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PRESIN

La presin se define como fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de rea.En ingeniera, el trmino presin se restringe generalmente a la fuerza ejercida porun fluido por unidad de rea de la superficie que lo encierra. De esta manera, lapresin (P) de una fuerza (F) distribuida sobre un rea (A), se define como:

Existen muchas razones por las cuales en un determinado proceso se debe medir

presin. Entre estas se tienen:

Calidad del producto, la cual frecuentemente depende de ciertaspresiones que se deben mantener en un proceso.

Por seguridad, como por ejemplo, en recipientes presurizados donde lapresin no debe exceder un valor mximo dado por las especificacionesdel diseo.

En aplicaciones de medicin de nivel. En aplicaciones de medicin de flujo.

En el sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de presin es elPascal (Pa), que se define como la fuerza ejercida por un Newton (N) sobre unrea de un metro cuadrado (m2). O sea, Pa = N/m2. Esta es una unidad de presinmuy pequea, pero el kilo pascal (KPa), 1.000 Pa, permite expresar fcilmente losrangos de presin comnmente ms usados en la industria petrolera. Otras de lasunidades utilizadas son el Kilogramo por centmetro cuadrado (Kg./cm2); libras porpulgada cuadrada (Psi); bar, y otros.

En la tabla 1 se presentan los factores de conversin entre las unidades depresin ms comunes.
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Tabla 1. Factores de conversin para unidades de presin.

En estas pginas se estudiarn los principales mtodos o principios mecnicos yelectromecnicos utilizados en la medicin de presin. Tambin se har una brevedescripcin sobre interruptores y transmisores de presin.

Instrumentos para medicin de la presin

1. Instrumentos mecnicos

Los instrumentos mecnicos utilizados para medir presin cuyas caractersticas seresumen en la tabla 2, pueden clasificarse en:

Columnas de Lquido:

Manmetro de Presin Absoluta. Manmetro de Tubo en U. Manmetro de Pozo. Manmetro de Tubo Inclinado. Manmetro Tipo Campana.


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Instrumentos Elsticos:

Tubos Bourdon. Fuelles. Diafragmas.

b. Instrumentos electromecnicos y electrnicos

Los instrumentos electromecnicos y electrnicos utilizados para medir presinpueden clasificarse en:

Medidores de Esfuerzo (Strain Gages) Transductores de Presin Resistivos Transductores de Presin Capacitivos

Transductores de Presin Magnticos Transductores de Presin Piezoelctricos

Tabla 2. Principales caractersticas de los instrumentos para medir presin.

Los medidores de presinson instrumentos de precisin fabricados para medirla presin sangunea, la presin de lquidos y gases en tuberas o tanques de


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almacenamiento y la presin atmosfrica, a grandes rasgos, teniendo para cadauso diversos equipos disponibles de acuerdo a las necesidades.Dependiendo de las aplicaciones de los medidores de presin, son las unidadesdisponibles para sus resultados, adems de que algunos reciben nombresdiferentes dependiendo tambin del tipo de presin que van a medir.

Manmetro de tubo de bourdon

Este medidor de presin tiene una amplia variedad de aplicaciones para realizarmediciones de presin esttica; es barato, consistente y se fabrica en dimetrosde 2 pulgadas (50 mm) en caratula y tienen una exactitud de hasta 0.1% de lalectura a escala plena; con frecuencia se emplea en el laboratorio como un patrnsecundario de presin.

Un manmetro con tubo bourbon en los que la seccin transversal del tubo eselptico o rectangular y en forma de C. Cuando se aplica presin interna al tubo,este se reflexiona elstica y proporcionalmente a la presin y esa deformacin se

transmite a la cremallera y de esta al pin que hace girar a la aguja indicadora atravs de su eje. Las escalas, exactitudes y modelos difieren de acuerdo con eldiseo y aplicacin, con lo que se busca un ajuste que de linealidad optima ehistresis mnima.


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Ancho de las lneas de graduacin. Tabla de referencia.


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Escalas para medidores de presin. Unidad kgf/cm3 (Mpa)

Manmetro de tubo abierto

Un aparato muy comn para medir la presin manomtrica es el manmetro detubo abierto. El manmetro consiste en un tubo en forma de U que contiene un


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lquido, que generalmente es mercurio. Cuando ambos extremos del tubo estnabiertos, el mercurio busca su propio nivel ya que se ejerce una atmsfera depresin sobre cada uno de ellos. Cuando uno de los extremos se conecta a unacmara presurizada, el mercurio se eleva hasta que la presiones se igualan.

