Medicion_presion (7).pptx

Tema 3:
Medición de Presión
Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica
Instrumentación
Aguilera, Andrés; Hornero, José; Parada, Rolando; Rujano Jhonalbert
Integrantes:

INTRODUCCIÓN
2
La presión se define como
fuerza dividida por el área
sobre la cuál se aplica. De
esta manera, la presión (P)
producida por una fuerza (F)
distribuida sobre un área (A)
se define como:
𝑷 =
𝑭
𝑨
Procesos Industriales Aplicaciones
Medición de presión
Calidad del
producto
Seguridad Medición de nivel
Medición de flujo

REFERENCIAS DE PRESIÓN
3
Presión Referencia o Patrón
Presión absoluta
Presión Manométrica
Presión de vacío
Presión diferencial
Presión atmosférica

4
Presión absoluta
Es la presión referida al vacío
absoluto, o también se puede definir
como la suma de la presión
manométrica y la presión atmosférica

5
Está referida con respecto a la
presión atmosférica. Representa la
diferencia positiva entre la posición
medida y la presión atmosférica
existente.
Presión Manométrica

6
Es la presión medida por debajo de
la presión atmosférica.
Presión de vacío

7
Es la diferencia en magnitud entre el
valor de una presión y el valor de otra
tomada como referencia.
Presión diferencial

8
Presión atmosférica
Es la presión ejercida por el peso de la
atmósfera sobre la tierra.
Presión Barométrica
Es la medida de la Presión atmosférica la
cual varía levemente con las condiciones
climáticas .

UNIDADES DE MEDICIÓN
9
Sistema Internacional de Unidades
F= N
A= 𝒎𝟐
𝑷𝒂 = 𝑵/𝒎𝟐
Pascal

PRESIÓN EN FLUIDOS
10
En un líquido la presión será igual a la altura de la
columna de líquido (h) por el peso específico del
líquido (𝛾):
Fluidos estáticos
𝑃 = 𝛾ℎ

PRESIÓN EN FLUIDOS
11
Fluidos en movimiento
Presión estática Presión dinámica
Presión de estancamiento
Es la presión ejercida por el fluido en
todas sus direcciones.
Es la presión que se produce por el efecto
de la velocidad del fluido.
Es la presión resultante de la presión
estática más la presión dinámica.

MEDICIÓN DE PRESIÓN
12
1. SENSORES MECÁNICOS
a) Columnas de líquido
Es el más simple, directo y exacto de
todos los métodos utilizados en la
medición de presión.
Principio:
Vasos Comunicantes
Líquido utilizado
Agua, compuestos
orgánicos, mercurio

13
Manómetro de tubo en U  Líquido de mayor densidad que el fluido a medir.
 No miscibles.
Se utiliza para medir presión diferencial. La
diferencia de altura (h) del líquido en las dos
ramas es proporcional a la diferencia de
presiones.
Gases
Líquidos
(Peso despreciable)
(Peso no despreciable)
𝑃1 − 𝑃2 = 𝛾𝑚ℎ
𝑃1 − 𝑃2 = (𝛾𝑚−𝛾𝑙)ℎ

14
Manómetro de pozo y vaso alargado Una de las columnas del tubo en U se reemplaza por
un depósito de gran diámetro. La presión diferencial
se indica en el tubo de menor área.
Gases (Peso despreciable)
𝑃1 − 𝑃2 = (𝛾𝑚−𝛾𝑙)(1 +
𝐷2
2
𝐷1
2)z
Vaso alargado
𝑃1 − 𝑃2 = 𝛾𝑚(1 +
𝐷2
2
𝐷1
2)z
Pozo 𝑨𝟏 ≫ 𝑨𝟐
𝑃1 − 𝑃2 = (𝛾𝑚−𝛾𝑙)𝑍
𝑃1 − 𝑃2 = 𝛾𝑚𝑍

