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ING. EVELYN G. TAMAYO ARAOZ

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

Departamento académico de ciencias de ingeniería

MEDICIONES DE PRESION

OBJETIVO: Tiene por objetivo familiarizar al estudiante con los instrumentos y el

aprendizaje de las técnicas de medición de presiones, y debido a los diferentes

aplicaciones que se hacen en el laboratorio, establecen el instrumento adecuado para

cada caso.

1. FUNDAMENTO TEORICO

Para el tratamiento de fluidos (líquidos y gases) se utiliza ordinariamente el término

PRESIÓN, que se define como la fuerza normal ejercida por el fluido sobre la unidad de

superficie. La manifestación de la presión será permanente o no cuando en un lugar

definido varía con el tiempo no.

Conocer la presión de un fluido es importante porque:

Junto a otras propiedades, define el estado del fluido.

Permite conocer el trabajo realizado por o sobre el fluido.

2. PRESION ABSOLUTA Y MANOMETRICA

Cuando el nivel de referencia, para la medición de una presión, es el cero abosluto, es

decir, la ausencia total de moléculas que son los agentes de la presión, dicha presión

se denomina PRESION ABSOLUTA; pero si el nivel de referencia es el estado molecular

atmosférico, la presión medida a partir de este nivel se denomina manométrica.

PABS = PATM + PMAN

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Para una presión negativa o de vacío.

La mayoría de los dispositivos medidores de presión usan el nivel de referencia

atmosférico y dan la presión sobre o por debajo de la atmosférica, ya que el nivel cero

es difícil de ser representado.

3. METODOS PARA LA MEDICION DE PRESIONES

3.1. Equilibrando la presión medida con una columna líquida.

3.2. Deformación sólida ocasionada por la presión que se mide.

3.3. Método común de una fuerza sobre un área.

3.1. Manómetros de columna líquida

Tienen un uso muy difundido, y como se muestra en la figura, la columna h y la

presión atmosférica, equilibran la presión del recipiente.

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MANÓMETRO EN U EN UN ACUMULADOR HIDRONEUMATICO

Presión del recipiente (Pman) =

F = V = Ah

Pman =

= h

Luego, para este tipo de manómetro, es suficiente conocer la altura de la columna y el

peso específico ( ) del líquido, para conocer la presión del recipiente.

Existen diversos tipos de manómetros de columna, se utilizan en diversos líquidos,

siendo los más comunes: agua, aceite, tetracloruro de carbono, mercurio, etc.

3.1.1 Manómetros de tubo en U

Sirve para medir presiones manométricas de determinadas líneas de presión o

diferencia de presión entre dos líneas distintas. Existen muchas variantes de

estos manómetros.

La desventaja de este tipo de manómetros, es que cuando hay presiones

fluctuantes, se tiene que hacer dos lecturas simultáneas, resultando difícil

obtener una lectura verdadera.

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MANÓMETRO EN U CONECTADO A UNA TUBERIA DE PRESION

3.1.2 Manómetros de una sola rama

Se usan para mediciones más exactas en presiones fluctuantes. Consiste de un

depósito de sección mayor que la rama, y por esto, la variación de nivel en el

depósito es pequeña, aunque las variaciones de presión sean grandes.

3.1.3 Manómetros inclinados

Se utilizan cuando la presión a medir es muy pequeña. Existen dos tipos

característicos, el inclinado en U y el inclinado de una sola rama. En estos

manómetros la presión medida está equilibrada por la presión atmosférica y la

columna h, que es difícil de medir con precisión, la cual se obtiene con l.

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MANÓMETRO INCLINADO

3.1.4 Manómetros de dos fluidos

Utilizado también para la medición de presiones pequeñas. Cuando se conecta

la línea de presión que se quiere medir, el volumen desplazado por el primer

fluido, ocasiona la altura del fluido 2, entonces cuando se realiza la medición

por la toma requerida, se tiene la presión P del segundo fluido.

