Monografias | Presión como Variable de Estado

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.

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:

Las formas mas 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 se 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, pueden 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 pueden 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.

Manómetro de campana invertida

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.

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