Manómetros

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIRÍA INDUSTRIAL

MECÁNICA DE FLUIDOS

TEMA: Manómetros

INTRODUCCIÓN

Las mediciones de presión son las más importantes que se hacen en la industria; sobre todo en industrias de procesos continuos, como el procesamiento y elaboración de compuestos químicos. La cantidad de instrumentos que miden la presión puede ser mucho mayor que la que se utiliza en cualquier otro tipo de instrumento.

La presión es una fuerza que ejerce sobre un área determinada, y se mide en unidades de fuerzas por unidades de área. Esta fuerza se puede aplicar a un punto en una superficie o distribuirse sobre esta. Cada vez que se ejerce se produce una deflexión, una distorsión o un cambio de volumen o dimensión.

Las mediciones de presión pueden ser desde valores muy bajos que se consideran un vacío, hasta miles de toneladas de por unidad de área.

Los principios que se aplican a la medición de presión se utilizan también en la determinación de temperaturas, flujos y niveles de líquidos. Por lo tanto, es muy importante conocer los principios generales de operación, los tipos de instrumentos, los principios de instalación, la forma en que se deben mantener los instrumentos, para obtener el mejor funcionamiento posible, cómo se debe usar para controlar un sistema o una operación y la manera como se calibran.

DESARROLLO:

Presión Absoluta y Presión Relativa:

La intensidad de la presión medida por encima del cero absoluto se denomina presión absoluta. Evidentemente es imposible una presión absoluta negativa. Por lo común los manómetros se diseñan para medir intensidades de presión por encima o por debajo de la presión atmosférica, que se emplea como base.

Las presiones medidas en este modo se denominan presiones relativas o manométricas. Las presiones manométricas negativas indican la cantidad de vacío y en condiciones normales; al nivel del mar; son posible presiones de hasta –14,7 litros por pulgadas cuadradas (pero no más bajos) (-1 atmósfera). La presión absoluta es siempre igual a la manométrica mas la atmosférica.

Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica

Las presiones absolutas se miden en ocasiones en "atmósferas" estándar, así, una atmósfera = 14,7 lb/pulg² abs = presión manométrica cero; 3 atmósferas = 44,1 lb / pulg² abs = 29,4 lb / pulg² manométricas.

Presión Barométrica:

Es la presión o el peso que ejerce la atmósfera en un punto determinado. La medición puede expresarse en varias unidades de medidas: hectopascales, milibares, pulgadas o milímetros de mercurio (Hg). También se conoce como presión atmosférica .

Medición de las Presiones:

El método más usual para medir presiones es por medio del barómetro de Bourdon, que consiste en un tubo aplanado de bronce o acero curvado en arco. A medida que se aplica presión al interior del tubo, éste tiende a enderezarse, y éste movimiento se transmite a un cuadrante por intermedio de un mecanismo amplificador adecuado. Los tubos Bourdon para altas presiones se hace de acero. Puesto que la exactitud del aparato depende en gran parte del tubo, sólo deben emplearse tubos fabricados de acuerdo con las normas mas rigurosas y envejecidos cuidadosamente por el fabricante. Es costumbre utilizar los manómetros para la mitad de la presión máxima de su escala, cuando se trata de presión fluctuante, y para los dos tercios de ella, cuando la presión es constante. Si un tubo Bourdon se somete a presión superior a la de su límite y a presiones mayores que las que actuó sobre él en el proceso de envejecimiento, puede producirse una deformación permanente que haga necesaria su calibración.

Los manómetros en uso continuo, y especialmente los sometidos a fluctuaciones rápidas y frecuentes de presión, deben verificarse repetidas veces. Un procedimiento cómodo para hacerlo consiste en tener un manómetro patrón exacto que pueda conectarse en cualquier punto de la tubería en la que está unido el manómetro regular y efectuar comparaciones. A intervalos regulares debe confrontarse el manómetro patrón con el manómetro de peso directo o contrapesos. El manómetro de Bourdon es completamente satisfactorio para presiones hasta de unas 2000 atm, siempre que sea suficiente una exactitud de 2 a 3 por ciento. Estos manómetros se encuentran en el comercio con lecturas máximas en sus escalas de unos 7000 Kg / cm².