P2 = h (PE1 – PE2 + PE1 x

)

PE1: peso específico del líquido 1

PE2: peso específico del líquido 2

AI: sección transversal del tubo en U

AII: sección transversal de las entradas

MANÓMETRO DE DOS FLUIDOS

I II

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3.1.5 Micromanómetros

Aparatos utilizados en las mediciones de presiones muy pequeñas. En estos

tipos de manómetros se utilizan tornillos micrométricos, que nos facilitan la

lectura de estas pequeñas presiones; los tipos más comunes son:

Micromanómetro de contacto eléctrico

Micromanómetro de puntas

Micromanómetro de altura constante

3.2 Métodos de deformación sólida

3.2.1 Manómetro Bourdon

Son muy utilizados y tienen un gran alcance. Estos manómetros están

constituidos por un elemento curvo hueco, que puede enderezarse o curvarse

dependiendo de que la presión en su interior sea mayor o menor que la

exterior, que siempre es la presión atmosférica; en el primer caso (cuando es

mayor) es manométrica positiva y en el segundo caso (cuando es menor) es

presión manométrica negativa o vacuométrica.

El movimiento de enderezamiento o curvado es transmitido por un sistema de

bielas a una cremallera, que desplaza una aguja sobre una escala graduada.

MANÓMETRO BOURDON

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3.2.2 Barómetros

El barómetro es un instrumento generalmente utilizado para la determinación

de la presión atmosférica. Consiste en un depósito de mercurio y un tubo de

alto vacío; posee además un mecanismo de pistón para regular el nivel cuando

hay variaciones de presión atmosférica.

Para mejorar la exactitud se deben tener en cuenta: la temperatura, la

gravedad, la altitud y la corrección de calibración con un patrón.

BAROMETRO DE MERCURIO

4. PRESION ESTATICA, DE VELOCIDAD Y TOTAL

4.1 Presión estática

Es aquella ocasionada por el movimiento molecular al azar de un fluido y se manifiesta

como una fuerza sobre un área que envuelve al fluido, en el caso de un fluido en

movimiento, esta presión se mide con un instrumento viajando a la misma velocidad

del flujo. Como no es práctico desplazar el instrumento con el flujo, la presión estática

puede medirse insertando un tubo estático que sea perpendicular a la dirección del

flujo; y también piezómetros.

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PIEZÓMETRO DIFERENCIAL

4.2 Presión de velocidad

Se manifiesta como una fuerza que ofrece un fluido en movimiento, sobre un área

perpendicular a la dirección de su movimiento.

4.3 Presión total

Es la suma de la presión estática y de velocidad ejercida sobre una superficie

perpendicular al desplazamiento del fluido. Se mide mediante un tubo de impacto.

TUBO DE PITOT

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5. CALIBRACION DE MANÓMETROS

Los manómetros que más comúnmente requieren de calibración, son los manómetros

Bourdon y Diafragma, que pueden calibrarse mediante un micrómetro o un calibrador

de peso muerto.

5.1 Calibrador de peso muerto Amsler

Utilizado para la calibración de manómetros, se ve en la figura:

CALIBRADOR DE PESO MUERTO AMSLER

ESQUEMA INTERIOR DE UN CALIBRADOR DE PESO MUERTO AMSLER

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Este calibrador posee 2 cámaras conectadas mediante válvulas (4,5 y 6), la cámara

superior (3) tiene 2 ramales en uno de los cuales se instalará el manómetro a calibrar

(1), y el otro de los ramales posee un pistón sobre el cual pueden colocarse pesas (2).

La cámara inferior (7) posee un émbolo (8) que es accionado por una manivela (9).

5.2 Funcionamiento

1) Inicialmente se llena la cámara inferior de aceite y se instala en un ramal el

manómetro y en el otro el pistón.

2) A continuación se bombea el aceite de la cámara inferior a la superior mediante

el pistón de doble efecto.

