Medición De Presión

Introducción

Llevar un control sobre la medida de presión en cualquier proceso nos dará condiciones altamente seguras de operación, cualquier recipiente o tubería posee una determinada capacidad máxima de presión. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción de un equipo o planta afectando a algún equipo adyacente y poniendo en peligro al recurso humano particularmente si están implícitos fluidos inflamables, tóxicos o corrosivos o en el peor de los casos causando catástrofes o ecocidios, por esto las lecturas absolutas de gran precisión realizadas frecuentemente permitirán garantizar altos niveles de seguridad.

Desde otro punto de vista la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el registro de las variables implícitas en el proceso (como la composición o destilación de una mezcla), su valor absoluto medio o controlado con precisión es de gran importancia, debido a que esto afectaría la pureza de los productos colocándolos fuera de especificación.

La presión se define como una fuerza, por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibro con respecto a otra fuerza, existen varios tipos de instrumentos para realizar la medición de presión, nombrando algunos, el manómetro, sensores, tubo de bourdon, diafragmas, fuelles, entre otros que serán detallados en el presente ensayo.

Medición de Presión

Para determinar “Medición de Presión” debemos conocer primero que es la Presión, la presión se conoce como la fuerza perpendicular ejercida sobre una superficie o área, esta fuerza puede estar siendo ejercida por fluidos, la presión de un fluido aumentara dependiendo de la profundidad como resultado de su peso, este aumento se debe a que el fluido a niveles más bajos soporta más peso que el fluido a niveles más altos, la presión estará variando en dirección vertical como consecuencia de efectos gravitacionales, por no existe variación horizontal. La presión siempre es medida con respecto a una referencia o valor patrón, la cual puede ser el valor absoluto otra presión como el caso más común que se trata de la presión atmosférica, según la referencia de presión utilizada se le da nombres distintos a las medidas de presión.

Existen:

La Presión Absoluta: presión referida al vacío absoluto.

La Presión Manométrica: referida a la presión atmosférica.

La Presión de Vacío: referida a la presión atmosférica por debajo de ella.

La Presión Diferencial: presión existente entre dos presiones cualquiera.

La Presión Atmosférica: presión ejercida por el peso de la atmosfera sobre la tierra.

La Presión Barométrica: es la medida de la presión atmosférica con leves variantes dependiendo de las condiciones climáticas.

Evidentemente existen las Unidades y Escalas para realizar la medición de la presión. Puede expresarse con respecto a cualquier nivel de referencia arbitraria, los niveles arbitrarios de referencia más usuales son el cero absoluto y la presión atmosférica; cuando la presión se expresa como una diferencia entre su valor y el vacío completo se conoce como Presión Absoluta, mientras que si es expresada como la diferencia entre su valor y la presión atmosférica local, se le conoce como Presión Manométrica.

Las Unidades de presión se expresan mediante una unidad de fuerza sobre una unidad de área, las más utilizadas son Kg/cm2, PSI (Ibf/pulg2), Pascal (N/m2), bar, atmósfera, Torr (mm de columna Hg).

Presión en Fluidos

Presión en fluidos Estáticos: en un fluido estático, la presión en un punto dado es igual al peso de la columna de líquido por unidad de área, dicho de otra forma en un líquido la presión será igual a la altura de la columna de líquido (h) por el peso específico (y).

P = hy

Vemos entonces que la presión en un líquido será directamente proporcional a la altura del líquido sobre él, algunas de las unidades de presión provienen de hecho de esta propiedad de la presión en los fluidos, por ejemplo Pulg Hg, Pulg H2O, Cm H2O.

Presión en Fluidos en Movimiento: para un fluido en movimiento se presentan las siguientes presiones:

Presión Estática: Presión ejercida por el fluido en todas sus direcciones, esta presión se mediría con un instrumento que se mueve con el fluido. Para realizar la medida se puede usar una toma perpendicular a la dirección del flujo.

Presión Dinámica: Presión que se produce por el efecto de la velocidad del fluido, esta se ejerce únicamente en la dirección del fluido, en un fluido estático la presión dinámica es cero, para medirla se debe realizar una diferencia entre la presión de estancamiento y la presión dinámica.

