¿Alguna vez te has preguntado cómo se mide la presión con manómetros? Si eres curioso acerca de cómo funcionan estos instrumentos y su relevancia en diversas aplicaciones, estás en el lugar correcto. En este artículo, descubriremos el fascinante mundo de los manómetros y aprenderemos cómo se utilizan para medir la presión. ¡Prepárate para adentrarte en el mundo de la tecnología de medición y descubrir cómo tomar medidas precisas con estas herramientas esenciales!
En la tecnología de medición existen diferentes tipos de dispositivos de medición como por ejemplo: Por ejemplo, dispositivos de medición lineal, comparadores, indicadores, interferómetros y dispositivos de medición de ángulos. Para medir la presión en líquidos utilizamos manómetros y dispositivos de medición mecánicos. En este artículo, hemos analizado en detalle la clasificación general de los manómetros.
Antes de profundizar en el tema principal, queremos que comprenda las unidades utilizadas para medir la presión en diferentes sistemas unitarios. Utilizamos las siguientes unidades para imprimir.
Las unidades de presión son:
En unidades MKS: kgf/m2 y kgf/cm2
En unidades del SI Newton/m2 o N/m2 y N/mm2 (∴N/m2 se conoce como Pascal y está representado por Pa)
Otras unidades de presión comúnmente utilizadas son:
kPa = kilopascales = 1000 N/m2
barra = 100 kPa = 105 Nuevo Méjico2
Ahora conocemos las unidades de presión del fluido. Pero, ¿cómo medimos la presión de los fluidos con instrumentos y cómo funcionan?
Medición de la presión del fluido
La presión del fluido se puede medir utilizando los siguientes instrumentos:
- manómetro
- Dispositivos de medición mecánicos.
Clasifiquemos más detalladamente estos dos instrumentos.
manómetro
Los manómetros son dispositivos que se utilizan para medir la presión en un punto de un líquido poniendo en equilibrio la columna de líquido con la misma u otra columna de líquido.
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Los manómetros se clasifican de la siguiente manera.
(i) Manómetros simples
(ii) Manómetro diferencial
Dispositivos de medición mecánicos.
Los manómetros mecánicos son dispositivos que se utilizan para medir la presión equilibrando la columna de líquido mediante el resorte o su propio peso. Los manómetros mecánicos más utilizados son:
(a) Manómetro de diafragma
(b) Manómetro de tubo Bourdon
(c) Manómetro de peso propio
(d) Manómetro de fuelle
Analicemos todos estos manómetros en detalle utilizando los diagramas esquemáticos.
Manómetros simples
Un manómetro simple consiste en un tubo de vidrio con un extremo conectado a un punto en el que se va a medir la presión y el otro extremo dejado abierto a la atmósfera. Los tipos comunes de manómetros simples son
- piezómetro,
- Manómetro de tubo en U
- Manómetro de una sola columna
1. Piezómetro
Los piezómetros son la forma más simple de manómetro que se utiliza para medir presiones manométricas. Un extremo de este manómetro está conectado al punto donde se va a medir la presión y el otro extremo está abierto a la atmósfera como se muestra a continuación.
La elevación del líquido crea la altura de presión en este punto. Si en el punto A la altura del líquido, digamos agua, en un tubo piezómetro es h, entonces la presión en el punto A es
= ρ × g × h N/m2
2. Manómetro de tubo en U
Consiste en un tubo de vidrio doblado en forma de U, uno de cuyos extremos se conecta a un punto donde se va a medir la presión y el otro extremo se deja abierto a la atmósfera, como se muestra en la siguiente figura.
El tubo generalmente contiene mercurio u otro líquido cuya gravedad específica es mayor que la gravedad específica del líquido cuya presión se va a medir.
(a) Para presión manométrica
Sea B el punto en el que se va a medir la presión, cuyo valor es p.
La línea de referencia es AA.