La diferencia entre los dos niveles de mercurio es una medida de presinmanomtrica: la diferencia entre la presin absoluta en la cmara y la presinatmosfrica en el extremo abierto. El manmetro se usa con tanta frecuencia ensituaciones de laboratorio que la presin atmosfrica y otras presiones seexpresan a menudo en centmetros de mercurioopulgadas de mercurio.

Barmetros

La presin, por definicin, es la fuerza aplicada por unidad de superficie, dandocabida a una gran gama de acciones y eventos donde se ejerce y es necesario eluso e medidores de presin para evaluar su magnitud.

Los medidores de presin ms conocidos son los barmetros, ya que sonutilizados para medir la presin atmosfrica como un indicador de los cambiosclimticos en cualquier regin. Lo que realmente hacen estos barmetros es medircual es la presin ejercida por el peso de la atmosfera por unidad de superficie,dependiendo del sistema de medicin que se utilice. Las diferentes dimensionesutilizadas para la presin atmosfrica comprenden los kilogramos por centmetrocuadrado, libras por pulgada cuadrada, milmetros de mercurio y atmsferas, entreotros.


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Barmetro de mercurio

Un barmetro de mercurio ordinario est formado por un tubo de vidrio de unos850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. Cuandoel tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un recipiente llenodel mismo lquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm porencima del nivel del recipiente y deja un vaco casi perfecto en la parte superiordel tubo. Las variaciones de la presin atmosfrica hacen que el lquido del tubosuba o baje ligeramente; al nivel del mar no suele caer por debajo de los 737 mmni subir ms de 775 mm. Cuando el nivel de mercurio se lee con una escalagraduada denominada nonius y se efectan las correcciones oportunas segn laaltitud y la latitud (debido al cambio de la gravedad efectiva), la temperatura

(debido a la dilatacin o contraccin del mercurio) y el dimetro del tubo (por losefectos de capilaridad), la lectura de un barmetro de mercurio puede tener unaprecisin de hasta 0,1 milmetros.

Barmetro Aneroide

Un barmetro ms cmodo (y casi tan preciso) es el llamado barmetro aneroide,en el que la presin atmosfrica deforma la pared elstica de un cilindro en el quese ha hecho un vaco parcial, lo que a su vez mueve una aguja. A menudo seemplean como altmetros (instrumentos para medir la altitud) barmetrosaneroides de caractersticas adecuadas, ya que la presin disminuye rpidamenteal aumentar la altitud. Para predecir el tiempo es imprescindible averiguar eltamao, forma y movimiento de las masas de aire continentales; esto puede
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lograrse realizando observaciones baromtricas simultneas en una serie depuntos distintos. El barmetro es la base de todos los pronsticos meteorolgicos.

Sensores de presin

Suelen estar basados en la deformacin de un elemento elstico cuyo movimiento

es detectado por un transductor que convierte pequeos desplazamientos en

seales elctricas analgicas, mas tarde se pueden obtener salidas digitales

acondicionando la seal. Pueden efectuar medidas de presin absoluta (respecto

a una referencia) y de presin relativa o diferencial (midiendo diferencia de presin

entre dos puntos) Generalmente vienen con visualizadores e indicadores de

funcionamiento.

Caracteristicas

Tipo de sensor presin relativa, absoluta

Rango nominal de presiones en bar (0-10 bar)

Presin de ruptura bar (4,9 bar ... 15 bar) Tensin de alimentacin en cc, ca

Fluido aplicable Gases no corrosivos

Tiempo de respuesta ms (10ms max)

Salida V mx (30 V)

Temperatura de funcionamiento 0C a +50C

Aplicaciones
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Control de sujeccin, Succin de elementos, succin de tornillos en atornilladores

automticos, apretado de tuercas automticas, control de fuerza en pinzas

prensoras, confirmacin de presin a la soldadura.

El control de la presin en los procesos industriales da condiciones de operacin

seguras. Cualquier recipiente o tubera posee cierta presin mxima de operacin

y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construccin. Las

presiones excesivas no solo pueden provocar la destruccin del equipo, si no

tambin puede provocar la destruccin del equipo adyacente y ponen al personal

en situaciones peligrosas, particularmente cuando estn implcitas, fluidos

inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran

precisin con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema.

Sensor de presin piezoresistivo Honeywell Sensing and Control

Funcionamiento

Los sensores piezorresistivos de la presin del silicio de la deteccin y del control

de Honeywell contienen los elementos de deteccin que consisten en cuatro

piezoresistores enterrados frente a un diafragma fino, qumico-grabado al agua
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fuerte del silicio. Un cambio de la presin hace el diafragma doblar, induciendo

una tensin en el diafragma y los resistores enterrados. Los valores del resistor

cambian en proporcin con la tensin aplicada y producen una salida elctrica.