Para mediciones de la presión más precisas, como las necesarias en trabajos de investigación o de verificación de otros manómetros, se emplea comúnmente el manómetro de émbolo con contrapesos. Este aparato es en principio muy sencillo y consiste simplemente en un cilindro con un émbolo ajustado con gran exactitud y cargado encima con pesos. La carga es equilibrada con la presión de aceite que se inyecta dentro del cilindro debajo del émbolo por medio de una bomba apropiada. La presión del aceite es a su vez equilibrada con la presión que se quiere medir, por lo general a través de un tubo en U con mercurio, usándose el nivel de mercurio para indicar el equilibrio por medio de un dispositivo eléctrico de contacto. El juego entre el émbolo y el cilindro es tan pequeño que la fuga de aceite es pequeña, incluso a presiones elevadas, y se compensa bombeando intermitentemente más aceite.

Las constantes de un manómetro de émbolo pueden verificarse por medio de una presión patrón de referencia. Una conveniente es la presión del vapor del anhídrido carbónico a 0 ºC., que es 34.401 atm. Para presiones muy altas, una referencia cómoda para verificar manómetros es el punto de de congelación del mercurio que es 7400 atm., a 0 ºC.

Para la medición de presiones muy altas se ha empleado con éxito la variación de la resistencia con la presión de un alambre de manganina. Puede construirse un manómetro adecuado con una espiral de alambre provisto de un doble recubrimiento de seda y de un diámetro de 0,13 mm (0,005") y una longitud de uno s6 metros con una resistencia de unos 120 ohmios. El alambre se enrolla no inductivamente sobre un núcleo cilíndrico de unos 19 mm de diámetros. Puesto que el coeficiente de temperatura de la resistencia eléctrica de la manganina es muy pequeño, no es necesario adoptar precauciones especiales para mantener constante la temperatura. La relación de la presión y la resistencia se ha averiguado que es lineal hasta 12000 atm., y el manómetro se ha utilizado hasta 20000 atm., según extrapolación de la recta sobre la gráfica correspondiente.

Manómetros:

Un manómetro es un tubo; casi siempre doblado en forma de U, que contienen un líquido de peso específico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presión.

Tipos de Manómetros:

Los manómetros son de dos tipos, entre los cuales tenemos:

a.-) Manómetros del tipo abierto; con una superficie atmosférica en un brazo y capaz de medir presiones manométricas.

b.-) Manómetros diferencial; sin superficie atmosférica y que sólo puede medir diferencias de presión.

Manómetro de dos ramas abiertas

Estos son los elementos con los que se mide la presión positiva, estos pueden adoptar distintas escalas. El manómetro más sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en ∪ que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros). Una de las ramas del tubo está abierta a la atmósfera; la otra está conectada con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir (Figura 1). El fluido del recipiente penetra en parte del tubo en ∪, haciendo contacto con la columna líquida. Los fluidos alcanzan una configuración de equilibrio de la que resulta fácil deducir la presión manométrica en el depósito: resulta:

donde ρm = densidad del líquido manométrico. ρ = densidad del fluido contenido en el depósito.Si la densidad de dicho fluido es muy inferior a la del líquido manométrico, en la mayoría de los casos podemos despreciar el término ρgd, y tenemos:

De modo que la presión manométrica p-patm es proporcional a la diferencia de alturas que alcanza el líquido manométrico en las dos ramas. Evidentemente, el manómetro será tanto más sensible cuanto menor sea la densidad del líquido manométrico utilizado.

Fig. 2. Manómetro truncado.

Manómetro truncado

El llamado manómetro truncado (Figura 2) sirve para medir pequeñas presiones gaseosas, desde varios hasta 1 Torr. No es más que un barómetro de sifón con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica con un depósito cuya presión supere la altura máxima de la columna barométrica, el líquido barométrico llena la rama cerrada. En el caso contrario, se forma un vacío barométrico en la rama cerrada y la presión absoluta en el depósito vendrá dada por

Obsérvese que este dispositivo mide presiones absolutas, por lo que no es un verdadero manómetro.

Fig. 3. Manómetro de Bourdon (fundamento).

Manómetro de Burdon:

Instrumento mecánico de medición de presiones que emplea como elemento sensible un tubo metálico curvado o torcido, de sección transversal aplanada. Un extremo del tubo está cerrado, y la presión que se va a medir se aplica por el otro extremo. A medida que la presión aumenta, el tubo tiende a adquirir una sección circular y enderezarse. El movimiento del extremo libre (cerrado) mide la presión interior y provoca el movimiento de la aguja.

El principio fundamental de que el movimiento del tubo es proporcional a la presión fue propuesto por el

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