Presión

El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema.

Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.

La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

Tenemos que:

 

 

La relación de los diferentes tipos de presión se expresa en la figura siguiente:

 

 

 

 

Presión Absoluta

Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creo debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un termino absoluto unifica criterios.

 

Presión Atmosférica

El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (760 mmHg), disminuyendo estos valores con la altitud.

 

Presión Manométrica

Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.

 

Vacío

Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las presiones superiores a la atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la presión atmosférica existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de mercurio (cmHg), metros de agua, etc.

De la misma manera que para las presiones manométricas, las variaciones de la presión atmosférica tienen solo un efecto pequeño en las lecturas del indicador de vacío.

Sin embargo, las variaciones pueden llegar a ser de importancia, que todo el intervalo hasta llegar al cero absoluto solo comprende 760 mmHg.

 

 

Unidades de presión

Unidad

 

Factor

Unidad de conversión

Atmosfera

Corresponde a la presión "tipo" al nivel del mar.

 

1.03322745

kilos por cm2

 

2.27787662

libras por cm2

 

14.69594878

libras por pulgada cuadrada

 

29.92125984

pulgadas de mercurio

 

33.89853848

pies de agua

*

760

milimetros de mercurio

*

1013.25

milibares

 

1033.22745280

centímetros de agua

*

1013.250

dinas por cm2

Bar

*

1000

milibares

*

1000000

barias

*

1000000

dinas por cm2

Kilo por centímetro cuadrado

 

0.96784111

atmósferas

 

2.20462262

libras por cm2

 

14.22334331

libras por pulgada cuadrada

*

980.665

milibares

*

1000

centímetros de agua

 

980665

dinas por cm2

Libra por centímetro cuadrado

 

0.43900534

atmósferas

 

2.92639653

kilos por pulgada cuadrada

*

6.4516

libras por pulgada cuadrada

 

13.13559287

pulgadas de mercurio

 

14.88163944

pies de agua

 

333.64405898

milímetros de mercurio

 

444.82216153

milibares

*

453.59237

gramos por cm2

Libra por pulgada cuadrada

 

0.06804596

atmósferas

 

0.15500031

libras por cm2

 

2.03602097

pulgadas de mercurio

 

2.30665873

pies de agua

 

51.71493257

milímetros de mercurio

 

68.94757293

milibares

 

70.30695796

gramos por cm2

Pulgada de mercurio

 

0.03342105

atmósferas

 

0.07612903

libras por cm2

 

0.49115408

libras por pulgada cuadrada

 

1.13292484

pies de agua

*

25.4

milímetros de mercurio

 

33.86388158

milibares

 

34.53154908

gramos por cm2

Pie de agua

 

0.02949980

atmósferas

 

0.06719690

libras por cm2

 

0.43352750

libras por pulgada cuadrada

 

0.88267109

pulgadas de mercurio

 

22.41984564

milímetros de mercurio

 

29.8906692

milibares

 

30.48

gramos por cm2

Milímetro de mercurio

 

0.00131579

atmósferas

 

0.00299721

libras por cm2

 

0.01933677

libras por pulgada cuadrada

 

0.03937008

pulgadas de mercurio

 

0.04460334

pies de agua

 

1.33322368

milibares

 

1.35950981

gramos por cm2

*

1333.22368421

dinas por cm2

Milibar

 

0.00098692

atmósferas

*

0.001

bar

 

0.00224809

libras por cm2

 

0.01450377

libras por pulgada cuadrada

 

0.02952999

pulgadas de mercurio

 

0.03345526

pies de agua

 

0.75006168

milímetros de mercurio

 

1.01971621

gramos por cm2

*

1000

dinas por cm2

Gramo por centimetro cuadrado

 

0.00096784

atmósferas

 

0.00220462

libras por cm2

 

0.01422334

libras por pulgada cuadrada

 

0.02895903

pulgadas de mercurio

 

0.03280840

pies de agua

 

0.73555924

milímetros de mercurio

*

0.980665

milibares

*

1

centímetro de agua

*

980.665

dinas por cm2

Centímetro de agua

 

0.980665

milibares

*

1

gramo por cm2

Dina por centímetro cuadrado

 

0.00000099

atmósferas

*

0.000001

bar

*

0.001

milibar

 

0.00101972

gramos por cm2

*

1

baria

 

 

 

Tipos de Medidores de Presión

Los instrumentos para medición de presión pueden ser indicadores, registradores, transmisores y controladores, y pueden clasificarse de acuerdo a lo siguiente:

 

 

 

 

Tipo de Manometro

Rango de Operacion

M. de Ionizacion

0.0001 a 1 x 10-3 mmHg ABS

M. de Termopar

1 x 10-3 a 0.05 mmHg

M. de Resistencia

1 x 10-3 a 1 mmHg

M. Mc. Clau

1 x 10-4 a 10 mmHg

M. de Campana Invertida

0 a 7.6 mmH2O

M. de Fuelle Abierto

13 a 230 cmH2O

M. de Capsula

2.5 a 250 mmH2O

M. de Campana de Mercurio

(LEDOUX) 0 a 5 mts H2O

M. "U"

0 a 2 Kg/cm2

M. de Fuelle Cerrado

0 a 3 Kg/cm2

M. de Espiral

0 a 300 Kg/cm2

M. de Bourdon tipo "C"

0 a 1,500 Kg/cm2

M. Medidor de esfuerzos (stren geigs)

7 a 3,500 Kg/cm2

M. Helicoidal

0 a 10,000 Kg/cm2

 

Las formas más comunes es el tubo en "C", el Espiral y el Helicoidal.