Caractersticas

Estos sensores son pequeos, bajos costo y confiables. Ofrecen la capacidad de

repeticin excelente, la alta exactitud y la confiabilidad bajo variacin de

condiciones ambientales. Adems, ofrecen caractersticas de funcionamiento alto

constantes a partir de un sensor al siguiente, y de la capacidad de intercambio sin

la re calibracin. Mejor usado para: Dispositivos mdicos y de la HVAC, equipo del

almacenaje de datos y de la cromatografa de gas, controles de proceso,

maquinaria industrial, bombas y robtica.

Sensores de presin micromecnicos

El sensor de presin de alimentacin est montado por lo general directamente en

el tubo de admisin. Mide la presin absoluta en el tubo de admisin (2 .... 400

kPA o 0,02 ....4,0 bar), o sea que mide la presin contra un vaco de referencia yno contra la presin del entorno. De este modo es posible determinar la masa de

aire con toda exactitud y regular el compresor de acuerdo con las necesidades del

motor. Si el sensor no est montado directamente en el tubo de admisin, este se

hace comunicar neumticamente con el tubo de admisin mediante una tubera

flexible.

Sensor de presin atmosfrica (ADF) Este sensor puede estar montado en la

unidad de control o en otro lugar del vano motor. Su seal sirve para la correccin,

en funcin de la altura, de los valores tericos para los circuitos reguladores (como

ejemplo: retroalimentacin de gases de escape EGR, regulacin de la presin de

sobrealimentacin). Con ello se pueden tener en cuenta las diferencias de la

densidad del aire del entorno. El sensor de presin de entorno mide la presin

absoluta (60 .....115 kPa o 0,6 ....1,15 bar).

Sensor de presin del aceite y combustibleLos sensores de presin de aceite

estn montados en el filtro de aceite y miden la presin absoluta del aceite para
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que se pueda averiguar la carga del motor para la indicacin de servicio. Su

margen de presiones se sita en 50 ....1000 kPa o 0,5 ...10,00 bar.

Estructura

El componente esencial del sensor de presin micromecnico es el elementosensor con la "clula de sensor" (figura inferior). Ella consta de un chip de silicio

(2) micromecnico que lleva grabada una membrana delgada (1). Sobre la

membrana hay dispuestas cuatro resistencias de medicin (R1, R2), cuya

resistencia elctrica varia bajo tensin mecnica.En el sensor de presin puede

estar integrado adicionalmente un sensor de temperatura que se puede evaluar

independientemente. Esto significa que hay que montar solamente un sensor para

medir la temperatura y la presin.

Funcionamiento

Segn cual sea la magnitud de la presin se curva de manera distinta la

membrana de la clula del sensor (pocos micrmetros). Las cuatro resistencias de

medicin sobre la membrana modifican su resistencia elctrica bajo las tensiones

mecnicas producidas (efecto piezorresistivo).Las resistencias de medicin (R1,

R2) estn dispuestas sobre el chip de silicio (2) de tal forma que al deformarse la

membrana (1) aumenta la resistencia de dos de las resistencias de medicin, a la

vez que disminuye la misma en las dos restantes. Las resistencias de medicin

estn dispuestas en un "puente Wheatstone". Debido al cambio de las resistencias

se va modificando tambin la relacin de las tensiones elctricas en las

resistencias de medicin. Debido a ello se modifica la tensin de medicin (UA).La tensin de medicin es, pues, una medida para la presin en la

membrana.Mediante el puente resulta una tensin de medicin mas alta que al

evaluarse solamente una resistencia individual. El "puente Wheatstone" permite

obtener as una alta sensibilidad.El lado de la membrana que no queda sometida a

la presin de medicin se encuentra expuesto a un vaci de referencia (3), de

modo que el sensor mide el valor absoluto de la presin. El sistema electrnico

evaluador completo esta integrado en el chip y tiene la misin de amplificar la

tensin de puente, de compensar influencias de temperatura y de linealizar la

curva caracterstica de presin. La tensin de salida es del orden de 0 ....5 V y se

suministra a la unidad de control de motor a travs de conexiones elctricas.Mediante una curva caracterstica programada se calcula la presin.