15
Manómetro de pozo y vaso inclinado
Variación del manómetro de pozo, donde el vaso se
inclina para aumentar la precisión
𝑃1 − 𝑃2 = (𝛾𝑚−𝛾𝑙)(𝑍 + 𝑌)
𝑌 =
𝐷2
2
𝐷1
2 X 𝑍 = 𝑋 sin ∝
𝑃1 − 𝑃2 = (𝛾𝑚−𝛾𝑙)(sin ∝ +
𝐷2
2
𝐷1
2)𝑋
0 <∝< 90
En ciertos casos despreciar el peso del fluido del
proceso y/o el desplazamiento del líquido
manométrico en el pozo.

16
Manómetro de anillo de balanceo Utiliza el efecto del cambio del nivel del fluido por
efecto de la presión junto con un balance de
fuerzas ejercidas por el peso del líquido y un
contrapeso.
𝛾ℎ𝐴𝑟 = 𝑊𝑑 sin 𝜃
peso del líquido = peso del contrapeso
𝑃1 − 𝑃2 = 𝛾𝑚ℎ
𝑃1 − 𝑃2 =
𝑊𝑑
𝐴𝑟
sin 𝜃

17
Manómetro anillo de campana invertida Se coloca una campana invertida dentro de un
recipiente que contiene un líquido sellante. La
mayor presión se aplica sobre el interior de la
campana, la menor presión se aplica sobre el
interior del recipiente.
𝑃1 − 𝑃2 =
𝑘𝑥
𝐴
𝑃1 − 𝑃2 =
𝑊𝑑
𝐴𝐿
sin 𝜃

18
Líquidos manométricos
Presiones bajas
Presiones altas
Presiones medias
(0 a 7KPa≈1psi) Aceites, glicerina.
(hasta 17KPa≈2.5psi) Agua.
(hasta 70KPa≈10psi) Mercurio.
Líquidos selladores

19
2.SENSORES ELÁSTICOS
a) Tubos de Bourdon
La deflexión que sufren es proporcional a la presión aplicada.
Principio Un tubo enrollado, encerrado por un extremo tiende a enderezarse
cuando por el otro extremo se le aplica un líquido o gas a presión.
C Espiral Helicoidal
Rango
• Manómetro desde 0 a 35 KPa
hasta 0 a 70000KPa
• Vacuómetro de -100 a 0 KPa

20
a) Tubos de Bourdon
Materiales
Aleaciones endurecidas
por deformación
Aleaciones endurecidas
por precipitación
Aleaciones con
tratamiento térmico
1
2
3
• Bajas
• Medias
• Medias
• Altas
• Altas presiones
Diseño
∆𝛼 = 𝐾
𝛼𝑃
𝐸
𝑅
𝑡
𝑥
𝐴
𝐵
𝑦
𝐴
𝑡
𝑧

• Manómetro desde 0 a 1.2 KPa
hasta 0 a 5500KPa
• Vacuómetro de -1.2 a 0 Kpa hasta
-100 a 0 KPa
21
b) Diafragmas Disco flexible con corrugaciones concéntricas, acoplado a una caja a la
que se le introduce la presión a medir, midiendo la diferencia de
presiones entre sus dos caras.
La deflexión en el centro del disco es
proporcional a la presión aplicada.
Rangos

22
b) Diafragmas
Materiales
Metálicos
No Metálicos
• Latón
• Bronce fosforoso
• Cobre Berilio
• Acero inoxidable
• Monel
• Neopreno
• Teflón
• Polietileno
• Cuero
Presiones menores
Diseño
𝑑 = 𝐾𝑁(𝑃 − 𝑃0)𝐷𝑎
4
𝑡−1.5

23
SENSORES ELÁSTICOS
c) Fuelles Un Tubo flexible con un extremo empotrado conectado a la presión a medir y
otro extremo cerrado y libre. Trabaja como un resorte helicoidal.
Fuelle
Fuelle con
resorte
Rangos • Manómetro desde 0 a 0.5 KPa
hasta 0 a 7000KPa
• Vacuómetro de -0.5 a 0 Kpa hasta
-100 a 0 KPa
Materiales
Metálicos
No Metálicos

