mediciÓn de presiÓn - idat
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¿Qué es la 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:
A
FP
F : Fuerza (N)
A: área (m2)
P: presión (Pa=N/m2)
Además: 1psi=1libra/pulg2
Considerando que 1 libra = 0,4536Kg y 1 pulg = 2,54 cm
Entonces: 1Kg / cm2 = 14,223 psi
Unidades
Sistema de
unidades
Fuerza Masa Aceleración
MKS N kg m/s2
CGS dina g cm/s2
INGENIERIA libra slug pie/s2
Unidades
Aceleración de la gravedad = 9,8066 m/s2 = 32.1740 pie/s2
1 libra masa = 0.45359237 kg
1 kg = 2.21 libra masa
1 libra fuerza = 1 libra = (1 libra masa)(gravedad) =4,45 N
1N = 100000 dinas
¿cuáles son las unidades más
usadas?
-bar
-psi (libra por pulgada cuadrada)
-atmósfera (atm)
-pulgadas de mercurio (“Hg)
-pulgadas de agua (“H2O)
-kilo pascal (KPa)
-milímetro de mercurio (mmHg)
Factores de conversión para unidades de presión
Kg/cm2 psi Atm. bar “Hg “H2O KPa
Kg/cm2 1,0000 14,2230 0,9678 0,98067 28,9600 394,06 98,0670
psi 0,0703 1,0000 0,06804 0,06895 2,0360 27,705 6,8450
Atm. 1,0332 14,9660 1,0000 1,01325 29,9200 407,2 101,3250
bar 1,0197 14,5030 0,98692 1,0000 29,5300 401,606 100,0000
“Hg 0,0345 0,4912 0,03342 0,03386 1,0000 13,620 3,3864
“H2O 0,00254 0,03609 0,002457 0,00249 0,07307 1,000 0,24886
KPa 0,0101 0,1450 0,00986 0,0100 0,2953 4,01832 1,0000
Comparación de unidades de
presión
1atm = 760 mmHg
1atm = 29,92”Hg.
1atm = 14,696psi
1atm = 1,01325bar
1atm = 406,784”H2O
1atm = 101,325KPa
1atm = 1,03322Kg / cm2
¿Porqué se mide la presión?
• Para dar condiciones de seguridad
las presiones excesivas pueden provocar la
destrucción de un equipo
• Para garantizar la ejecución de un proceso
los procesos de fabricación se ejecutan
exitosamente bajo ciertas condiciones de
presión.
Tipos de presión
Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión
cero de un vacío absoluto.
Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que
rodea la tierra (barométrica) sobre todos los objetos que se
hallan en contacto con ella.
Presión relativa o manométrica: Presión mayor a la presión
atmosférica, es la presión medida con referencia a la presión
atmosférica, conocida también como presión relativa o presión
positiva.
Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones.
Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión Manométrica
Instrumentos para medir la presión
a) Instrumentos mecánicos
1) Columnas de Líquido:
- Manómetro de Presión Absoluta.
- Manómetro de Tubo en U.
- Manómetro de Pozo.
- Manómetro de Tubo Inclinado.
- Manómetro Tipo Campana.
2) Instrumentos Elásticos:
- Tubos Bourdon.
- Fuelles.
- Diafragmas.