El mas simple es el tubo en "C", alcanza a medir hasta 1,1500 Kg/cm2 con 2% de error máximo sin embargo, en los elementos que requieren mayor precisión se usan los espirales o los helicoidales pues tienen mayor ganancia que el tubo "C" y su precisión es de 0.5%. Los elementos de espiral admiten hasta 300 Kg/cm2.

Además de los anteriores existe un grupo de manómetros diseñados para medir presiones bajas e intermedias (hasta 2 Kg/cm2 de los cuales son):

 

Manómetro de Mc. Clau

Opera en un columpio que permite hacerlo cambiar de posición horizontal a vertical y viceversa, atrapando un volumen definido de gas de presión desconocido que al ser comprimido a un pequeño volumen por acción del mercurio se obtiene una diferencia de niveles entre el tubo central y el tubo capilar de compensación. Como es obvio, este sistema no sirve para gases que se condensen, además la lectura es intermitente. Aplicando la ley de boyle se puede hacer una escala calibrada en términos de presión absoluta que represente el valor del sistema de vacío que sé esta midiendo, Este aparato es tan exacto que se utiliza para calibrar otras gamas parecidas.

 

Manómetro de Resistencia (PIRANI)

Operan bajo el principio de que la perdida de color de un alambre caliente varia de acuerdo con los cambios de presión a los que esta sujeto, las variaciones en perdidas de calor son relativamente grandes cuando se operan con presiones 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 una resistencia que constituye la celda de compensación y otro tubo abierto con una resistencia igual a la anterior el cual se conecta a la fuente de presión que va a ser medida. Ambas celdas forman parte de un circuito que fundamentalmente es un puente de Wheatstone y finalmente las variaciones de voltaje se miden con un potenciómetro graduado en términos de presión absoluta.

 

Manómetro de Termopares

Este aparato es similar al anterior, excepto en que cada celda hay 2 termopares calentados por 4 filamentos alimentados por 4 bobinas secundarias de un transformador, la salida del mV obtenido, se mide con un potenciometro graduado en presión absoluta que en el caso anterior.

 

 

Manómetro de Ionización

Se utiliza en la medicion de vacios extremosos (de 0 a 1 micrón) consiste en un bulbo conectado a la fuente de vacio.

 

 

 

Cuando los electrones emitidos por un filamento caliente bombardean las moléculas del gas ocurre una ionización de las mismas; estos iones permiten que la corriente fluya entre los electrodos. La proporción del flujo de iones es una medición directa de la cantidad de gas presente y por lo tanto de la presión absoluta; la corriente resultante es amplificada electrónicamente y después medida con un potenciómetro electrónico graduado en unidades de presión absoluta.

 

Manómetro de Fuelle

En su interior lleva un resorte que se opone al efecto de la presión, puede ser abiertos o cerrados, en los primeros se usa en tangos de 13 a 230 cmH2O y los segundos de 0.21 a 2 Kg/cm2. El movimiento obtenido por variaciones de presión se amplifica con un juego de palancas y se transmite a una aguja o puntero.

 

Manómetros de Cápsula y Diafragma

Son utilizados para medir presiones de 2.5 a 240 cmH2O, las cápsulas son construidas de latón delgado o acero inoxidable y los diafragmas puede ser de cuero tratado con aceite, hule, neopreno, teflón, etc.

 

Manómetro de Campana Invertida

Estos manómetros son muy usuales en mediciones de presiones bajas, (de 3 a 4 mmH2O). Cuando se usa para medir presión estática, la campana que esta sumergida en aceite se balancea con un contrapeso pues estos aparatos no usan resorte y trabajan con una báscula romana. Cuando se usan como presión diferencial llevan 2 campanas y la calibración depende de la posición del contrapeso, puede medir hasta 3 a 7.6 cmH2O como se muestra en la figura.

 

 

 

Para medir presiones extremadamente grandes, se utilizan otros dispositivos conocidos como medidores de esfuerzos este aparato posee algunas ventajas como su medición es eléctrica, la distancia entre el aparato y el elemento medidor pueden ser relativamente grandes, además como no tiene partes móviles puede ser sellado herméticamente y no es afectado por humedad, corrosión u otros agentes, también puede resistir hasta 3 veces el máximo 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 de 7 a 3,500 Kg/cm2.

 

Manómetro de Campana

Este medidor se conoce también con el nombre de medidor de mercurio o campana de ledoux y es muy usual como medidor de flujo, consiste en 2 recipientes unidos por la parte inferior similar al manómetro de "U"; en realidad mide presiones diferenciales.

Uno de los recipientes contiene un flotador de acero al carbón que arrastra un mecanismo para mover una plumilla.