24
c) Fuelles
Diseño
Fuelle sin resorte
Fuelle con resorte
𝑃 =
𝐾𝑓
𝐴𝑒
𝑥
𝐾𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑢𝑒𝑙𝑙𝑒
𝐴𝑒 =
𝜋
4
𝐷𝑒
2
𝑃 =
𝐾𝑓 + 𝐾𝑟
𝐴𝑒
𝑥

25
3.TRASDUCTORES ELÉCTRICOS
a) Transductor resistivo
Función Transformar el desplazamiento producido por
un sensor de presión en una señal eléctrica
que se pueda leer.
Principio
Un cambio en la presión produce
un cambio en la resistencia del
elemento sensor.
Constituidos:
Varía la resistencia
Elemento elástico Potenciómetro
𝑒0 =
𝑅1
𝑅1 + 𝑅2
𝑒𝑖

26
3.TRASDUCTORES ELÉCTRICOS
a) Transductor resistivo
Desventajas
Ventajas
-Salida alta
-Económico
-Construcción simple
-Uso de corriente
continua o alterna
-No es necesario
amplificar o acoplar
impedancias
-Requieren gran tamaño
-Alta fricción mecánica
-Vida limitada
-Sensible a mediciones y
choques
-Buena respuesta a la
frecuencia
-Altos niveles de ruido al
desgastarse
-Baja sensibilidad

27
b) Transductor extensométrico Utiliza un extensómetro o galga extensométrica
para transformar la deformación que se produce
sobre un diafragma en una señal eléctrica.
Extensómetro Diseñado:
medir
deformaciones
compuestos
Alambre fino
Sección transversal
cambio
Resistencia eléctrica
Proporcional

b) Transductor extensométrico
Galgas cementadas Galgas no cementadas
Extensómetro Adhiere
Hoja base
cerámica
papel
plástico
medir
Deformación
cambio de presión
Diafragma
Extensómetro
No se adhiere
toda
Superficie
Extremos
descansan
Armazón
fija
medir
Alejamiento
paredes
caras de un diafragma móvil
28

Galgas de silicio difundido Material semiconductor
conformada
monocristal de silicio
Boro
formar
Resistencias
Puentes de Wheatstone
La tensión de salida será proporcional a la tensión
de entrada y el valor de las resistencias.
𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝑽𝒊𝒏
𝑹𝟑
𝑹𝟑 + 𝑹𝒈
−
𝑹𝟐
𝑹𝟏 + 𝑹𝟐
difunde
 Valor de la resistencia de la galga extensométrica
 Presión a la cual está sometido el instrumento.
29

Ventajas Desventajas
-Buena exactitud (0,1%)
-No sensibles a golpes y vibraciones.
-Rango de hasta 1400MPa.
-Miden presiones estáticas y dinámicas.
-Usan corriente continua o alterna.
-Excelente estabilidad.
-Buena repetibilidad.
-Efecto de temperatura despreciable si
se compensa.
-Señal de salida débil, por lo que se debe
acondicionar empleando accesorios como
puentes.
-Requieren fuente de alimentación.
-Limitaciones para medir procesos con altas
temperaturas.
30

c) Transductor Magnético
Utilizan bobinas con núcleo magnético móvil conectado a un sensor de presión. Al
producirse el movimiento del núcleo magnético cambian las características magnéticas
del circuito eléctrico.
Inductancia variable Transformador diferencial
31

Inductancia variable
 Utilizan una bobina con un núcleo magnético
móvil.
 La inductancia varia proporcionalmente según
la posición que ocupe el núcleo dentro de la
bobina.
 Se utiliza para detectar pequeños
desplazamientos de cápsulas de diafragmas y
otros sensores.
32