Instrumentos para medir la presión
b. Instrumentos electromecánicos y electrónicos
- Medidores de Esfuerzo (Strain Gages)
- Transductores de Presión Resistivos
- Transductores de Presión Capacitivos
- Transductores de Presión Magnéticos
- Transductores de Presión Piezoeléctricos
Principales características de los instrumentos para medir presión
Manómetro para medición de
Presión Absoluta
Es un tubo en "U" que tiene un extremo sellado y al vacío y el
otro extremo abierto a la presión absoluta que se va a medir
Manómetro de tubo en "U"
Se utiliza para medir presión diferencial. Consiste en un tubo
en forma de "U" lleno de líquido. En cada una de las ramas
del tubo se aplica una presión. La diferencia de altura del
líquido en las dos ramas es proporcional a la diferencia de
presiones
Manómetro de Pozo
En este tipo de manómetro una de las columnas del
tubo en "U" ha sido sustituida por un reservorio o pozo
de gran diámetro, de forma tal que la presión
diferencial es indicada únicamente por la altura del
líquido en la rama no eliminada del tubo "U"
Manómetro de Tubo Inclinado
Se utiliza para mediciones de presiones
diferenciales pequeñas. En este tipo de
manómetro, la rama del tubo de menor
diámetro esta inclinada con el objeto de
obtener una escala mayor, ya que en este caso
h = L sen Ø
Tubos Bourdon
Funcionan bajo el siguiente principio mecánico: un tubo
enrollado, cerrado por un extremo, tiende a enderezarse
cuando por el otro extremo del tubo se le aplica un gas o
líquido bajo presión. Su precisión alcanzan a 0,05% del span.
El movimiento del extremo libre del tubo Bourdon se
convierte, por medio de engranajes y eslabones, en un
movimiento proporcional de una aguja o una plumilla del
indicador o registrador. El movimiento de tubo Bourdon
también puede ser acoplado electrónicamente a un transmisor
o transductor.
Tubos Bourdon
• Materiales de construcción
- Acero inoxidable 316 y 403
- Cobre - Berilio
- Bronce Fosforado.
El material seleccionado determina tanto el rango como laresistencia del tubo a la corrosión.
• Ejemplo:
- Un tubo espiral de bronce es adecuado para presiones hasta300 psig
- Un tubo espiral de acero, puede manejar presiones de hasta4000 psig.
Tubo de Bourdon Tipo C
Tubo de sección elíptica que forma un anillo casi
completo cerrado por un extremo y conectado a la
fuente de presión por el otro. Al aumentar la
presión en el interior del tubo este se endereza
provocando un movimiento que es captado por
una aguja indicadora o un transmisor, colocados
en el extremo cerrado del tubo.
Se utilizan principalmente para indicación local en
medidores de presión, que están conectados
directamente sobre recipientes de proceso y
tuberías
Tubo de Bourdon Tipo C
Tubo de Bourdon
(1) Tubo de Bourdon
(2) Soporte fijo del tubo
(3) Extremo móvil del tubo
(4) Corredera
(5) Biela
(6) Engranaje
(7) Aguja indicadora
(8) Escala calibrada
Tubo de Bourdon
Tubo de Bourdon Tipo Hélice
Se construyen enrollando el tubo, de sección
transversal plana, en una espiral de varias vueltas
en vez de formar un arco de 270° como en el tipo
“C”. Este arreglo da al espiral un mayor grado de
movimiento por unidad de cambio en la presión si
se compara con el tubo Bourdon tipo "C".
Tubo Bourdon Helicoidal: Se construye de forma similar al
tubo en espiral, pero enrollando el tubo en forma helicoidal
Tubo de Bourdon Tipo Hélice
Miden presiones
con una mayor
precisión ya que el
movimiento de sus
extremos cerrados
es mayor
Fuelle
Es un tubo flexible, el cual cambia su
longitud de acuerdo a la presión aplicada.
Este cambio de longitud es mucho mayor
que el que se obtendría si se utilizara un
tubo Bourdon de las mismas características.
Se aplican en medición de presión absoluta
y medición de presión diferencial.
Forman parte de instrumentos tales como
transmisores, controladores y registradores.
Fuelle
Diafragma
Es un tubo fino sin soldadura, ondulado, de
acero inoxidable o latón que por efecto de la
presión se estira o contrae con un
desplazamiento considerable.
para conseguir una mayor duración y
precisión el movimiento esta contrarrestado
por un muelle
Diafragma
Los diafragmas pueden ser metálicos y no
metálicos. Entre los materiales comúnmente
más utilizados se encuentran: bronce, cobre-
berilio, acero inoxidable, neopreno, siliconas
y teflón
Se emplean en medición de bajas presiones y
vacío; y en mediciones de presión absoluta y
diferencial.
