarómetro más cómodo (y casi tan preciso) es el llamado barómetro aneroide, enel que la presión atmosférica deforma la pared elástica de un cilindro en el que seha hecho un vacío parcial, lo que a su vez mueve una aguja. A menudo seemplean como altímetros (instrumentos para medir la altitud) barómetrosaneroides de características adecuadas, ya que la presión disminuye rápidamenteal aumentar la altitud. Para predecir el tiempo es imprescindible averiguar eltamaño, forma y movimiento de las masas de aire continentales; esto puedelograrse realizando observaciones barométricas simultáneas en una serie de

puntos distintos. El barómetro es la base de todos los pronósticos meteorológicos.

¿De que constan los Barómetros Aneroides?

Los barómetros metálicos o aneroides constan de una caja metálica de paredesrelativamente elásticas, en cuyo interior se ha efectuado el vacío. Un resortemetálico hace que las paredes de la caja estén separadas. En su ausencia dichasparedes tenderían a aproximarse por efecto de la presión exterior. Por igualprocedimiento variaciones en la presión atmosférica producen cambios en la formade la caja que se transmiten al resorte y éste los indica, a través de un mecanismode amplificación, sobre una escala graduada en unidades de presión. Los

barómetros metálicos pueden mortificarse de forma que sus resultados quedenregistrados en un papel. De este modo se puede disponer de información sobrecómo varía la presión atmosférica con el tiempo.



Con vistas a la difusión de los barómetros para mediciones de altura y para laprevisión del tiempo se han ideado unos barómetros metálicos más manejables yeconómicos que el de Fortin, son los llamados aneroides y holostéricos, si bienson menos precisos. El primero está formado por un tubo de sección elípticadoblado en forma de aro, en el que se ha obtenido una alta rarefacción. El tubodoblado queda fijo en un punto y la extremidad de los semicírculos así obtenidoses móvil. Con el aumento de la presión atmosférica, el tubo tiende a cerrarse; en el

caso contrario tiende a abrirse. La extremidad de los semicírculos está unida a losextremos de una barrita que gira sobre su centro; ésta, a través de un juego deengranajes y palancas, hace mover un índice. El barómetro metálico holostérico está formado por un recipiente aplanado, desuperficies onduladas en el que se ha logrado una intensa rarefacción antes decerrarlo; en una de las caras se apoya un resorte que, con las variaciones depresión atmosférica, hace mover un índice por medio de un juego de palancas.

Nota: 1bar=105 Pa. Aquí vemos en dibujo de un Barómetro Aneroide:

barómetro aneroide



Manómetro de Bourdon

El manómetro de Bourdon consiste en un tubo flexible, cerrado y curvado enforma de herradura, en cuyo interior reina el vacío. Las variaciones de presión delaire modifican la curvatura del tubo y estas modificaciones se registran en unaescala.

Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación es unaconstante del material, conocida como el módulo de Young: E=Carga/ ε . Por ende,si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según: Carga = E*ε De modo que frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, seráposible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas)solicitantes. El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los

materiales utilizados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más comúnen plantas de procesos que requieran medición de presiones, consiste de un tubometálico achatado y curvado en forma de "C", abierto sólo en un extremo

Al aplicar una presión al interior del tubo (se le infla, por ejemplo) la fuerzagenerada en la superficie (área) exterior de la "C" es mayor que la fuerzagenerada en la superficie interior, de modo que se genera una fuerza neta quedeforma la "C" hacia una "C" más abierta. Esta deformación es una medición de lapresión aplicada y puede trasladarse a una aguja indicadora tanto como a unsistema de variación de resistencia o campos eléctricos o magnéticos. .

Manómetro de Bourdon



Transductor de Presión

Un transductor es un dispositivo que transfiere energía (en cualquier forma) deun sistema o otra, también lo hace de una magnitud física a otra.El manómetro de Bourdon es un transductor de presión mecánico por el hecho detener un elemento elástico que convierte la energía del sistema de presión en un

desplazamiento en el sistema mecánico de medida.

Un transductor de presión eléctrico convierte el desplazamiento de un sistemamecánico (normalmente un diafragma de metal) en una señal eléctrica, bienactivamente si genera su propio potencial eléctrico de salida como función deldesplazamiento mecánico. A éstos dispositivos se les puede también conectar unregistrador de cinta, para que este dando en registro continuo de la presión. Enlugar del registrador de cinta, también podemos usar una cinta magnética paragrabar la información o ya sea, un disquete a intervalos de tiempo fijos paraposteriormente monitorearlos a través de una pantalla de ordenador.

Actualmente debido al avance de la tecnología, las compañías fabricantes de

transductores de presión, cada vez han innovado más de los común y lostransductores que veremos a continuación son un claro ejemplo:

Transductores de Presión (proporcionado por la compañía

MYRAC



Columna Piezométrica

Una columna piezométrica es un dispositivo sencillo para la medición de laspresiones moderadas en líquidos. Consiste en un tubo de longitud adecuada endonde el líquido puede subir sin llegar a rebosar. La altura del líquido en el tubodará directamente en valor de la altura de presión. Para reducir los errores

capilares el diámetro del tubo debe ser como mínimo de 12 mm. (0.5 in).

Si se va a medir la presión de un fluido en movimiento, se deben de tomarprecauciones especiales a la hora de hacer la conexión. El agujero tiene quetaladrarse perfectamente normal a la superficie interior de la pared, y el tubopiezométrico o la conexión para cualquier otro dispositivo de medición de presiónno debe proyectarse (dentro del flujo) más allá de la superficie. Es preciso eliminarcualquier irregularidad o rugosidad superficial cerca del agujero, y redondearligeramente el borde del agujero. Además el agujero debe de ser pequeño,preferentemente no mayor de 3 mm. (1/8 in) de diámetro.

Existe también un instrumento llamado piezómetro el cual es bastante similar a lacolumna, este consta de un recipiente tubular que tiene en su fondo una cubetacon mercurio en el cual penetran los extremos de dos tubos: uno contiene ellíquido estudiado y otro un manómetro de aire comprimido. Funciona como sigue:al bajar el émbolo, el agua que llena el aparato es comprimida y transmite supresión al mercurio; éste sube a la vez por el manómetro y por el tubito graduadodel recipiente que contiene el líquido analizado, indicando simultáneamente lapresión y la contracción del referido líquido.



Manómetros Diferenciales

Cuando solamente interesa la diferencia entre dos presiones, se utilizan losmanómetros diferenciales.Por ejemplo, la densidad del fluido de medida es mayor que la del fluido cuya

diferencia de presión se pretende medir. Si ambos fluidos son de la mismadensidad se procede a realizar ciertos cálculos.

El manómetro diferencial es apropiado para medir diferencias grandes de presión,cuando se utiliza con un líquido pesado como lo es el mercurio. Para unadiferencia pequeña de presión se puede utilizar un fluido ligero, tal como el aceiteo incluso el aire mismo. El fluido para estos casos debe de ser inmiscible con losotros dos fluidos.Para esto se pueden seguir los siguientes pasos:

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