Dejar
h1 = altura del líquido ligero por encima de la línea de referencia
h2 = altura del líquido pesado por encima de la línea de referencia
S1 = Gravedad específica del líquido ligero
ρ1 = densidad del líquido ligero = 1000 x S1
S2 = Gravedad específica del líquido pesado
ρ2 = Densidad del líquido pesado = 1000 × S2
Dado que la presión para la superficie horizontal es la misma. Por lo tanto, la presión por encima de la línea de referencia horizontal AA debe ser la misma en la columna izquierda y en la columna derecha del manómetro de tubo en U.
Presión por encima de AA en la columna de la izquierda = p + ρ1 × g × h1
Presión por encima de AA en la columna de la derecha = ρ2 × g × h2
Dado que la presión sobre la línea de referencia horizontal AA debe ser la misma en la columna izquierda y en la columna derecha del manómetro de tubo en U, debemos igualar estas dos presiones
pag + ρ1 × g × h1 = ρ2 × g × h2
pag = (ρ2 × g × h2 – ρ1 × g × h1)
(b) Para presión de vacío
Para medir la presión de vacío, el nivel de líquido pesado en el manómetro se muestra a continuación
La presión sobre AA en la columna de la izquierda = ρ2 × g × h2 + ρ1 × g × h1 +S
Altitud de presión en la columna derecha encima de AA = 0
Debemos igualar estas dos ecuaciones, obtenemos
ρ2 × g × h2 + ρ1 × g × h1 + p = 0
pag = – (ρ2 × g × h2 + ρ1 × g × h1)
3. Manómetro de columna única
El manómetro de una sola columna es una forma modificada de un manómetro de tubo en U en el que un recipiente con un área de sección transversal grande en comparación con el área del tubo (aproximadamente 100 veces) está conectado a una de las patas (por ejemplo, el brazo izquierdo). del manómetro, como se muestra en la siguiente figura.
Debido a la gran sección transversal del recipiente, el cambio en el nivel del líquido en el recipiente con cualquier cambio de presión es muy pequeño, lo que puede despreciarse y, por lo tanto, la presión está determinada por la altura del líquido en la otra rama. El otro eslabón puede ser vertical o inclinado.
Por lo tanto, existen dos tipos de manómetros de una sola columna.
- Manómetro vertical de una sola columna
- Manómetro inclinado de una sola columna
Manómetro vertical de una sola columna
El número indicado arriba es el manómetro vertical de una sola columna. Sea XX la línea de referencia en el recipiente y en la parte derecha del manómetro cuando no está conectado a la tubería. Cuando el manómetro se conecta a la línea, el líquido pesado en el recipiente es empujado hacia abajo debido a la alta presión en A y sube en la rama derecha.
Dejar
Δh = caso de líquido pesado en el yacimiento
h2 = Aumento de líquido pesado en el miembro derecho
h1 = Altura del centro del tubo por encima de XX
PAGA = Presión en A a medir
A = área de la sección transversal del embalse
a = área de la sección transversal de la extremidad derecha
S1 = Gravedad específica del líquido en la tubería
S2 = Gravedad específica del fluido pesado en el depósito y la extremidad derecha
ρ1 = Densidad del líquido en la tubería
ρ2 = Densidad del líquido en el depósito
La disminución del líquido pesado en el depósito provoca un aumento del nivel de líquido pesado en el miembro derecho.
A × ∆h = a × h2
∆h = (a × h2)/A
Ahora considere la línea de referencia YY como se muestra en la figura anterior.
La presión en el miembro derecho vía Y – Y = ρ2 × g × (∆h + h2)
La presión en la extremidad izquierda vía Y – Y = ρ1 × g × (∆h + h1) + PA
Hemos equiparado estas cargas
ρ2 × g × (∆h + h2) = ρ1 × g × (∆h + h1) + PA
PAGA = ρ2 × g × (∆h + h2) – ρ1 × g × (∆h + h1)
PAGA = ∆h(ρ2gramo – ρ1g) + h2ρ2gramo – h1ρ1 GRAMO
PAGA = [(a × h2)/A] (ρ2gramo – ρ1g) + h2ρ2gramo – h1ρ1 GRAMO
Esta es la ecuación también.
Dado que el área A es muy grande en comparación con a, la relación a/A se vuelve muy pequeña y puede despreciarse.