Diafragma
Diafragma
Diafragma
Sistemas de sellado
Aplicaciones:
a) El fluido de proceso es corrosivo para el dispositivo de medición
b) El fluido es un gas o vapor con posibilidad de condensación por
disminución de la temperatura durante la medición, por ejemplo:
vapor de agua
c) El fluido es un liquido con sólidos en suspensión
d) El fluido es un liquido pastoso
e) El fluido tiende a cristalizarse con la variación de la temperatura
al ser aplicado al medidor, por ejemplo: petróleo, asfalto
f) El fluido no puede depositarse sobre el dispositivo de medición,
por ejemplo: medicamentos, alimentos
g) El fluido es peligroso
Sistemas de sellado
SENSOR CAPACITIVO
Consta de dos membranas exteriores y un fluido
en contacto con un diafragma sensor, situado entre
las dos armaduras de un condensador.
El fluido transmite la presión soportada por las
membranas al diafragma, el cual se desplaza hacia
un lado o hacia otro proporcionalmente a la
presión diferencial. Esto hace que cambie la
constante dieléctrica del condensador.
SENSOR CAPACITIVO
SENSOR INDUCTIVO
se basa en que al
desplazar un núcleo
móvil dentro de una
bobina aumenta la
tensión inducida en el
arrollamiento secundario
Sensor piezoeléctrico
Son materiales cristalinos que al deformarse
físicamente por la acción de una presión,
generan una señal eléctrica.
Dos materiales típicos en los transductores
piezoeléctricos son el cuarzo y el titanio de
bario, capaces de soportar temperaturas del
orden de 150° C en servicio continuo y de
230° C en servicio intermitente.
Sensor piezoeléctrico
- Son elementos ligeros, de pequeño tamaño y robustos
- Su señal de respuesta a una variación de presión es lineal
- Adecuados para medidas dinámicas
- Respuestas de frecuencias de hasta un millón de Hz.
- Tienen la desventaja de ser sensibles a los cambios en la temperatura y precisan ajuste de impedancias en caso de fuerte choque.
- Su señal de salida es relativamente débil por lo que precisan de amplificadores y acondicionadores de señal que pueden introducir errores en la medición.
Sensor piezoeléctrico
Cristal de cuarzo
Fuerza
Placa metálica
+
-
Sensor piezoeléctrico
Sensor de galgas extensiométricas
Al someter una galga a presión, varía su longitud y
su diámetro y en consecuencia su resistencia eléctrica.
Para medir dicha resistencia se conecta la galga a un
puente de Wheatstone.
Se suelen conectar 4 (2 a tensión y 2 a compresión) y
además a la misma temperatura, para evitar cambios en
R que no se deban a la deformación
Sensor de galgas extensiométricas
Sensor de galgas extensiométricas
Medio puente
Puente completo
Factor de sensibilidad
Selección del medidor de presión
-Requerimientos de presión del sistema
-El rango debe ser 125% de la presión normal de
trabajo
-Exactitud y precisión
-Temperatura del proceso
-Compatibilidad del medidor con el fluido
-Grado de protección
-Tipo de rosca
Características de los medidores de
presión
Transductores de presión
Este tipo de instrumentos de presión convierten la
deformación producida por la presión en señales
eléctricas. Requiere una fuente de alimentación
eléctrica. Tiene excelentes características dinámicas,
es decir, el menor cambio producido por la
deformación debida a la presión, es suficiente para
obtener una señal perfectamente detectable por el
sensor.
Transductores de presiónConvierten la presión a una
señal estándar:
4-20mA, 0-20mA, 1-5VDC,
1-6KHz, etc.
Transductores de presión
Calibradores Neumáticos
Balanza de pesos muertos
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