UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA ELECTRÓNICA Andrés Pacheco P. Octavo Nivel. 2010-11-12.
Tema: Tubos de Bourdon para medir presión. El método más usual para medir presiones es por medio del barómetro de Bourdon, que consiste en un tubo aplanado de bronce o acero curvado en arco. A medida que se aplica presión al interior del tubo, éste tiende a enderezarse, y éste movimiento se transmite a un cuadrante por intermedio de un mecanismo amplificador adecuado. Los tubos Bourdon para altas presiones se hace de acero. Puesto que la exactitud del aparato depende en gran parte del tubo, sólo deben emplearse tubos fabricados de acuerdo con las normas más rigurosas y envejecidas cuidadosamente por el fabricante. Es costumbre utilizar los manómetros para la mitad de la presión máxima de su escala, cuando se trata de presión fluctuante, y para los dos tercios de ella, cuando la presión es constante. Si un tubo Bourdon se somete a presión superior a la de su límite y a presiones mayores que las que actuó sobre él en el proceso de envejecimiento, puede producirse una deformación permanente que haga necesaria su calibración. Los manómetros en uso continuo, y especialmente los sometidos a fluctuaciones rápidas y frecuentes de presión, deben verificarse repetidas veces. Un procedimiento cómodo para hacerlo consiste en tener un manómetro patrón exacto que pueda conectarse en cualquier punto de la tubería en la que está unido el manómetro regular y efectuar comparaciones. A intervalos regulares debe confrontarse el manómetro patrón con el manómetro de peso directo o contrapesos. El manómetro de Bourdon es completamente satisfactorio para presiones hasta de unas 2000 atm, siempre que sea suficiente una exactitud de 2 a 3 por ciento. Estos manómetros se encuentran en el comercio con lecturas máximas en sus escalas de unos 7000 Kg / cm². Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación es una constante del material, conocida como el módulo de Young: E=Carga/e. Por ende, si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según: Carga = E*e De modo que frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, será posible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes. El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos que requieran medición de presiones, consiste de un tubo metálico achatado y curvado en forma de "C", abierto sólo en un extremo (ver figura). Al aplicar una presión al interior del tubo (se le infla, por ejemplo) la fuerza generada en la superficie (área) exterior de la "C" es mayor que la fuerza generada en la superficie interior, de modo que se genera una fuerza neta que deforma la "C" hacia una "C" más abierta. Esta deformación es una medición de la presión aplicada y puede trasladarse a una aguja indicadora tanto como a un sistema de variación de resistencia o campos eléctricos o magnéticos.
Figura 6: Manómetro de Bourdon.
El tubo Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo y el tubo se encuentra cerrado en un extremo. Al aumentar la presión dentro del tubo, este se deforma, y el movimiento se transmite a la aguja indicadora. Empíricamente se halla el tubo adecuado al rango de presión deseado. El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espirar alrededor de un eje común. En el helicoidal se aplica el mismo concepto, pero sólo que en forma de hélice. Con estas características se obtiene una mayor longitud de desplazamiento de la aguja indicadora, favoreciendo su aplicación a sistemas registradores.
Material del tubo: • • •
Acero inoxidable Aleación de cobre Aleaciones especiales de Hastelloy y Monel.
Tipos de tubos de Bourdon •
Tubos de Bourdon espiral y helicoidal
Los tubos de Bourdon espiral y helicoidal (ver figuras adjuntas) se hacen de tubería con sección transversal aplanada. Ambos fueron diseñados para proporcionar mayor recorrido de la extremidad del tubo, sobre todo para mover la pluma de grabación de registradores de presión. El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hélice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.
Tubo de Bourdon espiral.
Tubo de Bourdon helicoidal. •
Dispositivos de fuelle simple
Los elementos elásticos de los fuelles se hacen de latón, de aleación de fósforo y bronce, de acero inoxidable, de cobre al berilio, o de otro metal apropiado para el servicio previsto del manómetro. El movimiento del elemento (fuelle) es transmitido por el acoplamiento y los engranajes convenientes a un indicador de dial. La mayoría de los manómetros de fuelle son con carga a resorte, o sea, un resorte se opone al fuelle y previene así la expansión completa del fuelle. La limitación de la extensión excesiva de los fuelles protege de esta manera a los mismos y prolonga su vida. Debido a la elasticidad tanto de los fuelles como del resorte, en un dispositivo con carga de resorte, la relación entre la presión aplicada y el movimiento del fuelle es lineal. El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas rígidamente entre sí por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos son amplificados por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo más amplio posible con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento. El material del diafragma es normalmente aleación de níquel o inconel x. Se utiliza para pequeñas presiones. Hay que señalar que los elementos de fuelle 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. Se emplean para pequeñas presiones.
Indicador de fuelle simple
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Indicadores a fuelle dual
Otro tipo de dispositivo a fuelle es el elemento de fuelle dual. La figura adjunta es un diagrama esquemático de este indicador. Los indicadores de presión de fuelle dual se utilizan ampliamente en la marina de guerra como dispositivos medidores de caudal, indicadores de nivel, o de presión. Al estar en funcionamiento, los fuelles se moverán en proporción a la diferencia de presión aplicada a la unidad de fuelles. El movimiento lineal de los fuelles es detectado por un brazo de impulsión y transmitido como movimiento rotatorio a través de un conjunto de tubo del torque. Los dispositivos a fuelle se utilizan en varias aplicaciones donde el elemento sensible a la presión debe ser bastante poderoso para hacer funcionar, no sólo la aguja indicadora, sino también un algún tipo de dispositivo de registro donde dejar constancia de las variaciones detectadas.
Sensor de presión diferencial de fuelle doble
Bibliografía: • •
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http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica34.htm http://www.fing.edu.uy/iimpi/academica/grado/instindustrial/teorico/080306Sensores-parte_III.presion.pdf http://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/sensores-de-presion.pdf
