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La resistencia que se obtenga mediante un puente de Wheastone, podrá asociarse casi de forma lineal con el valorde la presión.Su rango de medida varia entre 0,1 y 300 Kg/cm2, su precisión es de alrededor del 1,5% del Span, pero su defectoes que son altamente sensibles a las vibraciones.Los elementos magnéticos trabajan de forma similar a los resistivos, solo que en este caso el transductor no seráuna resistencia, sino una bobina y un imán conectado mecánicamente al elemento elástico. El devanado de labobina es alimentado con corriente alterna y la fem inducida por el imán será opuesta a la de alimentación, siendola diferencia proporcional a la presión aplicada sobre el elemento elástico. Una gráfica de el elemento se presenta acontinuación.Los elementos capacitivos se basan en el principio que establece que un condesador variara su capacitancia aldesplazarse una de sus placas. En este caso, una de las placas, la móvil, estará conectada mecánicamente a unelemento elástico, de tal forma que podemos establecer un puente de Wheastone capacitivo, cuyas característicasson mas estables que las del elemento resistivo, sin embargo, como todos los anteriores sistemas sigue siendosensible a las vibraciones.Los elementos extensiometricos también conocidos como galgas extensiometricas (strain gage), se basan en unprincipio que establece que la resistividad de un conductor varia de acuerdo al diámetro y longitud de dichoconductor.Recientemente, fue descubierto un material conductor, que tenía la peculiaridad mecánica de poseer un coeficientede elasticidad tal que le era posible, en forma de conductor (hilo), al aplicar tensión mecánica, deformaseaumentando su longitud y disminuyendo su diámetro y al desaparecer el efecto de la tensión, el conductorrecuperara sus dimensiones originales de longitud y diámetro. A este tipo de conductor se le llamo hilo activo.Este hilo activo, incorporado en un material elástico y adhesivo, forma lo que se llaman las galgas extensiometricas(strain Gage).Al instalar una de estas galgas sobre la superficie de un elemento elástico de medición de presión, podremosmediante un puente de wheastone, medir la variación de resistividad por el efecto de las deformaciones.En este caso, las vibraciones tendrán un efecto nulo sobre la medición, por lo que este tipo de transductor es uno delos mas novedosos y versátiles descubrimiento de finales de la década pasada.Su intervalo de medición varia entre 0,6 y 10000 Kg/cm2, lo cual da una idea de su eficacia.Los transductores Piezoeléctricos, actualmente aún en estudio para su aplicación industrial, son materialescristalinos que al deformarse por efecto de la presión, generan una señal eléctrica. Los materiales cristalinos que seestudian son el cuarzo y el titanio de bario, capaces de soportar temperaturas entre 150 y 230 grados celsius enservicio intermitente.Este rango de temperatura no es aceptable de ningún modo para los anteriores elementos transductores, lo queadvierte sobre la gama de aplicaciones industriales de los piezoelétricos.Teoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres7

Elementos Electrónicos de vacíoLos elementos electrónicos de vacío se emplean para la medición de alto vacío, son altamente sensibles y seclasifican:- Mecánicos- Medidor de McLeod- Térmicos- De IonizaciónLos medidores Electrónicos-Mecánicos de vacío, constan de un fuelle y un diafragma conectados, midiendo ladiferencia de presiones entre las presiones atmosféricas y la del proceso.El medidor de McLeod, que es usado como instrumento de calibración de muchos otros instrumentos, se basa encomprimir una muestra del gas a un volumen mas pequeño, mayor que la atmosférica, para luego deducir la presiónoriginal mediante la aplicación de la ley de Boyle.Los transductores de Ionización utilizan el principio que habla de la formación de iones que se producen en las8colisiones que existen entre moléculas y electrones (o bien partículas alfa en el tipo de radiación). La formación deestos iones variara directamente proporcional con la presión, en niveles muy bajos de presión absoluta.Principio en Dispositivos para medición y regulación de presiónManómetroTeoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. TorresPresostato