Entonces
PAGA =h2ρ2gramo – h1ρ1 GRAMO
De esta ecuación se deduce que como h1 es conocido y por lo tanto por el conocimiento de h2 o el ascenso de líquido pesado en el miembro derecho, se puede calcular la presión en A.
Manómetro inclinado de una sola columna
La siguiente figura muestra el manómetro de columna única inclinada. Este manómetro es más sensible. Debido a la inclinación, la distancia que recorre el líquido pesado en el miembro derecho es mayor.
Dejar
L = Longitud del líquido pesado movido en la extremidad derecha de XX
θ = inclinación del miembro derecho respecto a la horizontal
h2 = Ascenso vertical de líquido pesado en la extremidad derecha de XX = L × sen θ
La ecuación anterior da la presión en A
PAGA =h2ρ2gramo – h1ρ1 GRAMO
Reemplazo del valor de h2 obtenemos
PAGA = L × pecado θ × ρ2gramo – h1ρ1 GRAMO
A partir de estas relaciones podemos determinar la presión del fluido.
Manómetro diferencial
Los manómetros diferenciales son dispositivos que se utilizan para medir la diferencia de presión entre dos puntos de una tubería o en dos tuberías diferentes. Un manómetro diferencial consta de un tubo en U que contiene un líquido pesado, cuyos ambos extremos están conectados a los puntos cuya diferencia de presión se va a medir.
Medido.
Los tipos más comunes de manómetros de presión diferencial son
- Manómetro diferencial de tubo en U y
- Manómetro diferencial con tubo en U invertida
1. Manómetro diferencial de tubo en U
La siguiente figura muestra los manómetros de presión diferencial tipo tubo en U.
Supongamos que los dos puntos A y B están en diferentes niveles y también contienen diferentes líquidos.
Gravedad específica Estos puntos están conectados al manómetro diferencial de tubo en U. Sea P la presión en A y BA y Pb.
Dejar
h = diferencia en el contenido de mercurio en el tubo en U.
y = distancia del centro de B al nivel de mercurio en el miembro derecho.
x = distancia del centro de A al espejo de mercurio en el término correcto.
ρ1 = densidad del líquido en A.
ρ2 = densidad del líquido en B.
ρGRAMO = Densidad de un líquido pesado o mercurio
PAGA = presión en A
PAGb = presión en B
Tomemos la línea de referencia en XX.
Presión superior a XX en el miembro izquierdo = ρ1gramo(h + x) + PA
Presión superior a XX en el miembro derecho = (ρGRAMO × gramo × h) + (ρ2 × g × y) + Pb
Si igualamos las dos presiones, tenemos
ρ1gramo(h + x) + PA = (ρGRAMO × gramo × h) + (ρ2 × g × y) + Pb
PAGA -PAGb = (ρGRAMO × gramo × h) + (ρ2 × g × y) – ρ1gramo(h + x)
PAGA -PAGb = h × g(ρGRAMO – ρ1) + ρ2gy – ρ1gx
Diferencia de presión en A y B cuando están en diferentes niveles PA -PAGb = h × g(ρGRAMO – ρ1) + ρ2gy – ρ1gx
Si A y B están al mismo nivel y contienen el mismo líquido de densidad ρ1.
Entonces la presión por encima de XX en el término correcto = (ρGRAMO × gramo × h) + (ρ1 × g × x) + Pb
Presión superior a XX en el miembro izquierdo = ρ1gramo(h + x) + PA
Si igualamos las dos presiones obtenemos
(ρGRAMO × gramo × h) + (ρ1 × g × x) + Pb = ρ1gramo(h + x) + PA
PAGA -PAGb = (ρGRAMO × gramo × h) + (ρ1 × g × x) – ρ1gramo(h + x)
PAGA -PAGb = h × g(ρGRAMO – ρ1) + ρ1gy – ρ1gx
PAGA -PAGb = h × g(ρGRAMO – ρ1)
Diferencia de presión en A y B cuando están al mismo nivel PA -PAGb = h × g(ρGRAMO – ρ1).
2. Manómetro diferencial con tubo en U invertida
Consiste en un tubo en U invertida que contiene un líquido ligero. Los dos extremos de la manguera están conectados a los puntos cuya diferencia de presión se va a medir. Se utiliza para medir la diferencia entre bajas presiones.
