Medidores Manométricos de Presión
(P12)
(P13)
(P14)
(P15)
(P16)
Donde:
D1= Diámetro área 1 (A1)
D2= Diámetro área 2 (A2)
Y= Distancia desde el líquido hasta la línea cero del lado de la presión P1
Z= Distancia desde el líquido hasta la línea cero del lado de la presión P2
Esto nos permite obtener una relación entre Y y Z con lo cual se puede realizar la medida observando la posición del nivel del líquido en el vaso alargado solamente:
(P17)
Si el proceso es un gas, entonces se puede despreciar el peso específico de fluido del proceso quedando la ecuación:
(P18)
Cuando el área 1 es muy superior al área 2, el desplazamiento del líquido en el brazo ensanchado se hace muy pequeño y este puede ser despreciado; lo que permite realizar la lectura de la presión directamente con la posición de la superficie del líquido en el tubo de área menor con mayor apreciación y una mayor exactitud. En este caso la ecuación será la P19.
según el fluido a medir.
Y los volúmenes desplazados en cada uno de los brazos de manómetros serán:
Donde:
(P20)
(P21)
(P22)
(P23)
(P24)
(P24)
(P25)
(P26)
Por lo tanto:
(P28)
(P29)
Obsérvese que en este instrumento la presión es directamente proporcional a K.sinθ, donde K=W.d es una constante del medidor que depende de sus parámetros geométricos. En este instrumento la densidad del líquido manométrico no tiene ninguna influencia sobre la medida.
Manómetro de campana invertida
Este instrumento utiliza el líquido solamente como elemento de sello, mientras que la medida de presión se realiza por un balance de fuerzas entre la presión ejercida por el proceso por el área sobre la cual actúa, la presión de referencia por la misma área y otra fuerza que limita el movimiento como por ejemplo un resorte u otra campana (figura P13). Este instrumento consta de un tanque en donde se coloca un fluido de sello en el cual se sumerge un vaso o campana en forma invertida dentro del cual actuará la presión del proceso. Al aumentar la presión dentro del vaso este tratará de elevarse por efecto de la fuerza que esta ejerce. Un resorte ubicado en la parte exterior del vaso producirá una fuerza opuesta proporcional al desplazamiento producido en el vaso. Una vez que las dos fuerzas en contraposición se encuentren en equilibrio, la posición de una aguja conectada físicamente al vaso indicará el valor de la presión.
Figura P13.
La ecuación que rige el funcionamiento de este sistema es:
(P30)
(P31)
Se pueden adicionalmente hacer otros arreglos con este tipo de medidor, por ejemplo un medidor de dos campanas para presión diferencial como se muestra en la figura P14.
Figura P14.
En este caso la ecuación que rige el sistema es:
(P32)
Donde:
P1= presión de entrada
P2= presión de referencia
γm= Peso específico del líquido manométrico
h= diferencia entre la altura de líquido manométrico en los dos brazos
γl= Peso específico del fluido del proceso
Z= distancia entre la línea de cero y el líquido en P2
Y= distancia entre la línea de cero y el líquido en P1
Manómetro de pozo y brazo ensanchado
Este es una modificación del manómetro de tubo en U en donde uno de los tubos tiene una sección transversal de mayor área que la otra. (ver figura P10)
Manómetro de tubo en U
Este medidor consta de dos tubos transparentes de misma sección transversal que están conectados por su parte inferior, ya sea por un tubo del mismo material o por un material distinto. Dentro del tubo se coloca un líquido de mayor densidad que el fluido del proceso a medir, ver figura P9:
Figura P9.
Para realizar la medición, se conecta uno de los tubos al proceso para medir la presión del mismo (P1) y el otro tubo se deja a la presión de referencia con respecto a la cual se quiere hacer la medición (P2), es decir:
-
Para presiones manométricas, P2 es la presión atmosférica:
Si P1 > P2 se trata de un manómetro de tubo en U
Si P1 < P2 se trata de un vacuómetro de tubo en U
-
Para presiones absolutas, P2 es el vacío absoluto.
-
Para presiones diferenciales, P2 es otra presión del proceso.
La medida de presión será directamente proporcional a la diferencia de nivel en los líquidos de los tubos (h), según las relaciones siguientes:
-
Para medida de presión de gases (peso despreciable respecto del líquido manométrico)
-
Para medida de presión en líquidos (peso no despreciable)
Figura P10.
Manómetro de vaso alargado
En este manómetro la presión medida se rige por las mismas ecuaciones del manómetro en U.
En este caso se debe además tomar en cuenta los volúmenes (V1, V2) desplazados en cada uno de los vasos de manómetro:
Manómetro de brazo inclinado
Este es una variación del manómetro de pozo en donde el vaso alargado se inclina con el fin de darle mayor precisión al instrumento (figura P11). Ya que, para un mismo desplazamiento vertical del fluido, el desplazamiento del tubo inclinado será mayor.
Figura P11.
En este manómetro la presión medida se rige por las mismas ecuaciones del manómetro en U, ecuación 2:
Esto nos permite obtener una relación entre X y Z con lo cual se puede realizar la medida observando la posición del nivel del líquido en el vaso alargado solamente:
Figura P12.
Las ecuaciones que rigen el funcionamiento de este sistema son:
Peso del liquido = Peso del contrapeso:
Por otro lado considerando un gas:
(P27)
Manómetro de anillo de balanceo
Este medidor utiliza el efecto del cambio de nivel del fluido manométrico por efecto de la presión junto con un balance de fuerzas ejercidas por el peso del líquido y un contrapeso (figura 4). Se compone de un anillo tubular en el cual está un líquido manométrico y que posee un contrapeso en la parte inferior. Este anillo puede rotar sobre su centro y posee una aguja que indicará directamente la presión en función del ángulo de rotación del instrumento.
En este caso al producirse una diferencia de presión entre los dos lados del manómetro el liquido manométrico se desplaza produciendo una fuerza (F) debido al peso del lado de mayor altura de líquido manométrico. Esta fuerza hace rotar el anillo. El contrapeso (W) contrarresta esta fuerza hasta alcanzar una posición de equilibrio como en el caso de una balanza. En ese momento la posición de la aguja indicará directamente en una escala el valor de la presión.
Donde 90º<α < 0 , mientras más pequeño sea el ángulo mayor será el desplazamiento X. Igual al caso anterior si A1>>>A2 entonces la ecuación queda sin D2/D1 además se puede despreciar el peso del fluido del proceso y/o el desplazamiento del líquido manométrico en el pozo, obteniendo la ecuación P25:
(P19)