Medición de Presión: Tipos, Sensores y Aplicaciones

¿Qué tipo de presión miden los manómetros?

Los manómetros se emplean para medir presiones utilizando la presión atmosférica como nivel de referencia. Es decir, miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, la cual se llama presión manométrica.

¿Qué se define como presión manométrica de vacío?

La presión de vacío es la diferencia entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta. Es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica.

¿Qué tipo de presión (absoluta, diferencial o relativa) miden los elementos mecánicos elásticos de presión?

Los elementos elásticos de presión (tubo de Bourdon, elemento espiral, helicoidal, diafragma y fuelle) miden presión relativa, ya que la presión del fluido se encuentra dentro del elemento, mientras que en el exterior actúa la presión atmosférica.

¿Cuáles son los líquidos manométricos más usados y con base en cuáles características del fluido a medir se escoge un líquido determinado?

Los líquidos manométricos más usados son: agua, mercurio, aceite y glicerina. De acuerdo al rango de presión del fluido a medir, se escoge un líquido determinado:

• Para presiones bajas (0 a 7 kPa), se usan aceites y glicerina.
• Para presiones medidas (0 a 17 kPa), se usa agua.
• Para presiones altas (0 a 70 kPa), se usa mercurio.

¿Cómo puede utilizarse un tubo columna de vidrio y mercurio para medir la presión atmosférica?

Un tubo columna de vidrio y mercurio empleado para medir la presión atmosférica se conoce como barómetro. Este tubo de vidrio está sellado en un extremo y se llena con mercurio. Se invierte y se coloca en un recipiente con mercurio; el mercurio en el tubo deja un vacío sobre el mismo. La altura del mercurio en el tubo sobre el nivel del mercurio en el recipiente indica la presión atmosférica en pulgadas de mercurio.

¿Cuál de los sensores de presión estudiados en clase es el más adecuado para realizar medidas dinámicas de variables que presentan una lenta variación con el tiempo?

El sensor de presión más adecuado para realizar medidas dinámicas de variables que presentan una lenta variación con el tiempo es el piezoeléctrico, ya que son elementos ligeros, de pequeño tamaño y de construcción robusta. Su señal de respuesta a una variación de presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas, al ser capaces de respuestas frecuenciales de hasta un millón de ciclos por segundo.

Ventajas y desventajas de los elementos mecánicos primarios de medida directa de presión

Ventajas:

Estos elementos son los más simples, directos, precisos y exactos al momento de realizar mediciones experimentales y en el laboratorio.

Desventajas:

Estos instrumentos están limitados a la medición de presiones diferenciales menores a 200 kPa debido a la resistencia del material del tubo y la longitud que tienen.

Sensores electromecánicos de presión

Resistivos:

Funcionan variando la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión.

Ventajas:

• Salida alta.
• Económico.
• Se puede usar en C.C y C.A.

Desventajas:

• Requieren gran tamaño.
• Alta fricción mecánica.
• Vida limitada.
• Baja respuesta de frecuencia.
• Desarrolla altos niveles de ruido con el desgaste.

Extensométricos:

Utilizan un extensómetro para transformar la deformación que se produce sobre un diafragma en una señal eléctrica.

Ventajas:

• Alta exactitud.
• Miden presiones estáticas y dinámicas.
• Baja sensibilidad a choques y vibraciones.
• Se pueden usar en C.C y C.A.

Desventajas:

• Señal de salida débil.
• Requiere fuente de alimentación.
• La medición se ve limitada con altas temperaturas.

Magnéticos:

Funcionan variando las características magnéticas del circuito eléctrico cuando se produce el movimiento del núcleo magnético, mediante unas bobinas con un núcleo magnético móvil que se conecta a un sensor de presión.

Ventajas:

• Salida alta.
• Respuesta lineal.
• Construcción robusta.

Desventajas:

• Solo funcionan con C.A.
• Sensible a choque y vibraciones.
• Requiere desplazamiento del núcleo magnético.

Capacitivos:

Funcionan variando la capacidad de un condensador, al desplazar una de sus placas por la aplicación de la presión.

Ventajas:

• Gran respuesta a la frecuencia.
• Construcción sencilla.
• Costo bajo.
• Mide presiones estáticas y dinámicas.

Desventajas:

• Sensible a variaciones de temperatura.
• Alta impedancia de salida.
• Movimiento de cables origina distorsión y error.

Piezoeléctricos:

Funcionan acoplando un cristal geométrico al diafragma para que se deforme con la deformación del diafragma y pueda producir una corriente eléctrica proporcional a la deformación en el cristal.

Ventajas:

• Tamaño pequeño y ligero.
• Lineales.
• Alta respuesta a la frecuencia.

Desventajas:

• Sensibles a los cambios de temperatura.
• No miden presiones estáticas.
• Alta impedancia de salida.
• Señal de salida débil.

¿Cómo funciona el fuelle y cuál es la función del resorte interno que se coloca en algunos de estos elementos?

El fuelle consiste en un tubo de material flexible con uno de sus extremos empotrado y conectado al proceso al cual se le quiere medir la presión; y el otro cerrado y libre de moverse. El movimiento de su extremo libre, al aplicarle la presión, se transforma en el movimiento de la aguja indicadora. La función del resorte interno es de retomar el émbolo o fuelle como función principal, además de conservarlo, alargar su vida útil y aumentar el rango de presión.

¿En qué circunstancias se prefiere utilizar un tubo de Bourdon tipo helicoidal a un tubo de Bourdon tipo “C”?

Se prefiere utilizar un tubo Bourdon tipo helicoidal cuando las presiones a medir son bajas, ya que, el tubo Bourdon tipo helicoidal, debido al enrollado, tiene mayor recorrido del extremo cerrado por unidad de cambio de presión, por lo que es más sensible y da mejor exactitud para rangos de presiones bajas.

¿Cuál es la ventaja principal en el uso de los elementos electromecánicos de presión frente a los elementos puramente mecánicos de presión?

La principal ventaja es que los electromecánicos generan una gran señal eléctrica cuando están conectados en C.C y C.A, además de ser económicos.

Importancia de los transductores eléctricos de presión

Los transductores eléctricos de presión son importantes pues permiten comunicar el valor de la medición a otros instrumentos en los procesos industriales, permite realizar la medición en una sala de control, conocer el valor de la medición en un lugar alejado del proceso y utilizar la medida para la aplicación de una acción de control.

Medición de presión absoluta con un tubo en U

Se conecta uno de los tubos al proceso (el cual será P1) y el otro tubo se deja a la presión de referencia con respecto a la cual se quiere hacer la medición, en este caso, el vacío absoluto. Entonces, la presión del sistema estará determinada por: P = Kd(h1 - h2)

Donde:

• d = densidad del líquido
• K = constante de proporcionalidad
• h1 = altura de líquido del brazo conectado a P1
• h2 = altura de líquido del brazo conectado a P2