Transformador diferencial
 El núcleo móvil está conectado a un sensor de presión
que se desplaza dentro de un transformador diferencial
Voltaje de salida: 𝑽𝟏 = 𝑵𝟏
𝒅∅
𝒅𝒕
; 𝑽𝟐 = 𝑵𝟐
𝒅∅
𝒅𝒕
Precisión: 0,5%
Aplicaciones  Instrumentos medición de presión: absoluta, manométrica y diferencial
 Aplicaciones medición de flujo y nivel.
33

Ventajas Desventajas
-Salida alta.
-Respuesta lineal.
-No precisan ajuste críticos en el montaje.
-Baja histéresis por no haber roce.
-Construcción robusta
-Funcionan solo con corriente alterna por lo
que el receptor debe funcionar con la misma
corriente.
-Requiere un gran desplazamiento del núcleo
magnético.
-Sensible a choques y vibraciones.
34

35
d) Transductor Capacitivo
Variación de la capacidad de un condensador al desplazarse una de sus placas
por la aplicación de la presión.
Principio
𝑪 = 𝟎, 𝟎𝟓𝟓𝟖𝑲
𝑵 − 𝟏
𝒕
𝑨
Ventajas
Desventajas
-Excelente respuesta a la frecuencia
-Construcción sencilla.
-Mide presiones estáticas y dinámicas.
-Costo relativamente bajo…
-El movimiento de grandes cables origina
distorsión y error.
-Alta impedancia de salida.
-Sensibles a variaciones de temperatura…

36
e) Transductor Piezoeléctrico
Cuando ciertos cristales se deforman elásticamente a lo largo de planos
específicos de esfuerzos se produce un potencial eléctrico en el cristal.
Principio
Al producirse la deformación se producirá una
corriente eléctrica que será proporcional a la
deformación del cristal.
-Tamaño pequeño, compacto y ligero
-Muy lineales.
-No requieren frecuente calibración…
Desventajas
-Sensibles a cambios de temperatura
-No miden presiones estáticas
-Alta impedancia de salida
-Cables largos originan ruido…
Ventajas

MÉTODOS DE PROTECCIÓN CONTRA LOS EFECTOS
DESTRUCTIVOS DEL FLUIDO
37
Procesos
mide
presión fluido del proceso interior del sensor
altas temperaturas
corrosivo sucio
materiales suspensión
aislar
instrumento métodos
recubrimientos
Níquel, Bromo o Cadmio
Sifón de espira simple
Líquido sellador
Sello volumétrico
Sistema de purga o burbujeo

38
Sifón de espira simple
Consiste en hacer una espira con el tubo de conexión del
manómetro al proceso.
Efectivo para medir presiones de vapor a alta temperatura, el vapor se condensa
en el tubo y forma un sello de agua entre la tubería y el instrumento.
Espira líquido
mayor densidad
aislar
manómetro
proceso
coloca

39
Se usa una cámara cerrada en la cual se
coloca un líquido que produce un sello
hidráulico entre el instrumento y el
proceso.
Líquido sellador
El sellador debe tener una densidad menor a la
del fluido del proceso o se deben colocar tubos
que sobresalgan del fluido para que solo el
líquido sellador pueda estar en contacto con el
instrumento.
Instrumento por debajo del proceso
El líquido debe tener una densidad mayor a la
del fluido del proceso
Instrumento por encima del proceso

40
Sistema de purga o burbujeo
Consiste en introducir un tubo dentro del proceso con
aire a una presión levemente superior a la de este de
manera que exista siempre una salida de aire
(burbujeo) por la punta del tubo.
Presión medida
instrumento
levemente superior
proceso
error en la medición
No se produce error por diferencia de altura

41
El medidor de presión se aísla totalmente del proceso
mediante un diafragma flexible, se rellena el espacio
comprendido entre el sello y el instrumento mediante un
líquido tal como glicerina o aceite.
Sello volumétrico
Permite total aislamiento
sensor
proceso
Soluciona problema
corrosión temperatura