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Sensores de alta presin

Aplicacin

Los sensores de alta presin se emplean en el automvil para medir la presin del

combustible y del lquido de freno:

Sensor de presin "rail" diesel Este sensor mide la presin del combustible en el

tubo distribuidor (rail) del sistema de inyeccin diesel "Common Rail". La presin

mxima de trabajo (presin nominal) Pmax: es de 160 MPa (1600 bares). La

presin del combustible es modulada en un circuito de regulacin. Es casi

constante e independiente de la carga y de la velocidad de rotacin. Las posibles

desviaciones del valor terico se compensan mediante una vlvula reguladora de

presin.

Sensor de presin "rail" para gasolina; Este sensor mide la presin del

combustible en el tubo distribuidor (rail) del sistema MED-Motronic de inyeccin

directa de gasolina; la presin, que depende de la carga y de la velocidad de

rotacin, es de 5 a 12 MPa (50 a 120 bares). La presin medida se utiliza como

magnitud real para la regulacin de la presin rail. El valor terico, que depende

de la carga y del nmero de revoluciones, est memorizado en un diagrama

caracterstico y se ajusta mediante una vlvula de control de la presin en el rail

Sensor de presin del lquido de freno Este sensor de alta presin mide la presin

del lquido de freno en el grupo hidrulico de sistemas de seguridad de marcha (p.

ej. ESP); la presin es en general de 25 MPa (250 bares). Los valores de presin

mximos pmx pueden subir hasta 35 MPa 350 bares). La medicin y la vigilancia

de la presin son activados por la unidad de control, que efecta asimismo la

evaluacin a partir de una seal retrocesiva.
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Estructura y funcionamiento

El corazn del sensor lo constituye una membrana de acero, sobre la que estn

metalizados por evaporacin unos elementos piezorresistivos formando un circuito

en puente (figura 1, pos. 3). El campo de medicin del sensor depende del

espesor de la membrana (membrana gruesa para presiones elevadas, membrana

delgada para presiones reducidas). Tan pronto como la presin a medir atraviesa

el racor (4) y acta sobre un lado de la membrana, el valor de resistencia de los

elementos piezorresistivos vara a causa de la deformacin de la membrana

(aprox. 20 m a 1500 bares).La tensin de salida de 0 a 80 mV generada por el

puente es conducida por lneas de unin a un circuito de evaluacin (2) del sensor.

Este circuito amplifica la seal emitida por el puente a un valor entre 0 y 5 V y lo

transmite a la unidad de control, que partiendo de l calcula la presin con la

ayuda de una caracterstica memorizada
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Sensores de Presin

La presin es una fuerza que ejerce sobre un rea determinada, y se mide en

unidades de fuerzas por unidades de rea.

Esta fuerza se puede aplicar a un punto en una superficie o distribuirse sobre esta.

Cada vez que se ejerce se produce una deflexin, una distorsin o un cambio de

volumen o dimensin.

Las mediciones de presin pueden ser desde valores muy bajos que se

consideran un vaco, hasta miles de toneladas de por unidad de rea.

Los principio que se aplican a la medicin de presin se utilizan tambin en la

determinacin de temperaturas, flujos y niveles de lquidos. Por lo tanto, es muy

importante conocer los principios generales de operacin, los tipos de

instrumentos, los principios de instalacin, la forma en que se deben mantener los

instrumentos, para obtener el mejor funcionamiento posible, cmo se debe usar

para controlar un sistema o una operacin y la manera como se calibran.
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Para medir la presin se utilizan sensores que estn dotados de un elemento

sensible a la presin y que emiten una seal elctrica al variar la presin o que

provocan operaciones de conmutacin si esta supera un determinado valor lmite.

Es importante tener en cuenta la presin que se mide, ya que pueden distinguirse

los siguientes tipos:

Presin absoluta

Presin diferencial

Sobrepresin.

Unidades de Medida:

En el sistema internacional de medidas, est estandarizada en Pascales.

En los pases de habla inglesa se utiliza PSI

La equivalencia entre la unidad de medida inglesa y la del sistema internacional de

medidas

resulta:

1PSI = 6.895kPascal

Tabla de conversiones:

Columna de Lquido

Es el instrumento de medicin de presin ms antiguo, y de los ms exactos en

los rango de alcance 500[Pa] a 200[kPa]. La seleccin de la configuracin de la

columna y de l fluido manomtrico permite la medicin de todos los tipos depresin. La ventajas de ste instrumento es su versatilidad.
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La ecuacin que rige la medicin de presin con este tipo de columnas es:

p1 = gh + p2

Si la columna de fluido en el nivel superior est abierta a la atmsfera (p2 =

presin baromtrica) tendremos que p1 es una presin relativa. Si la columna es

sometida a vaco (p2 es cero absoluto), entonces p1 es la presin absoluta

(tenindose un barmetro).