Tipos de Medidores de PresiónLas formas más comunes es el tubo en "C", el Espiral y el Helicoidal como vimos anteriormente.El mas simple es el tubo en "C", alcanza a medir hasta 1,1500 Kg/cm2 con 2% de error máximo sin embargo, en loselementos que requieren mayor precisión se usan los espirales o los helicoidales pues tienen mayor ganancia que eltubo "C" y su precisión es de 0.5%. Los elementos de espiral admiten hasta 300 Kg/cm2.Además de todos los anteriores existe un grupo de manómetros diseñados para medir presiones bajas e intermedias(hasta 2 Kg/cm2 ) de los cuales son:Manómetro de Resistencia (PIRANI)Operan bajo el principio de que la perdida de color de un alambre caliente varia de acuerdo con los cambios depresión a los que esta sujeto, las variaciones en perdidas de calor son relativamente grandes cuando se operan conpresiones alrededor de 1 mmHg absoluto.Este manómetro tiene un tubo sellado a una presión menor de 1 micrón (1x10-3 mmHg) lleva en su interior unaresistencia que constituye la celda de compensación y otro tubo abierto con una resistencia igual a la anterior elcual se conecta a la fuente de presión que va a ser medida. Ambas celdas forman parte de un circuito quefundamentalmente es un puente de Wheatstone y finalmente las variaciones de voltaje se miden con unpotenciómetro graduado en términos de presión absoluta.Manómetro de TermoparesEste aparato es similar al anterior, excepto en que cada celda hay 2 termopares calentados por 4 filamentosalimentados por 4 bobinas secundarias de un transformador, la salida del mV obtenido, se mide con unpotenciómetro graduado en presión absoluta que en el caso anterior.Teoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres9

Manómetro de IonizaciónSe utiliza en la medición de vacios extremosos (de 0 a 1 micrón) consiste en un bulbo conectado a la fuente devacio.10Cuando los electrones emitidos por un filamento caliente bombardean las moléculas del gas ocurre una ionizaciónde las mismas; estos iones permiten que la corriente fluya entre los electrodos. La proporción del flujo de iones esuna medición directa de la cantidad de gas presente y por lo tanto de la presión absoluta; la corriente resultante esamplificada electrónicamente y después medida con un potenciómetro electrónico graduado en unidades de presiónabsoluta.Manómetro de Campana InvertidaEstos manómetros son muy usuales en mediciones de presiones bajas, (de 3 a 4 mmH2O). Cuando se usa paramedir presión estática, la campana que esta sumergida en aceite se balancea con un contrapeso pues estos aparatosno usan resorte y trabajan con una báscula romana. Cuando se usan como presión diferencial llevan 2 campanas yla calibración depende de la posición del contrapeso, puede medir hasta 3 a 7.6 cmH2O como se muestra en lafigura.Para medir presiones extremadamente grandes, se utilizan otros dispositivos conocidos como medidores deesfuerzos este aparato posee algunas ventajas como su medición es eléctrica, la distancia entre el aparato y elelemento medidor pueden ser relativamente grandes, además como no tiene partes móviles puede ser selladoherméticamente y no es afectado por humedad, corrosión u otros agentes, también puede resistir hasta 3 veces elmáximo de presión sin dañarse debido a la rubuztes de su construcción.El elemento medidor es un alambre plano en forma de rejilla y conectado a un potenciómetro, opera entre rangos de7 a 3,500 Kg/cm2.Teoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres

Manómetro de CampanaEste medidor se conoce también con el nombre de medidor de mercurio o campana de ledoux y es muy usual comomedidor de flujo, consiste en 2 recipientes unidos por la parte inferior similar al manómetro de "U"; en realidadmide presiones diferenciales.Uno de los recipientes contiene un flotador de acero al carbón que arrastra un mecanismo para mover una plumilla.11Manómetro de FuelleEn su interior lleva un resorte que se opone al efecto de la presión, pueden ser abiertos o cerrados, en los primerosse usa en tangos de 13 a 230 cmH2O y los segundos de 0.21 a 2 Kg/cm2. El movimiento obtenido por variacionesde presión se amplifica con un juego de palancas y se transmite a una aguja o puntero.Teoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres

Manómetros de Cápsula y DiafragmaSon utilizados para medir presiones de 2.5 a 240 cmH2O, las cápsulas son construidas de latón delgado o aceroinoxidable y los diafragmas pueden ser de cuero tratado con aceite, hule, neopreno, teflón, etc.12Manómetro de Mc. ClauOpera en un columpio que permite hacerlo cambiar de posición horizontal a vertical y viceversa, atrapando unvolumen definido de gas de presión desconocido que al ser comprimido a un pequeño volumen por acción delmercurio se obtiene una diferencia de niveles entre el tubo central y el tubo capilar de compensación. Como esobvio, este sistema no sirve para gases que se condensen, además la lectura es intermitente. Aplicando la ley deboyle se puede hacer una escala calibrada en términos de presión absoluta que represente el valor del sistema devacío que se esta midiendo, Este aparato es tan exacto que se utiliza para calibrar otras gamas parecidas.MEDIDAS DE PRESIONUnidades y clases de presiónLa presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, bar,atmosferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada). En él Sistema Internacional(S.I.) esta normalizada en pascal de acuerdo con las Conferencias Generales de Pesas y Medidas que tuvieron lugaren Paris en octubre de 1967 y 1971, y según la Recomendación Internacional número 17, ratificada en la IIIConferencia General de la Organización Internacional de Metrología Legal. El pascal es 1 newton por metrocuadrado (1 N/m²), siendo el newton la fuerza que aplicada a un cuerpo.Tabla 1 de unidades de presiónTeoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres

Como hemos visto en el 1er capitulo de este curso, la presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales.En la siguiente figura se indican las clases de presión que los instrumentos miden comúnmente miden en lasindustrias.13Clases de PresiónLa presión absoluta mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de la figura 1.1).La presión atmosférica es la presión ejercida por la atmosfera terrestre medida mediante un barometro. A niveldel mar, esta presión es proxima a 760 mm (29,9 pulgadas) de mercurio absolutas o 14,7 psia (libras por pulgadacuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por la atmosfera estandar.La presión relativa es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y laatmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar odisminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos B y B'), si bien elloes despreciable al medir presiones elevadas.La presión diferencial es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C'. El vacío es la diferencia de presionesentre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de laatmosférica (puntos D, D' y D"). Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o pulgadasde columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vacío.El campo de aplicación de los medidores de presión es amplio y abarca desde valores muy bajos (vacío) hastapresiones de miles de bar.Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzasEn este instrumento el elemento mecánico de medición (tubo Bourdon, espiral, fuelle . ) ejerce una fuerza sobreuna barra rigida del transmisor.Para cada valor de la presión, la barra adopta una posición determinada excitándose un transductor dedesplazamiento tal como un detector de inductancia, un transformador diferencial o bien un detector fotoeléctrico.Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una unidad magnética y la fuerzagenerada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas. Se completa asi un circuito de realimentación variando lacorriente de salida en forma proporcional al intervalo de presiones del proceso.En el transmisor de equilibrio de fuerzas con detector fotoeléctrico (anexo 2 c), la barra rígida tiene en su extremouna ventanilla ranurada que interrumpe total o parcialmente un rayo de luz que incide en una cé1ula fotoeléctricade dos elementos. Esta cé1ula forma parte de un circuito de puente de Wheatstone autoequilibrado y, por lo tanto,cualquier variación de presión que cambie la barra de posición, moverá la ventana ranurada y desequilibrará elpuente. La señal diferencial que se produce en los dos elementos de la ce1ula es amplificada y excita unservomotor. Éste, al girar, atornilla una varilla roscada la cual comprime un resorte de realimentación que a su vezaprieta la barra de equilibrio de fuerza con una fuerza tal que compensa la fuerza desarrollada por el elemento depresión.De este modo, el sistema se estabiliza en una nueva posición de equilibrio.Teoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres

Este transmisor dispone de un contador óptico-mecánico acoplado al servomotor que señala los valores de presiónen una pantalla exterior.Los transductores electrónicos de equilibrio de fuerzas se caracterizan por tener un movimiento muy pequeño de labarra de equilibrio, poseen realimentación, una elasticidad muy buena y un nivel alto en la señal de salida. Por suconstitución mecánica presentan un ajuste del cero y del alcance (span) complicado y un alta sensibilidad avibraciones y su estabilidad en el tiempo es de media a pobre.Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico que utilizan (tubo Bourdon, espiral, fuelle,diafragma, etc. ) y su precisión es del orden de 0,5 - 1 %Transductores resistivosConstituyen, sin duda, uno de los transmisores eléctricos más sencillos. Consisten en un elemento elástico (tuboBourdon o capsula) que varia la resistencia ohmica de un potenciómetro en función de la presión. El potenciómetropuede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o node resistencia. Existen varios tipos de potenciómetro segun sea el elemento de resistencia: potenciómetros de14grafito, de resistencia bobinada, de pelicula metálica y de plastico moldeado. En la siguiente figura, puede verse untransductor resistivo representativo que consta de un muelle de referencia, el elemento de presión y unpotenciómetro de precisión. El muelle de referencia es el corazón del transductor ya que su desviación alcomprimirse debe ser unicamente una función de la presión y además debe ser independiente de la temperatura, dela aceleración y de otros factores ambientes externos.El movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo movil aislado que se apoya sobre el potenciómetrode precisión. Este esta conectado a un circuito de puente de Wheatstone.Los transductores resistivos son simples y su señal de salida es bastante potente como para proporcionar unacorriente de salida suficiente para el funcionamiento de los instrumentos de indicación sin necesidad deamplificación. Sin embargo, son insensibles a pequeños movimientos del contacto del cursor, muy sensibles avibraciones y presentan una estabilidad pobre en el tiempo.El intervalo de medida de estos transmisores corresponde al elemento de,presión que utilizan (tubo Bourdon, fuelle . ) y varía en general de 0-0,1 a 0-300 kg/cm². La precisión es del ordende 1-2 %Transductores magnéticosSe clasifican en dos grupos según el principio de funcionamiento.a) Transductores de inductancia variable (ver siguiente figura) en los que el desplazamiento de un nucleo movildentro de una bobina aumenta la inductancia de esta en forma casi proporcional a la porción metálica del nucleocontenida dentro de la bobina.Transductor de inductancia variable.Teoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres

El devanado de la bobina se alimenta con una corriente alterna y la f.e.m. de autoinducción generada se opone a laf.e.m. de alimentación, de tal modo que al ir penetrando el núcleo móvil dentro de la bobina la corriente presente enel circuito se va reduciendo por aumentar la f.e.m. de autoinducción.El transformador diferencial estudiado en los transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas es también untransductor de inductancia variable, si bien, en lugar de considerar una sola bobina con un núcleo móvil, se trata detres bobinas en las que la bobina central o primaria es alimentada con una corriente alterna y el flujo magnéticogenerado induce tensiones en las otras dos bobinas, con la particularidad de que si el núcleo esta en el centro, lasdos tensiones son iguales y opuestas y si se desplaza a la derecha o a la izquierda, las tensiones son distintas.Es decir, que el transformador diferencial es más bien un aparato de relación de inductancias.Los transductores de inductancia variable tienen las siguientes ventajas: no producen rozamiento en la medición,tienen una respuesta lineal, son pequeños y de construcción robusta y no precisan ajustes criticos en el montaie. Suprecisión del orden de 1 %.15b) Los transductores de inductancia variable (ver siguiente figura) consisten en un imán permanente o unelectroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de material magnético.El circuito magnético se alimenta con una fuerza magnetomotriz constantecon lo cual al cambiar la posición de la armadura varía la reluctancia y por lotanto el flujo magnético. Esta variación del flujo da lugar a una corriente inducida en la bobina que es, por tanto,proporcional al grado de desplazamiento de la armadura móvil.Transductor de inductancia variableEl movimiento de la armadura es pequeño (del orden de un grado como máximo en armaduras giratorias) sincontacto alguno con las partes fijas, por lo cual no existen rozamientos eliminándose la histéresis mecánica típicade otros instrumentos.Los transductores de reluctancia variable presentan una alta sensibilidad a las vibraciones,una estabilidad media en el tiempo y son sensibles a la temperatura. Su precisión es del orden de 0,5 %.Ambos tipos de transductores posicionan el núcleo o la armadura móviles con un elemento de presión (tuboBourdon, espiral . ) y utilizan circuitos e1éctricos bobinados de puente de inductancias de corriente alterna.Transductores capacitivosSe basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por laaplicación de presión (Ver la siguiente figura).Transductor capacitivoTeoría Introductoria a la presión 2da Parte – Modulo InstrumentaciónAutor: Ing. Martin A. Torres

La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tienen doscondensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse encircuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna.Los transductores capacitivos se caracterizan por su pequeño tamaño y su construcción robusta, tienen un pequeñodesplazamiento volumétrico y son adecuados para medida

PRESION (2da Parte): En casi la mayoría de todos los procesos industriales, nos vemos involucrados con líquidos, gases u bien ambos . M. de Fuelle Cerrado 0 a 3 Kg/cm 2 M. de Espiral 0 a 300 Kg/cm 2 M. de Bourdon tipo "C" 0 a 1,500 Kg/cm 2 M. Medidor de esfuerzos (stren geigs) 7 a 3,500 Kg/cm 2 M. Helicoidal 0 a 10,000 Kg/cm2