Guías
Ed Edwards
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Los manómetros son instrumentos de precisión que se utilizan para medir la presión, que es la fuerza ejercida por un gas o líquido por unidad de superficie debido a los efectos del peso de ese gas o líquido de la gravedad. Dependiendo del tipo y de la configuración, los manómetros se pueden configurar para proporcionar una medición de diferentes valores de presión. Un tipo común de manómetro con el que la mayoría de las personas están familiarizadas es el que los médicos y los profesionales médicos utilizan para medir y controlar la presión arterial de un paciente. Este tipo de manómetro se llama esfigmomanómetro.
Este artículo describirá los diferentes tipos de manómetros, explicará cómo funcionan, presentará sus aplicaciones y discutirá las consideraciones de los factores de corrección utilizados para los manómetros.
Definiciones de presión
Es útil revisar algunos principios básicos relacionados con la presión. La presión es una medida de la cantidad de fuerza (F) que se ejerce por unidad de área (A):
La unidad de medida para la presión es, por lo tanto, un valor de fuerza dividido por un valor de distancia cuadrado. En unidades métricas, la medida de presión de la unidad a es Newtons / (metro)2, conocido como Pascal (Pa). Otras unidades de medida de presión comunes incluyen libras por pulgada cuadrada (psi), milibares, atmósferas (atm), milímetros de mercurio (mm Hg) y pulgadas de agua (en H2O).
La presión se puede representar en términos de tres categorías específicas:
- Presión absoluta
- Presión manométrica
- Presión diferencial
La presión absoluta mide el valor de la presión que se ejerce en relación con la presión cero absoluta de un vacío. La presión manométrica presenta la diferencia entre el valor de presión medido y la presión atmosférica local (piense en términos de un manómetro de presión de neumáticos). La presión diferencial se utiliza para describir la realización de una medición que es la diferencia entre dos niveles de presión (desconocidos), donde no se especifica una presión de referencia, pero la medición de la cantidad de presión por la que se diferencian los dos sigue siendo importante.
Por lo tanto, la presión total o absoluta se puede definir en términos de presión manométrica y presión atmosférica de la siguiente manera:
Los tipos de manómetros
Los manómetros pueden clasificarse ampliamente como de dos tipos principales, manómetros analógicos y manómetros digitales, cada uno de los cuales se analiza a continuación.
Los manómetros analógicos y Cómo funcionan
Los manómetros analógicos utilizan un fluido contenido en un tubo en forma de U y funcionan utilizando el principio del Equilibrio Hidrostático. El fluido en el tubo se asentará a la misma altura en cada pierna del tubo cuando ambos extremos estén abiertos a la presión atmosférica. Pero si se aplica presión positiva a una de las piernas del tubo en forma de U, entonces el nivel de líquido caerá en esa pierna y aumentará en la otra pierna. Esto se debe a que la presión obligará al fluido a caer en una pierna y elevarse en la otra hasta que el peso de la columna de fluido que resulta de la presión aplicada sea suficiente para oponerse a ese valor de presión. Por lo tanto, la distancia vertical entre el nivel del fluido en las dos patas del tubo representa una medida de la cantidad de presión que se aplica. Estos tipos comunes de manómetros analógicos se conocen como manómetros de tubo en U. El valor de presión (P) que se observa es una función de la altura (h) y la densidad (ρ) del fluido utilizado en el manómetro, el valor (g) que representa la constante gravitacional.
Otro tipo de manómetro analógico es el tipo de manómetro, a veces referido como una cisterna manómetro. El manómetro tipo pozo es como el estilo de tubo en U, la diferencia es que una de las patas de la U tiene un área de sección transversal que es mucho más grande que la de la segunda pierna. Esta disposición resulta en un movimiento más pequeño del nivel de fluido en la pierna más grande cuando se expone a la presión, lo que permite efectivamente el uso de una sola escala para leer para obtener el valor de presión, en lugar de dos escalas en el estilo de tubo en U.
Los manómetros inclinados, como su nombre indica, están diseñados con un tubo que no se asienta verticalmente, sino en un ángulo poco profundo con respecto al plano horizontal. Este diseño permite que el instrumento observe una cantidad relativamente pequeña de cambio de presión, lo que ofrece una sensibilidad y resolución mejoradas.
Otro tipo de manómetro se llama manómetro absoluto. Los manómetros absolutos utilizan una pierna sellada que permite que solo una pierna del tubo del manómetro se exponga a la presión exterior. En el lado sellado, existe una condición de vacío que representa la presión cero absoluta sellada por una columna de mercurio. Por lo tanto, el manómetro mide la presión absoluta en lugar de la presión manométrica o la presión diferencial. Este tipo de manómetro puede ser el estilo de pozo del estilo de tubo en U descrito anteriormente. Los barómetros de mercurio que miden la presión atmosférica son un ejemplo común de un manómetro absoluto.
Varios fluidos se utilizan en manómetros analógicos. Los fluidos comunes se muestran en la Tabla 1, a continuación, que a veces se conocen como fluidos manométricos. Al cambiar el fluido utilizado, se puede variar la precisión, el alcance y la sensibilidad del manómetro analógico. Los fluidos con densidades más altas que el agua proporcionan rangos más altos pero resoluciones más bajas. De manera similar, la reducción de la densidad del fluido manométrico, también llamado fluido indicador, disminuirá el rango de presión pero aumentará su sensibilidad.
