¿Qué es la Presión?

La presión se define como fuerza ejercida sobre una

superficie por unidad de área. En Ingeniería, el término

presión se restringe generalmente a la fuerza ejercida

por un fluido por unidad de área de la superficie que lo

encierra. De esta manera, la presión (P) de una fuerza

(F) distribuida sobre un área (A), se define como:

A

FP

F : Fuerza (N)

A: área (m2)

P: presión (Pa=N/m2)

Además: 1psi=1libra/pulg2

Considerando que 1 libra = 0,4536Kg y 1 pulg = 2,54 cm

Entonces: 1Kg / cm2 = 14,223 psi

Unidades

Sistema de

unidades

Fuerza Masa Aceleración

MKS N kg m/s2

CGS dina g cm/s2

INGENIERIA libra slug pie/s2

Unidades

Aceleración de la gravedad = 9,8066 m/s2 = 32.1740 pie/s2

1 libra masa = 0.45359237 kg

1 kg = 2.21 libra masa

1 libra fuerza = 1 libra = (1 libra masa)(gravedad) =4,45 N

1N = 100000 dinas

¿cuáles son las unidades más

usadas?

-bar

-psi (libra por pulgada cuadrada)

-atmósfera (atm)

-pulgadas de mercurio (“Hg)

-pulgadas de agua (“H2O)

-kilo pascal (KPa)

-milímetro de mercurio (mmHg)

Factores de conversión para unidades de presión

Kg/cm2 psi Atm. bar “Hg “H2O KPa

Kg/cm2 1,0000 14,2230 0,9678 0,98067 28,9600 394,06 98,0670

psi 0,0703 1,0000 0,06804 0,06895 2,0360 27,705 6,8450

Atm. 1,0332 14,9660 1,0000 1,01325 29,9200 407,2 101,3250

bar 1,0197 14,5030 0,98692 1,0000 29,5300 401,606 100,0000

“Hg 0,0345 0,4912 0,03342 0,03386 1,0000 13,620 3,3864

“H2O 0,00254 0,03609 0,002457 0,00249 0,07307 1,000 0,24886

KPa 0,0101 0,1450 0,00986 0,0100 0,2953 4,01832 1,0000

Comparación de unidades de

presión

1atm = 760 mmHg

1atm = 29,92”Hg.

1atm = 14,696psi

1atm = 1,01325bar

1atm = 406,784”H2O

1atm = 101,325KPa

1atm = 1,03322Kg / cm2

¿Porqué se mide la presión?

• Para dar condiciones de seguridad

las presiones excesivas pueden provocar la

destrucción de un equipo

• Para garantizar la ejecución de un proceso

los procesos de fabricación se ejecutan

exitosamente bajo ciertas condiciones de

presión.

Tipos de presión

Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión

cero de un vacío absoluto.

Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que

rodea la tierra (barométrica) sobre todos los objetos que se

hallan en contacto con ella.

Presión relativa o manométrica: Presión mayor a la presión

atmosférica, es la presión medida con referencia a la presión

atmosférica, conocida también como presión relativa o presión

positiva.

Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones.

Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión Manométrica

Instrumentos para medir la presión

a) Instrumentos mecánicos

1) Columnas de Líquido:

- Manómetro de Presión Absoluta.

- Manómetro de Tubo en U.

- Manómetro de Pozo.

- Manómetro de Tubo Inclinado.

- Manómetro Tipo Campana.

2) Instrumentos Elásticos:

- Tubos Bourdon.

- Fuelles.

- Diafragmas.