La siguiente figura muestra un manómetro diferencial de tubo en U invertido conectado a dos puntos A y B. Sea la presión en A mayor que la presión en B.
Dejar
h1 = Altura del líquido en la extremidad izquierda por debajo de la línea de referencia XX
h2 = nivel de líquido en la extremidad derecha
h = diferencia entre líquido ligero
ρ1 = densidad del líquido en A.
ρ2 = densidad del líquido en B.
ρS = densidad de un líquido ligero
PAGA = presión en A
PAGb = presión en B
Tomemos la línea de referencia en XX.
Presión superior a XX en miembro izquierdo = PA – ρ1 × g × h1
Presión superior a XX en miembro derecho = Pb – (ρ2 × g × h2) – (ρS × g × h)
Si igualamos las dos presiones, tenemos
PAGA – ρ1 × g × h1 =Pb – (ρ2 × g × h2) – (ρS × g × h)
PAGA -PAGb = (ρ1 × g × h1) – (ρ2 × g × h2) – (ρS × g × h)
La diferencia de presión entre A y B es P.A -PAGb = (ρ1 × g × h1) – (ρ2 × g × h2) – (ρS × g × h)
Diploma
Hemos hablado de todos los tipos de manómetros utilizados para medir líquidos. Háganos saber lo que piensa en la sección de comentarios a continuación.
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Clasificación de los Manómetros para la Medición de Presión en Fluidos
Antes de profundizar en el tema principal, es importante entender las unidades utilizadas para medir la presión en diferentes sistemas. A continuación, se presentan las unidades utilizadas para la presión en Metro-Kilogramo-Segundo (MKS):
- kgf/m2 y kgf/cm2
- Newton/m2 o N/m2 y N/mm2 (también conocido como Pascal y representado como Pa)
Otras unidades comúnmente utilizadas para la presión son:
- kPa = kilopascal = 1000 N/m2
- bar = 100 kPa = 105 N/m2
Ahora que conocemos las unidades de presión de fluidos, es importante saber cómo medir la presión mediante instrumentos y cómo funcionan.
Medición de Presión de Fluidos
La presión de fluidos se puede medir utilizando los siguientes instrumentos:
Manómetros
Los manómetros se definen como dispositivos utilizados para medir la presión en un punto de un fluido, equilibrando la columna de fluido con otra columna de fluido del mismo tipo o diferente.
Los manómetros se clasifican de la siguiente manera:
- Manómetros simples
- Manómetros diferenciales
Instrumentos Mecánicos
Los instrumentos mecánicos se definen como dispositivos utilizados para medir la presión equilibrando una columna de fluido mediante un resorte o peso muerto. Los instrumentos de presión mecánica más comúnmente utilizados son:
- Manómetro de diafragma
- Manómetro de tubo de Bourdon
- Manómetro de peso muerto
- Manómetro de fuelle
Es importante discutir estos manómetros de forma detallada con diagramas esquemáticos.
Manómetros Simples
Un manómetro simple consta de un tubo de vidrio con un extremo conectado al punto donde se va a medir la presión, mientras que el otro extremo permanece abierto a la atmósfera. Los tipos comunes de manómetros simples son:
- Piezómetro
- Manómetro de tubo en U
- Manómetro de columna única
1. Piezómetro
Un piezómetro es la forma más simple de manómetro utilizado para medir presiones relativas. Un extremo de este manómetro se conecta al punto donde se va a medir la presión, mientras que el otro extremo permanece abierto a la atmósfera. La altura del líquido en el tubo de piezómetro proporciona la presión en ese punto.
