Mecanica de fluidos

I.T.P Ing. Electromecánica

UNIDAD I-Manómetros -Barómetros -Transductores de Presión

Israel Holguin Vidaña

ManómetrosLos manómetros son los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y gases). Lo común es que ellos determinen el valor de la presión relativa, aunque pueden construirse también para medir presiones absolutas. Todos los manómetros tienen un elemento que cambia alguna propiedad cuando son sometidos a la presión, este cambio se manifiesta en una escala o pantalla calibrada directamente en las unidades de presión correspondientes. Cuando el aparato de medición sirve para medir presiones que cambian muy rápidamente con el tiempo como por ejemplo, dentro del cilindro del motor de combustión interna, recibe el nombre de transductor, reservándose el nombre de manómetro para aquellos que miden presiones estáticas o de cambio lento.

Manómetro de Bourbon

Este manómetro es el que usa como elemento medidor un tubo metálico con curva o torcido, y con sección transversal plana. Uno de los dos extremos es cerrado con un medidor y el otro se deja libre para aplicar la presión de ese lado medida que la presión aumenta, el tubo tiende a enderezarse y con este movimiento, el medidor registra los niveles de presión presentes.

Manómetro de tubo en U

Este emplea un tubo en forma de U al cual se le pueden someter dos presiones diferentes por cada extremo, y lo que ayuda en la medición es que el líquido en el tubo se mueve hacia donde hay menor presión, por tanto una relación entre ambas alturas ayuda a determinar la presión década lado.

Manómetro de tintero

Este manómetro presenta un lado con un tubo cuyo diámetro es muy pequeño, y del otro extremo una especie de depósito que puede tener una sección más de 1000 veces mayor que la del

otro extremo.

La medición se obtiene cuando en el depósito se genera un desnivel, aquí es cuando se compensa ajustando la escala de la rama del manómetro. Lo que permite directamente tomar la presión de la escala del manómetro.

Manómetro de tubo inclinado

Se emplea para mediciones inferiores a 250mmde columna de agua. Se inclina la rama de un manómetro de tintero para alargar la escala, o también las dos ramas de un tubo en U. Debido a la precisión de los manómetros de tubos de vidrio, estos no producen un movimiento que pueda ser registrado con un medidor por lo cual se emplean manómetros de mercurio, de campana, flotador o diafragma.

Los manómetros tienen diversas aplicaciones, vemos por ejemplo, su utilización en los tanques de oxígeno de un buceador para la medición de la cantidad de oxigeno que queda disponible. También en la medicina se emplea para registrar actividad muscular interna, con ayuda del manómetro ano rectal o el manómetro esofágico.

Manómetro diferencial

Mide la diferencia de presión entre dos puntos (P1 y P2) de allí su nombre. Con base en la figura se puede escribir la ecuación: Que se reduce a: 13. Dónde: = densidad del líquido manométrico, generalmente se utiliza el mercurio = densidad del fluido, agua en el ejemplo de la figura. Si se tratara de gas, el término podría despreciarse. La sensibilidad del manómetro es tanto mayor, cuanto menor sea la diferencia

Man ó metros Mec á nicos

Se dividen en los que tienen elementos de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas, y los que tienen elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen.

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 como se muestra en la figura de manera esquemática.

Manómetros de diafragma

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. La figura muestra un esquema más terminado de un manómetro donde una cápsula elástica funciona como elemento sensor de la presión.

BarómetroEl barómetro es un instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. La presión atmosférica se traduce como la fuerza ejercida por unidad de superficie por el peso de la atmosfera, es decir que el peso del aire ejerce una presión sobre la tierra. Este instrumento fue inventado por Evangelista Torricelli con el nombre de “Tubo de Torricelli” o Barómetro. La palabra Barómetro se deriva del griego “baros” y de “metrón” que significan peso y medida respectivamente.

Este instrumento funciona de tal manera que en una cubeta llena de cualquier líquido, se introduce un tubo cerrado por un extremo, lleno del mismo líquido y se tapa por el otro extremo. Al momento de destapar el extremo del tubo que se encuentra en la cubeta, el fluido del tubo bajara unos centímetros dejando un vacío en la parte superior del tubo.

Si se construye un barómetro de agua la altura de este líquido equivalente la presión atmosférica es aproximadamente de 10 metros, mientras que si se realiza con mercurio la altura de este seria de 76 centímetros. Existen varios tipos de barómetros, entre los cuales podemos encontrar:

Barómetro de aneroide, barómetro de Bourbon y el barómetro registrador o barógrafo.

Barómetro de aneroide

También conocido como barómetro metálico, consiste en la deformación que experimenta una caja metálica plana y de paredes delgadas la cual posee un vacío debido a la presión atmosférica. Esta deformación se transmite aúna aguja la cual se desplaza a través de una escala graduada.

Barómetro de Bourdon

Este tipo de barómetro consiste en un tubo flexible que a su vez es cerrado, curvo y con forma de herradura. En el interior de este tubo reina el vacío y la presión ejercida por el aire modifica la curvatura del tubo que a su vez es registrada a una escala.

