Medicion de presion conceptos basicos para mecanica de fluuidos instrumentacion básica

1. MEDICION DE
PRESION
Estudiaremos el funcionamiento
de algunos tipos de medidores de
presión mas utilizados en la
industria.

2. Introducción
 La presión de un fluido resulta del intercambio de
cantidad de movimiento entre las moléculas de un fluido
y la pared del recipiente que lo contiene, el cual depende
de su cantidad y de la velocidad promedio de estas.
 La presión se representa como fuerza por unidad de
área, por lo cual se la puede considerar en sentido
general como un tipo de esfuerzo (para sólidos).
 Para esta clase, la presión se restringe a los sistemas
de fluidos.
 Las presiones de baja magnitud frecuentemente se
expresa en términos de altura de una columna de líquido
(mercurio y agua).

3. Introducción
 La presión manométrica representa la diferencia entre la
presión absoluta y la presión atmosférica local.
 Por tanto la presión manométrica depende de muchas
variables: la elevación sobre el nivel del mar, la
velocidad, la densidad y la temperatura del fluido.
La mayoría de los
medidores de presión
son relativos a la
presión atmosférica,
por tanto miden
presión manométrica
Presión Atmosférica
Presión manométrica
positiva
Presión manométrica
negativa o vacío
Presión absoluta
(cero)
Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica

4. Clasificación de los sistemas de
medición de presión
 Gravitacional:
 Medidores de columna, calibradores de pesos muertos,
manómetros, Medidor Mcleod.
 Elásticos de acción directa:
 Tubos bourdon y sus derivaciones, diafragmas y fuelles
 Elásticos de acción indirecta:
 A base de galgas extensométricas, piezoeléctricos, resistivos,
magnéticos y capacitivos.
 Existen otro tipo de medidores de presión menos utilizados, que
no lo cubriremos en este curso.

5. Medidores gravitacionales
 Manómetros de tubo “U” miden presiones diferenciales,
pueden ser manométricas.
 P = ρgh
 Una variación de estos son los manómetros inclinados,
que se caracterizan por una mayor sensibilidad en la
medición.

6. Medidores gravitacionales
 Calibrador de pesos muertos:
 Se utiliza para equilibrar la presión de un fluido con un peso
conocido.
 Se utiliza para calibración estática de medidores de presión.

7. Tubo Bourdon
 Este tipo de medidor de presión es uno de los más
utilizados en la industria
 Es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi
completo y cerrado por un extremo.
 Al aumentar la presión en el interior del tubo, este tiende
a enderezarse y este movimiento es transmitido a la
aguja indicadora a través de un sistema de palancas y
un piñón.
 La ley de deformación del tubo es bastante compleja y
ha sido determinada empíricamente.
 El material empleado es generalmente acero inoxidable,
aleaciones de cobre y monel.

8. Tubo Bourdon
Para aumentar el
amortiguamiento en medidores
de presión montados en
lugares con alta vibración, todo
el sistema incluido la pluma
indicadora está montado
dentro de un baño de glicerina
líquida.
Es un sistema barato para
medir presiones estáticas.
Se pueden llegar a exactitudes
de hasta 0.1 %

9. Errores
 Dentro de los errores mas comunes que se
pueden apreciar en este tipo de instrumentos
tenemos:
 Error de Paralelismo
 Error de Multiplicación
 Error de Angularidad
 Este tipo de errores se pueden presentar en otro
tipo de instrumentos.
 Son una clasificación de errores sistemáticos.

10. Correcciones de los errores.
Generalmente ninguno de estos errores se presentan solos, en la mayoría
de los casos existe una combinación de los tres tipos de errores.
El método de corrección consiste en comparar estas medidas con un
patrón e ir construyendo la curva de calibración para realizar las
correcciones.

11. Variaciones del tubo bourdon
 Dentro de este diseño de medidores de presión
podemos tener:
 Medidores de presión helicoidales
 Medidores de presión en espiral.
 Estas variaciones se utilizan en sistemas que requieran
mayor sensibilidad y precisión.

12. Medidores de presión helicoidales
Está enrollado más de una espira en
forma de hélice.

13. Medidores de presión en espiral
Estos elementos proporcionan un desplazamiento
grande del extremo libre y por ello se utilizan mucho en
registradores y sistemas de control.
Está enrollado en
forma de espira
alrededor de un eje
común.