3) Una vez llena de aceite, la cámara superior se colocan las pesas sobre el pistón,

el cual ofrece a través del aceite hacia el otro ramal, que es aquél donde se

encuentra ubicado el manómetro.

4) La presión ejercida por el pistón puede aumentarse, aumentando simplemente

el número de pesas; luego disminuirse, quitándolas.

5) Con las presiones por el pistón y las presiones que indican el manómetro,

podemos entonces, construir su curva de calibración.

6) Finalmente para retirar el manómetro se retiran las pesas y se abre la otra

válvula que permite el paso de aceite de la cámara superior a la inferior,

eliminando así la presión en dicha cámara y esto permite retirar libremente el

manómetro, pues en caso contrario se derramaría el aceite.

5.3 Recomendaciones para la calibración

Tener cuidado de utilizar el aceite limpio y tener en cuenta los detalles para su

uso (purgas y especificaciones de uso).

Antes de la calibración de un manómetro se realizan algunas mediciones sobre

el alcance del manómetro para establecer si hay un error apreciable constante,

o hay error positivo en un extremo y negativo en el otro. En el primer caso la

aguja está mal ajustada y con un extractor de agujas se la retira; con una

presión de media escala se instala la aguja en la posición correcta.

Las lecturas, en el caso de manómetros de partes móviles, se realiza en forma

ascendente o descendente.

La calibración se debe realizar entre el 25 a 75% de su escala, a no ser que sea

utilizada fuera de este rango.

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En el caso de los tubos en U, la calibración se realiza si el diámetro es inferior a

los 6 mm; en caso contrario es necesario que estén limpios, porque la suciedad

puede deformar el menisco y también, que la escala graduada sea comparada

con una escala patrón o de precisión.

Los manómetros de tubo de diámetros pequeños se deben calibrar con un

micromanómetro.

6. USO, CONSTRUCCION Y PRECISION DE LOS MANÓMETRO

Los manómetros de columna, por lo general permiten mediciones de una

precisión del 1%. Estos manómetros en general se utilizan para mediciones de

presiones o diferencia de presiones inferiores a 1 kgf/cm2.

La ASMA POWER TEST CODES, recomienda que la mínima altura para tubos en

U y de una sola rama sea de 100 mm.

Los tubos para mediciones de precisión deben ser de un diámetro no menor de

6.35 mm o 9.5 mm o 12.7 mm, y para un mismo tubo en las dos ramas del

tubo, no debe diferir en más de un 8% del valor medio, a fin de evitar

diferencias de capilaridad.

El alcance de los manómetros de mercurio (Hg) es el que limita su tamaño.

Los manómetros para mediciones pequeñas se utilizan cuando la presión es

menor de 100 mm de columna líquida.

Los barómetros tienen una precisión de 0.5 a 0.25 mm de Hg y para una altura

de presión de 0.25 mm, es necesario hacer la corrección correspondiente.

Para manómetros de deformación sólida

Los manómetros Bourdon, se utilizan para alcances de presión que no pueden

ser medidos convenientemente por medio de columnas líquidas (0.5 kgf/cm2)

hasta centenares de kgf/cm2.

Algunos manómetros poseen una precisión del 0.5% a plena escala, pero por lo

general su precisión no es mejor del 1% del alcance a plena escala.

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7. RECOMENDACIONES PARA LA MEDICION DE PRESIONES

Debe elegirse un manómetro con escala apropiada para la medición a realizarse

y que tenga la precisión deseada.

Revisar todas las líneas y conexiones a fin de evitar posibles fugas.

Cuando se trata de flujos fluidos, tener en cuenta el lugar donde se toman las

medidas, pues éstas pueden afectarse por la turbulencia.

En el caso de flujo de vapor o aire comprimido, busca la manera de evitar el

condensado en la línea, ya que puede ocasionar una lectura equivocada.

La calibración para un ensayo de precisión se realiza antes y después del

ensayo.