Instrumentos para medir la presión

b. Instrumentos electromecánicos y electrónicos

- Medidores de Esfuerzo (Strain Gages)

- Transductores de Presión Resistivos

- Transductores de Presión Capacitivos

- Transductores de Presión Magnéticos

- Transductores de Presión Piezoeléctricos

Principales características de los instrumentos para medir presión

Manómetro para medición de

Presión Absoluta

Es un tubo en "U" que tiene un extremo sellado y al vacío y el

otro extremo abierto a la presión absoluta que se va a medir

Manómetro de tubo en "U"

Se utiliza para medir presión diferencial. Consiste en un tubo

en forma de "U" lleno de líquido. En cada una de las ramas

del tubo se aplica una presión. La diferencia de altura del

líquido en las dos ramas es proporcional a la diferencia de

presiones

Manómetro de Pozo

En este tipo de manómetro una de las columnas del

tubo en "U" ha sido sustituida por un reservorio o pozo

de gran diámetro, de forma tal que la presión

diferencial es indicada únicamente por la altura del

líquido en la rama no eliminada del tubo "U"

Manómetro de Tubo Inclinado

Se utiliza para mediciones de presiones

diferenciales pequeñas. En este tipo de

manómetro, la rama del tubo de menor

diámetro esta inclinada con el objeto de

obtener una escala mayor, ya que en este caso

h = L sen Ø

Tubos Bourdon

Funcionan bajo el siguiente principio mecánico: un tubo

enrollado, cerrado por un extremo, tiende a enderezarse

cuando por el otro extremo del tubo se le aplica un gas o

líquido bajo presión. Su precisión alcanzan a 0,05% del span.

El movimiento del extremo libre del tubo Bourdon se

convierte, por medio de engranajes y eslabones, en un

movimiento proporcional de una aguja o una plumilla del

indicador o registrador. El movimiento de tubo Bourdon

también puede ser acoplado electrónicamente a un transmisor

o transductor.

Tubos Bourdon

• Materiales de construcción

- Acero inoxidable 316 y 403

- Cobre - Berilio

- Bronce Fosforado.

El material seleccionado determina tanto el rango como laresistencia del tubo a la corrosión.

• Ejemplo:

- Un tubo espiral de bronce es adecuado para presiones hasta300 psig

- Un tubo espiral de acero, puede manejar presiones de hasta4000 psig.

Tubo de Bourdon Tipo C

Tubo de sección elíptica que forma un anillo casi

completo cerrado por un extremo y conectado a la

fuente de presión por el otro. Al aumentar la

presión en el interior del tubo este se endereza

provocando un movimiento que es captado por

una aguja indicadora o un transmisor, colocados

en el extremo cerrado del tubo.

Se utilizan principalmente para indicación local en

medidores de presión, que están conectados

directamente sobre recipientes de proceso y

tuberías

Tubo de Bourdon Tipo C

Tubo de Bourdon

(1) Tubo de Bourdon

(2) Soporte fijo del tubo

(3) Extremo móvil del tubo

(4) Corredera

(5) Biela

(6) Engranaje

(7) Aguja indicadora

(8) Escala calibrada

Tubo de Bourdon

Tubo de Bourdon Tipo Hélice

Se construyen enrollando el tubo, de sección

transversal plana, en una espiral de varias vueltas

en vez de formar un arco de 270° como en el tipo

“C”. Este arreglo da al espiral un mayor grado de

movimiento por unidad de cambio en la presión si

se compara con el tubo Bourdon tipo "C".

Tubo Bourdon Helicoidal: Se construye de forma similar al

tubo en espiral, pero enrollando el tubo en forma helicoidal

Tubo de Bourdon Tipo Hélice

Miden presiones

con una mayor

precisión ya que el

movimiento de sus

extremos cerrados

es mayor

Fuelle

Es un tubo flexible, el cual cambia su

longitud de acuerdo a la presión aplicada.

Este cambio de longitud es mucho mayor

que el que se obtendría si se utilizara un

tubo Bourdon de las mismas características.

Se aplican en medición de presión absoluta

y medición de presión diferencial.

Forman parte de instrumentos tales como

transmisores, controladores y registradores.

Fuelle

Diafragma

Es un tubo fino sin soldadura, ondulado, de

acero inoxidable o latón que por efecto de la

presión se estira o contrae con un

desplazamiento considerable.

para conseguir una mayor duración y

precisión el movimiento esta contrarrestado

por un muelle

Diafragma

Los diafragmas pueden ser metálicos y no

metálicos. Entre los materiales comúnmente

más utilizados se encuentran: bronce, cobre-

berilio, acero inoxidable, neopreno, siliconas

y teflón

Se emplean en medición de bajas presiones y

vacío; y en mediciones de presión absoluta y

diferencial.

Diafragma

Diafragma

Diafragma

Sistemas de sellado

Aplicaciones:

a) El fluido de proceso es corrosivo para el dispositivo de medición

b) El fluido es un gas o vapor con posibilidad de condensación por

disminución de la temperatura durante la medición, por ejemplo:

vapor de agua

c) El fluido es un liquido con sólidos en suspensión

d) El fluido es un liquido pastoso

e) El fluido tiende a cristalizarse con la variación de la temperatura

al ser aplicado al medidor, por ejemplo: petróleo, asfalto

f) El fluido no puede depositarse sobre el dispositivo de medición,

por ejemplo: medicamentos, alimentos

g) El fluido es peligroso

Sistemas de sellado

SENSOR CAPACITIVO

Consta de dos membranas exteriores y un fluido

en contacto con un diafragma sensor, situado entre

las dos armaduras de un condensador.

El fluido transmite la presión soportada por las

membranas al diafragma, el cual se desplaza hacia

un lado o hacia otro proporcionalmente a la

presión diferencial. Esto hace que cambie la

constante dieléctrica del condensador.

SENSOR CAPACITIVO

SENSOR INDUCTIVO

se basa en que al

desplazar un núcleo

móvil dentro de una

bobina aumenta la

tensión inducida en el

arrollamiento secundario

Sensor piezoeléctrico

Son materiales cristalinos que al deformarse

físicamente por la acción de una presión,

generan una señal eléctrica.

Dos materiales típicos en los transductores

piezoeléctricos son el cuarzo y el titanio de

bario, capaces de soportar temperaturas del

orden de 150° C en servicio continuo y de

230° C en servicio intermitente.

Sensor piezoeléctrico

- Son elementos ligeros, de pequeño tamaño y robustos

- Su señal de respuesta a una variación de presión es lineal

- Adecuados para medidas dinámicas

- Respuestas de frecuencias de hasta un millón de Hz.

- Tienen la desventaja de ser sensibles a los cambios en la temperatura y precisan ajuste de impedancias en caso de fuerte choque.

- Su señal de salida es relativamente débil por lo que precisan de amplificadores y acondicionadores de señal que pueden introducir errores en la medición.

Sensor piezoeléctrico

Cristal de cuarzo

Fuerza

Placa metálica

+

-

Sensor piezoeléctrico

Sensor de galgas extensiométricas

Al someter una galga a presión, varía su longitud y

su diámetro y en consecuencia su resistencia eléctrica.

Para medir dicha resistencia se conecta la galga a un

puente de Wheatstone.

Se suelen conectar 4 (2 a tensión y 2 a compresión) y

además a la misma temperatura, para evitar cambios en

R que no se deban a la deformación

Sensor de galgas extensiométricas

Sensor de galgas extensiométricas

Medio puente

Puente completo

Factor de sensibilidad

Selección del medidor de presión

-Requerimientos de presión del sistema

-El rango debe ser 125% de la presión normal de

trabajo

-Exactitud y precisión

-Temperatura del proceso

-Compatibilidad del medidor con el fluido

-Grado de protección

-Tipo de rosca

Características de los medidores de

presión

Transductores de presión

Este tipo de instrumentos de presión convierten la

deformación producida por la presión en señales

eléctricas. Requiere una fuente de alimentación

eléctrica. Tiene excelentes características dinámicas,

es decir, el menor cambio producido por la

deformación debida a la presión, es suficiente para

obtener una señal perfectamente detectable por el

sensor.

Transductores de presiónConvierten la presión a una

señal estándar:

4-20mA, 0-20mA, 1-5VDC,

1-6KHz, etc.

Transductores de presión

Calibradores Neumáticos

Balanza de pesos muertos