INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

Capítulo 3: Medidores y Sensores para presión

PROCESOS INDUSTRIALESVARIABLE: PRESIÓN

• Definición

• Referencia de Presión

• Unidades de Presión

• Presión en fluidos

• Medidores de presión

DEFINICIÓN

• Es la fuerza por unidad de superficie, cuando la fuerza es perpendicular a dicha superficie. Esto es lo que ocurre comúnmente en fluidos confinados.

R E F E R E N C IA D E P R E S IÓ N

La presión siempre se mide respecto a una referencia o valor patrón, la cual puede ser el vacío absoluto u otra presión como en el caso más común en que se trata de la presión atmosférica. Según la referencia de presión utilizada se le dan nombres distintos a las medidas de presión.

PRESIÓN ABSOLUTA.-Es la presión referida al vacío absoluto.

PRESIÓN MANOMÉTRICA.-Es la presión referida a la presión atmosférica.

PRESIÓN DE VACÍO.-Es la presión referida a la presión atmosférica pero por debajo de ella.

PRESIÓN DIFERENCIAL.-Es la diferencia entre dos presiones cualesquiera

PRESIÓN ATMOSFÉRICA.-Es la presión ejercida por el peso de la atmósfera sobre la tierra al

nivel del mar esta es de aproximadamente 760 mm de Hg , 14.7 psi o 100 KPa

PRESIÓN BAROMÉTRICA .-Es la medida de la presión atmosférica la cual varía levemente con las condiciones climáticas.

REPRESENTACIÓN DE PRESIÓN

UNIDADES DE PRESIÓNLas unidades de presión expresan una unidad de fuerza sobre unidad de área. Las más usadas son Kg/cm², PSI (lbf/pulg²), Pascal (N/m²), Bar, Atmósfera, Torr (mm de columna de Hg).

La siguiente tabla resume los factores de conversión de las unidades de presión más comunes.

PRESIÓN EN FLUIDOS

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. Entonces que la presión en un líquido será directamente proporcional a la altura de líquido sobre el.

FLUIDOS EN MOVIMIENT

O

Presión estática

Presión dinámica

Presión de estancamie

nto

FLUIDOS EN MOVIMIENTOPRESIÓN ESTÁTICA

Es la presión ejercida por el fluido en todas sus direcciones. Esta corresponde a la presión que se mediría con un instrumento que se mueve con el fluido. Para medirla se puede usar una toma perpendicular a la dirección del flujo

PRESIÓN DINÁMICA

Es la presión que se produce por el efecto de la velocidad del fluido. Esta se ejerce solamente en la dirección del fluido. En un fluido estático la presión dinámica es cero. Para medirla se debe hacer la diferencia entre la presión de estancamiento y la presión dinámica.

PRESIÓN DE ESTANCAMIENTO

Es la presión resultante de la presión estática más la presión dinámica. Su valor será el de la presión cuando el fluido se desacelera hasta obtener una velocidad cero en un proceso sin rozamiento.

MEDIDORES DE PRESIÓN

TIPOS DE MEDIDORES DE PRESIÓN

•Mecánicos

• Electromecánicos

•Neumáticos y Electrónicos

Mecánicos

Primario de

Medida Directa

Primarios

Elásticos

Electromecánicos

Transmisores

electrónicos

Resistivos

Magnéticos

Capacitivos

Piezoeléctricos

Extensómetro

NEUMÁTICOS

• Utilizan elementos mecánicos con desplazamiento de gases

ELECTRÓNICOS

Mecánicos

Medidor McLeod

Térmicos Ionización

ELEMENTOS PRIMARIOS DE MEDIDA DIRECTA

• Miden la presión comparándola con la ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas. Ejemplo:

Barómetro de cubeta

Manómetro de tubo en

U

Manómetro de tubo

inclinado

Manómetro de toro

pendular

Manómetro de

campana

PRIMARIOS ELÁSTICOS • Se deforman por la presión interna del fluido que contienen.

Ejemplos:

Tubo de Bourdon

El elemento espiral

El helicoidal

El diafragm

aEl fuelle

Tubo de Bourdon Es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en le 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 mas de una espira en forma de hélice.

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

El diafragma Consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si 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.

INSTRUMENTO DE MEDICIÓN

• Manómetros

• Manómetros de tubo U

• Manómetros de tubo de Bourdon

• Manómetros de fuelle

MANÓMETROS • El manómetro es un aparato que sirve

para medir la presión de gases o líquidos contenidos en recipientes cerrados. Existen 2 tipos: líquidos y metálicos.

• Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, como líquido manométrico el mercurio, que llena parcialmente un tubo en forma de U.

• En los manómetros metálicos la presión da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico, denominado tubo de Bourdon en honor a su inventor.

• Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presión sobre una escala graduada.

MANÓMETROS DE TUBO EN U

• Está formado por un tubo de vidrio doblado en forma de U lleno parcialmente con un líquido de densidad conocida, uno de sus extremos se conecta a la zona donde quiere medirse la presión, y el otro se deja libre a la atmósfera.

• La presión ejercida en el lado de alta presión, produce el movimiento del líquido dentro del tubo, lo que se traduce en una diferencia de nivel marcado como h.

•  Esta altura h dependerá de la presión y de la densidad del líquido en el tubo, como la densidad se conoce, puede elaborarse una escala graduada en el fondo del tubo U calibrada ya en unidades de presión.

MANÓMETROS DE TUBO DE BOURDON• Estos manómetros tienen un tubo metálico elástico, aplanado y curvado

de forma especial conocido como tubo de Bourdon

• Este tubo tiende a enderezarse cuando en su interior actúa una presión, por lo que el extremo libre del tubo de Bourdon se desplaza y este desplazamiento mueve un juego de palancas y engranajes que lo transforman en el movimiento amplificado de una aguja que indica directamente la presión en la escala.

MANÓMETROS DE FUELLE • Los manómetros de fuelle tienen un elemento elástico

en forma de fuelle (como el acordeón) al que se le aplica la presión a medir, esta presión estira el fuelle y el movimiento de su extremo libre se transforma en el movimiento de la aguja indicadora.

• Una variante del manómetro de fuelle es el manómetro de diafragma, en este caso la presión actúa sobre un diafragma elástico el que se deforma y la deformación se convierte en el movimiento del puntero indicador.

• Se muestra un esquema mas terminado de un manómetro donde una cápsula elástica funciona como elemento sensor de la presión.

GRÁFICO DEL PROCESO

BIBLIOGRAFÍA

• Soisson, H. E. (1980). Instrumentación industrial. Limusa.

• Solé, A. C. (2012). Instrumentación industrial. Marcombo.

• Harper, G. E. (2000). El ABC de la instrumentación en el control de procesos industriales. Editorial Limusa.