Tabla 1-Ejemplos de Fluidos Indicadores para su uso en Manómetros
|
lo que Indica Líquido |
rango de Temperatura |
la Gravedad Específica* |
|
de Alta Pureza Mercurio |
-30oF – 200oF |
13.54 @ 71.6oF |
|
Red Oil #827 |
40oF – 120oF |
0.827 @ 60oF |
|
Red Unity Oil # 100 |
30oF – 100oF |
1.00 @ 73oF |
|
Green Concentrate #1000 |
40oF – 120oF |
1.000 @ 55oF |
|
Acetylene Tetrabromide |
40oF – 100oF |
2.95 @ 78oF |
|
Dibutyl Phthalate |
20oF – 150oF |
1.04 @ 80oF |
Los manómetros digitales y Su Funcionamiento
Los manómetros digitales, también conocidos como manómetros electrónicos, no dependen del Equilibrio hidrostático de fluidos para determinar la presión. En su lugar, contienen un transductor de presión, un dispositivo que puede convertir un nivel de presión observado en una señal eléctrica cuyo valor característico es proporcional a, o un proxy para, la magnitud de la presión. La parte elástica del transductor se desvía bajo presión y esa desviación se convierte luego en un valor de un parámetro eléctrico que puede detectarse y calibrarse para una lectura de presión. Los transductores de presión suelen utilizar uno de los tres tipos de parámetros eléctricos: resistivos, capacitivos o inductivos.
- Los transductores resistivos producen una deformación que cambia la resistencia eléctrica de una galga extensométrica.
- Los transductores capacitivos dependen de los cambios en el valor de la capacitancia observados como resultado de la deformación que cambia la posición relativa de las dos placas de un condensador.
- Los transductores inductivos utilizan la deformación de la porción elástica para alterar el movimiento lineal de un núcleo ferromagnético unido dentro de una bobina o inductor. Este movimiento varía la corriente emf y CA inducida generada en la bobina.
Para realizar mediciones a presiones muy bajas, se utilizan tipos adicionales de estilos de transductores de presión, incluidos un medidor Pirani, un transductor de tipo termopar y un medidor de ionización. Los manómetros de baja presión también se denominan micromanómetros.
Manómetros digitales algunas ventajas sobre los modelos analógicos. Manómetros digitales:
- Son portátiles en tamaño, pesan menos y cuentan con pantallas fáciles de leer.
- Puede interactuar con una computadora o un controlador lógico programable (PLC).
- No confíe en el uso de fluidos manométricos, algunos de los cuales (mercurio, por ejemplo) pueden ser tóxicos.
- No están sujetos a problemas relacionados con las propiedades de los fluidos que puedan afectar la precisión de las mediciones.
- Puede corregir desviaciones de las condiciones estándar a través de la programación de software.
Como no son un estándar primario, sin embargo, requieren calibración periódica contra un estándar primario.
Las correcciones de propiedades de fluidos Aplicables a los manómetros
Los manómetros analógicos que dependen de las propiedades de los fluidos están sujetos a la necesidad de correcciones. La densidad de los fluidos no es constante con la temperatura y la intensidad del campo gravitacional varía en función tanto de la elevación sobre el nivel del mar como de la latitud. Estos hechos exigen el uso de metodologías de corrección y la necesidad de establecer referencias estándar para que se pueda establecer y acordar una definición de presión. La referencia 5 infra contiene una explicación completa de las metodologías que se aplican a esas correcciones, que sólo se presentan aquí brevemente.Corrección para la Densidad del fluido: se ajusta por el hecho de que la densidad del fluido indicador no es constante con la temperatura Corrección para el Campo de Gravitación: se ajusta por la variación en la fuerza del campo gravitacional a una altitud y latitud determinadas, en relación con su valor a nivel del mar y 45.54oN lattitude
Cómo se utilizan los manómetros
Los manómetros se utilizan en una variedad de industrias y pueden medir la presión y el caudal. Los usos comunes incluyen:
- Mantenimiento de sistemas HVAC
- Monitoreo de condiciones meteorológicas y meteorológicas
- Monitoreo de presión de gas en sistemas de tuberías
- Mediciones de flujo de fluidos
- Mediciones fisiológicas como presión arterial
- Monitoreo de operaciones de sistemas de compresores
Resumen
Este artículo presentó una breve revisión de los manómetros y su funcionamiento. Para obtener información sobre otros productos, consulte nuestras guías adicionales o visite la Plataforma de descubrimiento de proveedores de Thomas para localizar posibles fuentes de suministro o ver detalles sobre productos específicos.
Fuentes:
- https://www.enotes.com/homework-help/how-does-manometer-work-what-its-purpose-how-can-531462
- https://sciencing.com/do-manometers-work-5187684.html
- https://www.brighthubengineering.com/marine-engines-machinery/106548-using-a-u-tube-manometer-for-measuring-fluid-and-gas-pressures/
- https://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Manometer/Manometer.html
- https://www.meriam.com/assets/eng/050-MHB-1.pdf
https://sciencestruck.com/manometer-working-principle-types-applications - http://www.dwyer-inst.com/DC/HVACCatalog/
- http://www.validyne.com/blog/simplicity-accuracy-nothing-beats-pressure-manometer/
- https://sciencing.com/inclined-manometer-advantages-8761430.html
- https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1573.pdf?&srch=1
- https://www.surecontrols.com/how-low-pressure-transducers-work/
- https://www.fierceelectronics.com/components/manometer-basics
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- Todo Sobre la Humedad de los Analizadores y Medidores de Humedad