14. Medidores de diafragma
 Consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas
rígidamente entre si por soldadura, de forma que al
aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de
los pequeños desplazamientos es amplificada por un
juego de palancas.
 El movimiento se aproxima a una relación lineal.
 Presenta una histéresis baja
 El material del diafragma es normalmente una aleación
de níquel
 Se utiliza para bajas presiones.

15. Medidores de fuelle
 Es parecido al diafragma, pero es de una sola pieza
flexible axialmente, y puede dilatarse y contraerse con
un desplazamiento considerable.
 Se caracterizan por tener mayor duración que los
diafragmas por reducir al mínimo los concentradores de
esfuerzos.
 El material utilizado es generalmente bronce fosfórico
tratado térmicamente.
 Igualmente se emplean para pequeñas presiones.

16. Transductores resistivos
 Estos utilizan un elemento elástico (bourdon, fuelle o diafragma)
que hacen variar la resistencia óhmica de un potenciómetro en
función de la presión.
 El potenciómetro puede estar enrollado en una bobina siguiendo un
valor lineal de resistencia.
 El potenciómetro puede ser de grafito o metálico.
 El potenciómetro está conectado a un circuito de puente de
wheatstone.
 Se caracterizan por una alta histéresis.
A
L
R
ρ
=

17. Transductores magnéticos
 Se clasifican en 2 grupos:
 De inductancia variable:
 El desplazamiento del núcleo móvil dentro de una bobina
alimentada con corriente AC, aumenta la inductancia de esta en
forma proporcional a la porción metálica del núcleo contenida
dentro de la bobina.
 L = Inductancia (H)
 f = Frecuencia del voltaje aplicado en Hz.
 X = Reactancia inductiva, el cual cuantifica el voltaje ac inducido
(ohmios)
 d = diámetro de la bobina
 a = longitud de la bobina
 n = número de espiras en la bobina
fLXL π2=
ad
nd
L
4018
22
+
=

18. Transductores magnéticos
 De reluctancia variable:
 Consisten en un imán permanente o un electroimán que crea un
campo magnético dentro del cual se mueve un núcleo de
material magnético
 Al cambiar la posición del núcleo, varía la reluctancia y por tanto
el flujo magnético, que da lugar a una corriente inducida en la
bobina proporcional al grado de desplazamiento del núcleo
móvil
 V = voltaje inducido
 n = número de espiras en la bobina
 Φ = flujo magnético a través de la bobina
 No existen rozamientos eliminándose la histéresis mecánica típica
de estos instrumentos.
dt
d
nV
Φ
−=

19. Transductores magnéticos
LVDT: inductancia variable Reluctancia variable

20. Transductores capacitivos
 Se utiliza el movimiento de cualquier elemento elástico
para hacer cambiar la capacitancia de un condensador.
 Esta capacitancia se puede comparar con circuitos
oscilantes o en circuitos de puente de wheatstone
alimentados con corriente alterna.
 C = capacitancia (pf)
 K = constante dieléctrica (1 para aire)
 A = área proyectada entre placas (in2
)
 n = número de placas
 d = separación entre placas (in)
d
nKA
C
)1(2249.0 −
=

21. Transductores en base a galgas
extensométricas
 Se utilizan strain gages adheridos a una superficie elástica que se
deforma proporcionalmente con la presión.
 Estas galgas extensométricas están generalmente unidas a un
puente de wheatstone para indicación directa, o a un convertidor
A/D.
 Por lo extenso de estas aplicaciones lo cubriremos con mas detalle
en la clase de medición de fuerza.

22. Transductores piezoeléctericos
 Son cristales que al deformarse físicamente por la acción de una
presión, generan una señal eléctrica.
 Los materiales típicos son: cuarzo y el titanato de bario, capaces de
soportar temperaturas de hasta 150°C. en servicio contínuo.
 La señal de salida es proporcional a la presión, y son
especialmente adecuados para medidas dinámicas de presión,
siendo capaces de respuestas de hasta 1MHz. Para mediciones
estáticas, la señal de salida (voltaje generado) disminuye con el
tiempo
 Son sensibles a los cambios de temperatura y delicados al choque.
 La señal de salida es relativamente débil.
 V = voltaje
 h = espesor del material entre electrodos
 σ = esfuerzo
σGhV =