MEDICIÓN DE PRESIÓN ABSOLUTA
42
Método indirecto Método directo
Consiste en medir la presión manométrica y
añadirle el valor de la presión atmosférica.
𝑷𝒂𝒃𝒔 = 𝑷𝒎𝒂𝒏 + 𝑷𝒂𝒕𝒎
 Se debe conocer con exactitud la presión
atmosférica que varía de un lugar a otro.
 Si no se conoce la presión atmosférica
exacta se pueden entonces cometer
errores de hasta 15 KPa (2 Psi).
Se miden presiones de vacío, por debajo de 1
mm de columna de mercurio con una precisión
muy grande.
Medidor de McLeod
Medidores térmicos eléctricos:
Medidor de termopar Medidor de Pirani
Medidores de Ionización:
Medidor de filamento caliente
Medidor de cátodo frío
Radiación

43
Medidor de McLeod
Permite medir valores de presión absoluta mediante nivel de
líquidos. No es un instrumento de uso industrial, pero se usa
para la calibración de otros instrumentos.
Consta de:
 Un tubo capilar (A) cerrado y calibrado el cual posee en su
parte inferior una reserva para acoger un volumen de líquido.
 Un tubo doble conectado a la presión a medir: tubo capilar (B)
y (C)de mayores dimensiones, para disminuir el error que se
produce por capilaridad.
 Una reserva (R) de mercurio (u otro líquido pesado) conectada
a la presión a medir y a los tubos.

44
Medidor de termopar
Se usan filamentos que se calientan por el efecto
del paso de una corriente. La temperatura será
proporcional a la presión a la cual están sometidos.
Uno estará en una cámara de referencia en alto
vacío y otro estará expuesto a la presión a medir.
Para medir la temperatura de los filamentos se
utiliza un arreglo de termopares.
Sensible a la composición del gas y presenta riesgos de
combustión si se expone a la atmósfera.
Ventajas:
Desventajas:
Bajo costo, larga duración y Confiabilidad

45
Medidor de Pirani
Utiliza el mismo principio de variación de la temperatura de un
filamento según la presión a la cual está sometido. Pero en este
caso mide la resistencia de los filamentos y no la temperatura.
Utiliza un circuito de puente de Wheatstone que compara las
resistencias de dos filamentos de tungsteno.
La resistencia del filamento será proporcional a la presión a la que se encuentra el proceso
1 μHg hasta 2000 μHg
Rango:

46
Consiste en un tubo electrónico con filamento de tungsteno,
rodeado por una rejilla en forma de bobina, la cual a su vez está
envuelta por una placa colectora.
Medidor de filamento caliente
El filamento emite electrones los cuales pasan a través de la
rejilla y en su camino hacia la placa colectora chocan con las
moléculas del gas.
La corriente positiva que se forma es función del número de
iones, y por lo tanto constituye la medida de la presión del gas. .
Rango: 10−𝟖
μHg a 1 μHg

47
Medidor de cátodo frío
Se basa en la medida de una corriente iónica producida por
una descarga de alta tensión.
Es más robusto y no presenta el problema de combustión
del filamento. Pero tiene el defecto de no poder ser vaciado
del gas rápidamente y es susceptible a contaminación por
mercurio. Además posee una escala logarítmica.
Rango: 10−𝟐
a 10−𝟕
mmHg

48
Utiliza una fuente de radio sellada la cual produce partículas
α que ionizan las moléculas de gas, los iones resultantes se
recogen en un electrodo, y producen una corriente que es
proporcional al número de moléculas en la cámara, por lo
tanto a la presión del gas.
Rango: 760 a 10−𝟒
mmHg
Radiación

Medicion_presion (7).pptx

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Medicion_presion (7).pptx

Similar a Medicion_presion (7).pptx (20)

Más de josehornero2

Más de josehornero2 (11)

Último

Último (20)

Medicion_presion (7).pptx