Universidad Iberoamericana PueblaInstrumentos para la medición de presión Mecánica de fluidos Luis Alberto Acosta González 12/02/18 Mecánica de fluidos Instrumentos para la medición de presión En física e ingeniería, la presión (P) es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. La presión es dependiente de la fuerza aplicada y el área sobre la que se aplica, por lo que está denominada por la siguiente ecuación: 𝑑𝐹 𝑃= 𝑑𝐴 Los instrumentos para medir la presión son dispositivos fabricados de distintos materiales que poseen un elemento que cambia de algún modo cuando se somete a la presión. Ese cambio es registrado en una pantalla o escala propiamente calibrada, y se expresa en unidades de presión. Las unidades de medida en las que se expresa la presión indican una unidad de fuerza sobre unidad de área. Aunque la unidad de medida estándar es el Pascal (N/m2), también se mide en libras por pulgada cuadrada (PSI), en atmósferas (atm), pulgadas de mercurio (Hg), milímetros de mercurio (mm Hg) y, sobre todo, en el ámbito ingenieril, es muy común medir la presión en kilogramos por centímetros cuadrados (kg/cm2) (Dulhoste, s.f). Para comprender la utilidad de cada uno de los instrumentos de medición de presión es necesario conocer los tipos de presión que existen: Estática Absoluta Dinámica Atmosférica Manométrica Diferencial Barométrica Estancamiento 1 Mecánica de fluidos Hoy en día existen varios instrumentos para medir cada tipo de presión y, aunque la mayoría se utiliza para medir la presión relativa, también existen algunos diseñados para medir la presión absoluta. Se describirán a continuación algunos de los instrumentos para medir presión más populares a lo largo de la historia debido a su buen funcionamiento y practicidad. 1.- Barómetro Es el instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. Hoy en día se han desarrollado varios tipos de barómetros: Tubo de Torricelli Lleva ese nombre en honor a su inventora Evangelista Torriceli, quien lo propuso en 1643. Consiste en un tubo de 850 mm de longitud que se cierra en la parte superior y se mantiene abierto en su lado inferior para llenarlo con mercurio. El nivel de este metal líquido es el que indica la presión aplicada. Barómetros metálicos Es un tipo de barómetro que funciona a base de gas, por lo que es menos sensible que los de mercurio, pero resulta práctico. Barómetro Fontini Es una versión mejorada del tubo de Torricelli y se emplea en las estaciones meteorológicas para obtener mediciones muy precisas y a escalas diferentes. Altímetro Es el tipo de barómetro metálico utilizado para medir la altitud sobre el nivel del mar. Barómetro aneroide Es un cilindro de paredes elásticas que mide las variaciones de la presión atmosférica. 2 Mecánica de fluidos 2.- Fuelle Este instrumento tiene un componente elástico en forma de acordeón, al que se le aplica la presión que se pretende medir. Al aplicarle la presión, el fuelle se estira y es ese movimiento el que desplaza a la aguja indicadora de la medida. 3.- Manómetro de diafragma Este instrumento es una variante del manómetro de fuelle. Tiene forma de disco al que se le hacen corrugaciones circulares concéntricas. En el dispositivo la presión se ejerce sobre un diafragma elástico, cuya deformación se traduce en el movimiento del puntero indicador de la medida. También existen diafragmas metálicos, en cuyo caso se vale de la característica elástica del material a medir. Este tipo de manómetro se usa para medir presiones diferenciales bajas o presiones de vacío (Dulhoste, s.f). Manómetro de diafragma 4.- Manómetro truncado Es un tipo de manómetro que se utiliza para medir pequeñas presiones gaseosas. Mide presiones absolutas y tiene las ramas más cortas que el diferencial. 5.- Manómetro diferencial También se le conoce con el nombre de manómetro de dos ramas abiertas. Este es un aparato que sirve para medir la diferencia de presión entre dos lugares. 