La presión en el punto A se puede calcular utilizando la fórmula:
Presión en A = ρ × g × h N/m2
2. Manómetro de tubo en U
Este manómetro consta de un tubo de vidrio doblado en forma de U, donde un extremo se conecta al punto donde se va a medir la presión y el otro extremo permanece abierto a la atmósfera. El tubo generalmente contiene mercurio u otro líquido cuya gravedad específica es mayor que la del líquido cuya presión se va a medir.
a) Para Presión Relativa
Si B es el punto donde se va a medir la presión, y su valor es p, utilizando la formulación anterior y equilibrando las presiones en ambos extremos del tubo en U, se puede calcular la presión en el punto B.
p = (ρ2 × g × h2 – ρ1 × g × h1)
b) Para Presión de Vacío
Si se mide la presión de vacío, la posición del líquido en el manómetro será diferente. Utilizando la misma lógica y equilibrando las presiones en ambos extremos del tubo, se puede calcular la presión en el punto.
p = – (ρ2 × g × h2 + ρ1 × g × h1)
3. Manómetro de columna única
El manómetro de columna única es una forma modificada del manómetro de tubo en U en la que se agrega un depósito de gran área transversal (aproximadamente 100 veces mayor) conectado a uno de los brazos del manómetro, generalmente el izquierdo. Debido al gran área transversal del depósito, las variaciones de presión causan cambios muy pequeños en el nivel del líquido en el depósito, que pueden ser ignorados. Por lo tanto, la presión se calcula utilizando la altura del líquido en el otro brazo del manómetro, el cual puede ser vertical o inclinado.
Existen dos tipos de manómetros de columna única:
- Manómetro de columna única vertical
- Manómetro de columna única inclinado
El proceso para calcular la presión en el punto A utilizando el manómetro de columna única se basa en la altura del líquido en el otro brazo y se explica mediante las siguientes fórmulas.
Presión en A (para manómetros de columna única vertical) = h2ρ2g – h1ρ1g
Presión en A (para manómetros de columna única inclinados) = L × sin θ × ρ2g – h1ρ1g
Manómetros Diferenciales
Los manómetros diferenciales son dispositivos utilizados para medir la diferencia de presión entre dos puntos en una tubería o en dos tuberías diferentes. Un manómetro diferencial consiste en un tubo en U, que contiene un líquido pesado, y cuyos dos extremos están conectados a los puntos entre los cuales se mide la diferencia de presión.
Los tipos más comunes de manómetros diferenciales son:
- Manómetro diferencial de tubo en U
- Manómetro diferencial de tubo en U invertido
1. Manómetro diferencial de tubo en U
Este manómetro se utiliza cuando la diferencia de presión está relacionada con la altura de los líquidos en los tubos.
Para calcular la diferencia de presión, se utiliza la siguiente fórmula:
PA – PB = h × g(ρg – ρ1) + ρ2gy – ρ1gx
2. Manómetro diferencial de tubo en U invertido
Este manómetro se utiliza para medir la diferencia entre presiones bajas. Consiste en un tubo en U invertido que contiene un líquido ligero. Los extremos del tubo se conectan a los puntos entre los cuales se mide la diferencia de presión.
La fórmula para calcular la diferencia de presión en un manómetro diferencial de tubo en U invertido es:
PA – PB = (ρ1 × g × h1) – (ρ2 × g × h2) – (ρs × g × h)
Estos son los diferentes tipos de manómetros utilizados para medir la presión en fluidos. Esperamos que esta información sea útil. Si tienes alguna pregunta adicional, por favor déjanos un comentario.
Preguntas Frecuentes
- ¿Qué es un manómetro?
- ¿Cuáles son los diferentes tipos de manómetros?
- ¿Cómo se calcula la presión utilizando un manómetro?
Un manómetro es un dispositivo utilizado para medir la presión de un fluido.
Existen diferentes tipos de manómetros, como los manómetros simples y los manómetros diferenciales. Los manómetros simples incluyen el piezómetro, el manómetro de tubo en U y el manómetro de columna única. Los manómetros diferenciales incluyen el manómetro de tubo en U y el manómetro de tubo en U invertido.
La presión se calcula equilibrando las presiones en ambos extremos del manómetro y utilizando las fórmulas adecuadas dependiendo del tipo de manómetro utilizado.
Esperamos que esta información haya sido útil para entender los diferentes tipos de manómetros utilizados para medir la presión en fluidos. Si deseas obtener más detalles técnicos, te recomendamos consultar las fuentes referenciadas a continuación.
Fuentes: