II. SENSORES DE PRESION
La presión es una fuerza por unidad de superficie y pueden expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmósfera, kilogramos / centímetro cuadrado y psi(libras por pulgadas cuadradas). En el sistema internacional (S.I.) esta normalizado en pascal de acuerdo con la conferencia generales de pesas y medidas (París de 1967)y 1971).
Tipos de presiones:
Presión atmosférica
Es la presión ejercida por la atmósfera terrestremedida mediante un barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a 760mm (29.9”) de mercurio absoluto o 14.7PSI.
Presión relativa
Es la determinada por un elemento que mide ladiferencia entre presión absoluta y la presión atmosférica, al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída esto es despreciable al medir presiones elevadas.
Presión diferencial
Es la diferencia entre dos presiones.
Vació
Es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existentey la presión absoluta, es decir la presión medida por debajo la presión atmosférica.
Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vació.
El campo de aplicaciones de los medidores de presión es amplio y abarca desde valores muy bajos (vació) hasta presiones de miles de bar.
Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos; mecánicos, neumáticos ,electromecánicos y electrónicos.
Ahora se describen los sensores de presión, mecánicos y electromecánicos.
Sensores mecánicos
Estos sensores se dividen en:
Sensores primarios
- Elemento primario de medida directa que mide la presión comparándola con la ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas(barómetro cubeta, manómetro de tubo en “U” manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana )
- Elemento primario de elásticos mas empleados: el tubo bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle.
2.1. SENSORES TIPO TUBO BOURDON
Es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo este tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La ley de deformación del tubo Bourdon es bastante completa y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos.
El material empleado normalmente es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleación especiales como hastelloy y monel.
- Arco de 250º
- Movimiento no-lineal (linealizado con engranaje y piñón)
- Rangos van de 0-15psi a 0-20000psi.
Sensor de Bourdon tipo C “Por balance de fuerza”
El elemento espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando mas de una espira en forma de hélice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.
Sensor de presión de Bourdon(espiral).Transmisión por balance de movimiento
2.1.2. Sensores de presión de bourdon (helicoidal)
- No necesita elementos de amplificación.
- Alto rango de sobreprotección (un instrumento con un rango de medición entre 0-1000psi puede ser expuesto a presiones de 10000psi)
- Se adecua muy bien a sistemas con variaciones de presión permanentes
2.1.3. Sensores de Presión tipo “Helicoidal” de Silicio Difundido
- Engranaje de alta precisión actuado por un motor de balanceo
- No hay contactos mecánicos con el elemento sensible a la presión
- Mide presiones de vacío, absolutas, manométricas y diferenciales entre 10-3 mmHg hasta 500psi, con inexactitud de 0.01%
SENSORES TIPO DIAFRAGMA
Consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas rígidamente entre si por soldaduras, 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 sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presion, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo amas amplio con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento.
- Los tradicionales tienen un error de histéresis entre 0,25 a 0,5% (fs) y no linealidad desde 0,1 a 2% (fs)
- Los problemas de fricción, corrimientos e histéresis elástica se han reducido hasta ±0.1% del span en transmisores “smart”
El material del diafragma es normalmente aleación de níquel o inconel, se utiliza para pequeñas presiones.
2.2. SENSORES DE PRESION DIFERENCIAL
Con diafragma extendidoCon diafragma plano
2.2.1. SENSORES TIPO FUELLE
Estos son parecidos al los de diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.
Los elementos de fuelles se caracterizan por su larga duración , demostrada en ensayos en los que han soportado sin deformación alguna millones de ciclos de flexión. El material empleado para el fuelle es usualmente bronce, fosforoso y el muelle es tratado térmicamente para mantener fija su constante de fuerza por unidad de compresión. Son empleados para pequeñas presiones.
Dependiendo de la variable que se usa para detectar la presión, se pueden clasificar como de “balance de movimiento” o de “balance de fuerzas”.
Es más simple poder incrementar su diámetro, lo que le confiere un aumento de su sensibilidad.- Tienen la ventaja (respecto de los sensores de diafragma) que generan mayores carreras, manejan fuerzas más altas y permiten generar mediciones directas.
- Tienen la desventaja que son sensibles a las variaciones de temperatura, endurecimiento por trabajo, corrimientos, desgaste por fricciones e histéresis elástica.
2.2.2. SENSORES DE PRESION ABSOLUTA
Es un conjunto de fuelles y muelles opuestos a un fuelle sellado al vació absoluto. El movimiento resultante de la unión de los fuelles equivale a la presión absoluta del fluido. El material empleado para los fuelles es el latón, o acero inoxidable. Se utiliza para medidas exactas y el control preciso de bajas presiones, a las que pueden afectar las variaciones en las presión atmosférica, Ejemplo:
En el caso de emplear un vacuometro para el mantenimiento de una presión absoluta de 50mm de mercurio en una columna de destilación, el punto de consigna seria de 710mm, con una presión atmosférica de 760 mm. Si la presión atmosférica cambiase a 775 mm el vacuometro indicaría ;710+15=725 mm con lo cual la presión absoluta en la columna seria controlada a 50+15= mm, es decir, a un 30% mas de la deseada.