3 Mecánica de fluidos El fluido que utiliza el manómetro diferencial para indicar los valores puede ser cualquier líquido: agua, queroseno, alcohol, entre otros. La condición esencial es que no se mezcle con el fluido que está a presión. En caso de que se esté intentando medir presiones elevadas o diferencias muy grandes de presión, el líquido debería ser muy denso. En estos casos suele usarse mercurio (Mendoza, 2014). En un manómetro las medidas pueden ir desde 0 a 0,5 KPa (≈ 0.2” H2O); o desde 0 a 7000 KPa. 6.- Esfigmomanómetro Consiste en un brazalete inflable, un manómetro y un estetoscopio que permite medir indirectamente la presión arterial, mediante el auscultamiento de los sonidos de Korotkov. Puede funcionar con mercurio o aire y requiere la utilización de un estetoscopio o fonendoscopio. Existe una variante de este aparato que es electrónico. Es preciso y muy fácil de usar, por lo que se ha hecho muy popular. Es un dispositivo muy sensible a los ruidos y a los movimientos (National Instruments, 2012) 7.- Tubo U Consiste en un tubo de vidrio doblado en forma de U, que se llena parcialmente con un líquido de densidad conocida. Uno de los extremos del tubo se conecta al objeto o al espacio en el que se quiere medir la presión, mientras que el otro extremo se deja libre. La presión ejercida en el extremo donde hay alta presión provocará el movimiento del líquido dentro del tubo. Ese movimiento se reflejará en una diferencia de nivel (o altura) marcada como h, y que depende de la presión y de la densidad del líquido en el tubo. 4 Mecánica de fluidos Tubo U 8.- Vacuómetro Es un dispositivo que se utiliza para medir el vacío; es decir, para medir presiones inferiores a la presión atmosférica. Resulta ser una herramienta muy útil en plantas de frío o donde se trabajan gases licuados, debido a que los puntos críticos de los gases y del vapor se calculan con base en temperaturas y presiones absolutas (Dulhoste, s.f). Aunque el rango de medición depende del material del que esté elaborado, puede abarcar medidas entre -0,5 y 0 KPa; y de -100 a 0 KPa (≈ -30 a 0 “Hg). Algunos de los tipos de vacuómetros son: Pistón-cilindro Es un método primitivo de medición de presión que se conoce como balanza de presión o de pesos muertos. Consiste en unas balanzas que tienen una cámara de vacío que se coloca por arriba para eliminar la corrección del empuje del aire. Vacuómetro McLeod Es un vacuómetro analógico con escala cuadrática de lectura directa. 9.- Tubo de Bourdon Se trata de aparato con un tubo metálico y elástico, que se aplana y se curva de una forma particular. Cuando se le aplica presión, el tubo se endereza y su extremo 5 Mecánica de fluidos libre se desplaza. Es este movimiento el que mueve las palancas y los engranajes, que terminan desplazando una aguja que indica la presión en la escala. 10.- Sensores de presión Los sensores de presión son dispositivos diseñados para someter a los materiales a una presión que los deforma en su rango elástico. Tal deformación es proporcional a la presión usada y se considera lineal. De esta manera, los sensores de presión transforman la presión en desplazamiento. Luego, el sensor convierte el movimiento en una señal eléctrica como voltaje o corriente (National Instruments, 2012). Los transductores de presión más universales son: La galga extensiométrica. Los capacitadores variables. La piezoeléctrica. En el ámbito de la ingeniería es muy importante conocer este tipo de instrumentos de medición, pues es a partir de ellos que se pueden obtener las medidas de presión necesarias y tomar las consideraciones oportunas, dependiendo del proyecto y las condiciones en las que se está trabajando. Bibliografía: Dulhoste, Jean-François (s/f). Medición de presión. Escuela de Ingeniería Mecánica – ULA. Recuperado de:ula.ve Mendoza, Khriemberly (2014). Instrumentos para medir la presión. 1ª Ed. National Instruments (2012). How To Measure Pressure with Pressure Sensors. Recuperado de: ni.com 6