Barómetro de Mercurio

Un barómetro de mercurio ordinario está formado por un tubo de vidrio de unos 850 ms. de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. Cuando el tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel del recipiente y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo.

Barómetro registrador o barógrafo

Este tipo de barómetros está conformado por varias capsulas aneroides que mueven una aguja inscriptora que registra de forma continua por cierto periodo de tiempo en un papel

móvil las variaciones de la presión atmosférica. Por último el barómetro es un instrumento indispensable para la meteorología, ya que sirve para pronosticar el clima, dependiendo del aumento o disminución de la presión atmosférica.

TRANSDUCTORES DE PRESIÓN

Elementos electromagn é ticos

Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. Entre ellos encontramos:

Transductor de Presión Medidor de Tensión

La figura muestra ilustra un transductor de presión medidor de tensión. La presión que se va a medirse se introduce a través de un puerto y actúa sobre un diafragma al que están unidos medidores de tensión. Conforme los medidores de tensión detectan la deformación del diafragma su resistencia cambia. El paso de una corriente eléctrica por los medidores y su conexión a una red, denominada puente Wheatstone, ocasiona un cambio en el voltaje eléctrico producido. El dispositivo de lectura por lo general es un voltímetro digital, calibrando en unidades de presión.

Los transductores resistivos

Constituyen uno de los transductores eléctricos más sencillos. Consisten en un elemento elástico que varía la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión. 22. Los transductores magnéticos de presión existen dos grupos: Transductores de inductancia variable Transductores de reluctancia variable.

Transductores de inductancia variable

El desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de ésta en forma casi proporcional a la proporción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina.

Transductores de reluctancia variable

Consiste en un imán permanente o un electroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de material magnético. El circuito magnético se alimenta con una fuerza magneto motriz constante con la cual al cambiar la posición de la armadura varía la reluctancia y por lo tanto el flujo magnético, dando lugar a una corriente magnética inducida.

Los transductores capacitivos

Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma encuentra situada entre dos placas fijas.

Transductor de Presión Medidor de Tensión

La figura muestra ilustra un transductor de presión medidor de tensión. La presión que se va a medirse se introduce a través de un puerto y actúa sobre un diafragma al que están unidos medidores de tensión. Conforme los medidores de tensión detectan la deformación del diafragma su resistencia cambia. El paso de una corriente eléctrica por los medidores y su conexión a una red, denominada puente Wheatstone, ocasiona un cambio en el voltaje eléctrico producido. El dispositivo de lectura por lo general es un voltímetro digital, calibrando en unidades de presión.

Transductor de Presión Tipo LVDT

Un transformador diferencial lineal variable (LVDT) está compuesto por una bobina eléctrica cilíndrica con un núcleo móvil en forma de rodillo. Conforme el núcleo se mueve a lo largo del eje de la bobina, ocurre un cambio de voltaje en relación con la posición de aquel. Este tipo de transductor se aplica a la medición de la presión al unir el rodillo del núcleo a un diafragma flexible. Para mediciones de presión manométrica se expone un lado del diafragma a la presión atmosférica, mientras que el otro lo está a la presión por medir. Los cambios de presión hacen que el diafragma se mueva, lo que desplaza el rodillo del LVDT. El cambio de voltaje resultante se registra o se indica en un medidor calibrado en unidades de presión. Las mediciones de presión diferencial se realizan con la introducción de dos presiones a los lados opuestos del diafragma.

Transductores de Presión Piezoeléctricos

Ciertos cristales como el cuarzo y el titanito de bario muestran un efecto piezoeléctrico consistente en que una carga eléctrica a través del cristal varía con la tensión que se ejerza sobre él. Al hacer que la presión ejerza una fuerza en forma directa o indirecta sobre el cristal, se ocasionan cambio en el voltaje relacionado con el cambio de presión.

Transductores de presión de resonador de cuarzo

Un cristal de cuarzo resuena con una frecuencia que depende de la tensión en el cristal. La frecuencia de resonancia se incrementa conforme la tensión aumenta. Por el contrario, la frecuencia a que resuena el cuarzo disminuye con la compresión. Los cambios de la frecuencia se miden con mucha precisión por medio de sistemas electrónicos digitales. Los transductores de presión aprovechan este fenómeno uniendo fuelles, diafragmas o tubos de Bourdon a los cristales de cuarzo. Tales dispositivos proporcionan mediciones de la presión con una exactitud de 0.01% o mayor.

REFERENCIAS http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medid

ores/manometro/manometro.html

http://www.educar.org/INVENTOS/barometro.asphttp://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/barometro/barometro.html

http://www.monografias.com/trabajos10/tecno/tecno2.shtml

http://www.slideshare.net/n.ando/mecnica-de-los-fludospresion#

CONCLUSIONLos instrumentos analizados en este trabajo son utilizados para realizar mediciones en distintos ambientes. Son muy útiles para saber las presión sobre algún material, objeto o algún fluido, además de gases entre otras cosas .Se consideran importantes en el campo de la mecánica de los fluidos en el aspecto de que se utilizan para conocer distintas presiones en el ambiente que posteriormente nos facilitarían el trabajo además de ayudarnos a tomar las precauciones necesarias para cada acción que tengamos que tomar en el trabajo que estemos realizando.