Presión: Instrumentos de medida indirecta de la presión

30 Septiembre 2009

 

Los instrumentos para la medida indirecta de la presión utilizan el efecto que pro­duce la presión sobre cuerpos con ciertas figuras, o sobre algunas materias, tal como veremos más adelante.

De la misma manera que en el caso de medidas directas de pre­sión, aquí solo vamos a contemplar algunos casos de los más utilizados, aunque exis­ten otras variantes que no se van a tener en cuenta. Hay que recordar que se trata de ver los principios básicos de funcionamiento.

Medida de presión con elementos resilientes

La resiliencia es una propiedad de los materiales que permite la deformación elás­tica volviendo a su posición original, siempre que no se sobrepasen los límites que lle­van a la deformación permanente o rotura del material.

Los instrumentos que miden la presión aprovechando este efecto constituyen el grupo más importante. No necesitan energía auxiliar para llevar a cabo la medida y tienen un funcionamiento basado en un principio de medida muy simple, cuyo dia­grama de flujo aparece en la Figura 2.8 y se detalla en el resumen al final de este apartado.

El primer indicador de presión basado en la resiliencia fue el manómetro con tubo Bourdon, patentado por el ingeniero francés Eugene Bourdon a mediados del siglo xix. Posteriormente aparecieron los manómetros tipo diafragma o los de cápsula, aun­que aquí solo vamos a ver el que está basado en la deformación del tubo Bourdon.

Para ver el principio de funcionamiento haremos uso del clásico «matasuegras» de las fiestas. Se trata de un papel en forma de tubo aplastado, enrollado sobre sí mismo y cerrado por uno de sus extremos. Si este papel recibe una presión interior, aprove­chando el extremo abierto, el tubo tiende a recuperar su sección circular y, como con­secuencia, se produce el estiramiento del tubo. Este mismo efecto se produce si se uti­liza un elemento para medir la presión construido con un material resiliente o elástico. La presión cambia la figura del elemento de medida de forma proporcional a la presión. A diferencia del «matasuegras», el metal solo se puede deformar dentro de un rango limitado, para evitar la deformación permanente.

 

 


 

La Figura siguiente muestra un elemento de medida con tubo Bourdon. Aunque ya se dijo antes que el nombre de manómetro se aplica a todo elemento que mide la presión directamente, como la columna de mercurio, en la práctica se suele utilizar el nombre de manómetro al que realiza la medida con un tubo Bourdon, el cual utiliza un sistema de amplificación del movimiento relativamente pequeño del extremo del tubo, para convertirlo en movimiento rotacional que hace mover la aguja indicadora sobre una escala graduada en unidades de presión.

Como resumen, el sistema de medida de presión aplicando el principio de resilien­cia se compone de tres bloques de funcionamiento. Estos bloques son:

 

 


 

Elemento de medida. Convierte la presión (P), en un movimiento (M)

Amplificación de movimiento. Amplifica y convierte el movimiento (M), en un ángulo de rotación (R).

Escala graduada* Convierte la posición de la aguja en unidades de presión.

 

 

Medida de presión con instrumentos basados en señales eléctricas

Este tipo de instrumentos convierte la deformación producida por la presión en señales eléctricas. Las señales son amplificadas y enviadas al sistema de indicación correspondiente. Una desventaja con respecto a los elementos de medida por resilien-cia es la necesidad de incluir una fuente de alimentación eléctrica, mientras que tienen como ventaja las excelentes características dinámicas. El menor cambio producido por deformación debida a la presión, es suficiente para obtener una señal perfectamente detectable por el sensor.

Existen diversos sistemas basados en señales eléctricas, entre los que se pueden citar:

Cambio en la resistencia eléctrica de un conductor. Efecto piezoresistivo, galgas extensiométricas (Strain gage), hilo suspendido, etc.

Cambio en la inductancia de una bobina. Transformador diferencial.

Cambio en la capacidad de un condensador.

Cambio en la carga eléctrica de un material. Efecto piezoeléctrico


A modo de ejemplo vamos a ver el comportamiento de una célula de medida de presión diferencial basada en la variación de capacidad de un condensador, como apa­rece en la Figura siguiente:


La presión de proceso se transmite a uno de los lados del diafragma mientras que la presión atmosférica o la presión de referencia se transmite al otro lado del diafrag­ma. Durante la operación, el diafragma de aislamiento del fluido de proceso detecta y transmite la presión del proceso al aceite de silicona, el cual a su vez la transmite al diafragma sensible que se encuentra en el centro de la célula de medida.

En respuesta a la presión diferencial que actúa sobre el diafragma, éste sufre un desplazamiento proporcional a la diferencia de presión. Las placas del condensador situadas a ambos lados detectan la posición del diafragma, dando como resultado una diferencia de capacidad ente ambas placas. Por último, el sistema de transmisión electrónica con­vierte la diferencia de capacidad entre el diafragma y las placas del condensador, en una señal de 4 a 20 mA.


Sellos Separadores

No siempre es posible medir la presión de forma directa. A veces los transmisores no pueden estar en contacto con el fluido de proceso por diversas causas. Para solucio­nar estos inconvenientes se utilizan sellos o diafragmas separadores. La Figura siguiente muestra esquemáticamente un transmisor con diafragma de sello.


Los transmisores con sellos por diafragma remoto proporcionan un medio de conectar los procesos difíciles y aplicaciones donde no se desea que el fluido se ponga en contacto con las cámaras del transmisor.

Los diafragmas de sello eliminan la conexión por tuberías entre el transmisor y el proceso, siendo sustituidas por tubos capilares, normalmente con armadura para pro­tección mecánica. Los tubos capilares están llenos de un líquido que hace que se trans­mita la presión hasta las cámaras del transmisor. Dependiendo del fabricante se utili­zan diferentes tipos de líquido de sello, entre los que es muy normal la silicona.

 

Los diafragmas de sello se utilizan:

 

Cuando el fluido de proceso es muy denso o viscoso, por ejemplo, slurry de FCC, o tiene sólidos en suspensión que pueden obstruir las tuberías.

Cuando el fluido de proceso puede congelarse o solidificarse debido a la tem­peratura ambiente o cambios en la temperatura del proceso.

Cuando el fluido de proceso es corrosivo.

En procesos con alta temperatura.

 

 

 

 


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José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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