Instrumentación para la Medida de Presión

Medidores de presión de columna de líquido

El más utilizado, más exacto y simple de todos los métodos, trabaja aprovechando el principio de los vasos comunicantes, utiliza el efecto de la presión de una columna de líquido para la indicación del valor de la presión medida. Por lo general está limitado a la medición de presiones diferenciales por debajo de los 200k Pa ( ~30 psi) esto debido a la resistencia del material con el que está hecho el tubo (por lo general de vidrio) y a la longitud que deberían tener estos para precisiones mayores.

Tipos de medidores de presión de columna de líquido:

Manómetro de tubo en U: Este medidor es uno de los más sencillos, consiste en un tubo de vidrio doblado en U que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros). Este medidor consta de dos tubos transparentes de misma sección, conectados por su parte inferior, ya sea por un tubo del mismo material o por un material distinto; el tubo puede estar abierto por ambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la presión se mide conectando el tubo al recipiente que contiene el fluido por su rama inferior abierta y determinando el desnivel h de la columna de mercurio entre ambas ramas.

-Si P1 > P2 se trata de un manómetro de tubo en U

-Si P1 < P2 se trata de un vacuómetro de tubo en U.

La medida de presión será directamente proporcional a la diferencia de nivel en los líquidos de los tubos (h), según las relaciones:

• Para medida de presión de gases (peso despreciable respecto del líquido manométrico)

P1 − P2 = γm.h

• Para medida de presión en líquidos (peso no despreciable)

P1 − P2 = (γm −γI) h

Manómetro de pozo y vaso alargado: Este es una modificación del manómetro de tubo en U en donde uno de los tubos tiene una sección transversal de mayor área que la otra. Esto permite realizar la lectura de la presión directamente con la posición de la superficie del líquido en el tubo de área menor, con una mayor precisión y permite medir presiones mayores.

Manómetro de pozo y vaso inclinado: Este es una variación del manómetro de pozo y vaso alargado en donde el vaso alargado se inclina con el fin de darle mayor precisión al instrumento. Esto ya que para un mismo desplazamiento vertical del fluido, el desplazamiento de este sobre el tubo será mayor

Manómetro de anillo de balanceo: Este medidor utiliza el efecto del cambio de nivel del fluido manométrico por efecto de la presión junto con un balance de fuerzas ejercidas por el peso del líquido y un contrapeso. Se compone de un anillo tubular en el cual está un líquido manométrico y que posee un contrapeso en la parte inferior.

Este anillo puede rotar sobre su centro y posee una aguja que indicará directamente la presión en función del ángulo de rotación del instrumento. En este caso al producirse una diferencia de presión entre los dos lados del manómetro el líquido manométrico se desplaza produciendo una fuerza (F) debido al peso del lado de mayor altura de líquido manométrico. Esta fuerza hace rotar el anillo. El contrapeso (W) contrarresta esta fuerza hasta alcanzar una posición de equilibrio como en el caso de una balanza. En ese momento la posición de la aguja indicará directamente en una escala el valor de la presión.

Manómetro de campana invertida: Este instrumento consta de un tanque en donde se coloca un fluido de sello en el cual se sumerge un vaso o campana en forma invertida dentro del cual actuará la presión del proceso. Al aumentar la presión dentro del vaso este tratará de elevarse por efecto de la fuerza que esta ejerce. Un resorte ubicado en la parte exterior del vaso producirá una fuerza opuesta proporcional al desplazamiento producido en el vaso. Una vez que las dos fuerzas en contraposición se encuentren en equilibrio, la posición de una aguja conectada físicamente al vaso indicará el valor de la presión.

Sensores de presión: Los sensores de presión transforman la variable presión en un desplazamiento, básicamente consisten en elementos de sección delgada que al someterse a una presión se deforman en su rango elástico, deformación que es proporcional a la presión.

Existen principalmente tres tipos de sensores de presión:

• El tubo de Bourdon: Este consiste en un tubo de sección transversal aplanada con un extremo abierto y empotrado y el otro extremo cerrado y libre de moverse. Este tubo se le da una forma curvada específica, que varía según el rango de la presión a medir y las características del tubo. De acuerdo a la forma del tubo se tienen los siguientes tipos de tubo Bourdon:

En el tubo

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