El manmetro en forma de "U" conforma, segn se especific, un sistema de

medicin ms bien absoluto y no depende, por lo tanto, de calibracin. Esta

ventaja lo hace un artefacto muy comn. Su desventaja principal es la longitud de

tubos necesarios para una medicin de presiones altas y, desde el punto de vista

de la instrumentacin de procesos, no es trivial transformarlo en un sistema de

transmisin remota de informacin sobre presin.

Sensor Diferencial

Los sistemas discutidos antes, para medicin de Presin (Bourdon, Tubos en "U"

de lquidos de alta densidad, miden, en general, la presin relativa a la presin

atmosfrica (si bien tanto P1 como P2 en el manmetro en "U" podran ser parte

de un proceso). A menudo es necesario conocer la presin relativa entre dos

puntos; tales sistemas se conocen como sensores (o manmetros) de presin

diferencial.
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La figura describe un sensor de presin diferencial, basado en una galga de

extensin

Tubo de Bourdon

El mtodo ms usual para medir presiones es por medio del barmetro de

Bourdon, que consiste en un tubo aplanado de bronce o acero curvado en arco. Amedida que se aplica presin al interior del tubo, ste tiende a enderezarse, y ste

movimiento se transmite a un cuadrante por intermedio de un mecanismo

amplificador adecuado. Los tubos Bourdon para altas presiones se hace de acero.

Puesto que la exactitud del aparato depende en gran parte del tubo, slo deben

emplearse tubos fabricados de acuerdo con las normas ms rigurosas y

envejecidos cuidadosamente por el fabricante. Es costumbre utilizar los

manmetros para la mitad de la presin mxima de su escala, cuando se trata de

presin fluctuante, y para los dos tercios de ella, cuando la presin es constante.

Si un tubo Bourdon se somete a presin superior a la de su lmite y a presionesmayores que las que actu sobre l en el proceso de envejecimiento, puede

producirse una deformacin permanente que haga necesaria su calibracin.

Los manmetros en uso continuo, y especialmente los sometidos a fluctuaciones

rpidas y frecuentes de presin, deben verificarse repetidas veces. Un

procedimiento cmodo para hacerlo consiste en tener un manmetro patrn
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exacto que pueda conectarse en cualquier punto de la tubera en la que est unido

el manmetro regular y efectuar comparaciones. A intervalos regulares debe

confrontarse el manmetro patrn con el manmetro de peso directo o

contrapesos. El manmetro de Bourdon es completamente satisfactorio para

presiones hasta de unas 2000 atm, siempre que sea suficiente una exactitud de 2

a 3 por ciento. Estos manmetros se encuentran en el comercio con lecturas

mximas en sus escalas de unos 7000 Kg / cm. Para cualquier tipo de carga, la

relacin entre la carga y la deformacin es una constante del material, conocida

como el mdulo de Young: E=Carga/e . Por ende, si la constante de deformacin

es conocida, se puede obtener la carga segn:

Carga = E*e

De modo que frente a deformaciones pequeas de materiales elsticos, ser

posible obtener una cuantificacin reproducible de las cargas (fuerzas)

solicitantes.El manmetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los

materiales utilizados en su construccin. Este manmetro, tal vez el ms comn

en plantas de procesos que requieran medicin de presiones, consiste de un tubo

metlico achatado y curvado en forma de "C", abierto slo en un extremo. Al

aplicar una presin al interior del tubo (se le infla, por ejemplo) la fuerza generada

en la superficie (rea) exterior de la "C" es mayor que la fuerza generada en la

superficie interior, de modo que se genera una fuerza neta que deforma la "C"

hacia una "C" ms abierta. Esta deformacin es una medicin de la presin

aplicada y puede trasladarse a una aguja indicadora tanto como a un sistema de

variacin de resistencia o campos elctricos o magnticos.

El tubo Bourdon es un tubo de seccin elptica que forma un anillo casi completo yel tubo se encuentra cerrado en un extremo.

Al aumentar la presin dentro del tubo, este se deforma, y el movimiento se

transmite a la aguja indicadora.


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Empricamente se halla el tubo adecuado al rango de presin deseado.

El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espirar

alrededor de un eje comn.

En el helicoidal se aplica el mismo concepto, pero slo que en forma de hlice.

Con estas caractersticas se obtiene una mayor longitud de desplazamiento de laaguja indicadora, favoreciendo su aplicacin a sistemas registradores.

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