Manómetros para medir la presión del gas: tipos, características de construcción y funcionamiento de los medidores

A menudo surge la necesidad de medir la presión generada por el gas. Por ejemplo, en cilindros, gasoductos, diversos depósitos y recipientes. Para controlar y monitorear los indicadores se utilizan manómetros para medir la presión del gas. Estos dispositivos se utilizan en diferentes ámbitos de la vida, desde la medicina hasta la industria pesada.

Para que la compra del dispositivo no sea en vano y el manómetro adquirido cumpla con los requisitos de los procesos de producción, vale la pena familiarizarse con la clasificación. Le presentaremos los tipos de medidores de presión de gas. Le explicaremos sus características de construcción y principios de funcionamiento.

Clasificación según el tipo de presión medida

Los instrumentos que sirven para obtener datos sobre los parámetros de presión del gas en gasómetros, tuberías de transporte, en cilindros de gas y otros depósitos, se clasifican según varios criterios. Se diferencian por su construcción y principio de funcionamiento.

Los dispositivos con los que se mide la presión se dividen en clases según:

• el tipo de presión medida;
• la función;
• principio de funcionamiento;
• la clase de precisión.

Según el tipo de presión medida, los instrumentos destinados a determinar indicadores precisos se dividen en manómetros, vacuómetros, medidores de tiro, manómetros de presión, barómetros y otros.

Según el grado de protección contra la influencia del entorno externo, se fabrican los siguientes instrumentos:

• estándar;
• protegidos contra el polvo;
• impermeables;
• protegidos contra ambientes agresivos;
• a prueba de explosiones.

Un mismo producto puede combinar varios tipos de protección.

En el esquema se muestra la división de los dispositivos de medición según el principio de funcionamiento, el tipo de presión, la aplicación y la visualización. Los instrumentos líquidos y de carga por peso se utilizan raramente para obtener datos sobre la presión del gas.

El manómetro es un dispositivo de pequeño tamaño que se utiliza para medir la presión o la diferencia de presión. El principio de funcionamiento de este instrumento de medición y control depende de su estructura interna. Dentro de una misma clase, se subdividen en grupos según la clase de precisión.

Para medir la presión absoluta, cuyos valores se miden a partir del cero absoluto (vacío), se utilizan manómetros absolutos. La presión manométrica se determina con un manómetro de presión relativa. En general, todas las variedades de estos instrumentos se denominan con una sola palabra: «manómetro».

La mayoría de las variedades de manómetros están diseñadas para medir valores de presión manométrica. Su particularidad es que muestran la presión que representa la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica.

Los vacuómetros son dispositivos que muestran el valor de la presión de un gas enrarecido. Utilizando los manovacuómetros, se miden la presión manométrica y la presión de gas enrarecido. La información se muestra en una escala única.

Con los manómetros de presión baja se determinan los parámetros de presión manométrica con valores de hasta 40 kPa. Los vacuómetros, por el contrario, permiten medir el vacío hasta –40 kPa. Los manómetros de presión y vacío miden el vacío y la presión manométrica en el intervalo de –20 a +20 kPa.

Los manómetros se utilizan en las más diversas industrias. Trabajar con gas implica un alto riesgo, por lo que es importante controlar todos los indicadores del sistema. La información sobre la presión proporciona a los usuarios datos sobre el estado actual del objeto medido.

Con los manómetros diferenciales se puede determinar la diferencia de presión en dos puntos arbitrarios a investigar. El micromanómetro es un manómetro diferencial que permite medir valores de diferencia de presión dentro de los 40 kPa.

Clasificación según el principio de funcionamiento

Los manómetros de gas, según el mecanismo de lectura, se dividen en:

• Deformación;
• Eléctricos;
• De peso muerto;
• Líquidos.

Cada tipo tiene sus propias características distintivas.

Tipo de manómetro por deformación

El principio y los fundamentos de funcionamiento de los dispositivos de clase deformación consisten en que la presión actúa sobre el elemento sensible del instrumento, el cual se deforma. El nivel de presión se determina por el grado de deformación.

Los manómetros de deformación se fabrican con componentes de trabajo de resorte tubular, de fuelle o de membrana, que poseen alta sensibilidad.

Los elementos receptores en los dispositivos de resorte tubular son los resortes tubulares. Estos productos consisten en tubos curvados en círculo con sección transversal ovalada. El gas ejerce presión sobre la superficie interior del tubo. Durante esta acción, el tubo se deforma y cambia su forma, aproximándose a una forma redondeada.

Un extremo del tubo está sellado y puede moverse. El otro está abierto y fijado por soportes. Al curvarse el tubo de resorte, el efecto también se ejerce sobre los anillos, que luego desdoblan el resorte. El extremo sellado del resorte se mueve según la fuerza de presión. Este movimiento se transmite a la escala de medición.

Para medir presiones de hasta 40 bares se utilizan resortes circulares. Para presiones más altas se emplean resortes helicoidales o en espiral que se encuentran en un mismo plano. El error de indicación al medir presión con este método es del 1 al 4%.

Los elementos sensibles de membrana y fuelle permiten medir eficazmente pequeños valores de presión manométrica y de vacío.

El fuelle se fabrica según el principio de la manguera de fuelle sanitario. Consiste en un tubo metálico de pared delgada con anillos transversales móviles. Dependiendo del material y los parámetros de fabricación, el fuelle puede ser más o menos rígido.

Bajo el efecto de altas temperaturas, con el tiempo se acumulan deformaciones plásticas, lo que altera la corrección de las indicaciones. Además, con temperatura elevada y pulsación de presión se acelera el cambio de la característica estática.

Los elementos sensibles de membrana tienen la mayor variedad. La clase de precisión de estos dispositivos no supera 1,5. En estos instrumentos se prevé un sistema de protección. En caso de sobrecarga, la membrana se apoya en un dispositivo protector especial.

Las cajas de membrana se instalan a menudo en instrumentos que miden presión y vacío. Los manómetros de presión, vacuómetros y manovacuómetros con cajas de membrana se fabrican con clases de precisión 1,5; 2,5 y límite de medición hasta 25 kPa.

Las membranas planas tienen un pequeño desplazamiento del punto de trabajo, por lo que se usan principalmente para convertir presión en fuerza. Son inestables, pero se calculan bien.

Las membranas corrugadas junto con cajas similares se utilizan para mejorar la característica estática. Las primeras se desplazan mejor, pero son difíciles de calcular. Las segundas se usan con mucha más frecuencia debido a su menor rigidez.

Para medir pequeños valores de presión se utilizan dispositivos con membranas flojas.

Los instrumentos necesitan protección contra el efecto de altas temperaturas, ya que afecta negativamente la elasticidad y sensibilidad de los elementos de trabajo principales.

Manómetros indicadores mecánicos

Muchos manómetros con resorte tubular son en realidad dispositivos de transformación directa. Esto significa que la presión se convierte en desplazamiento del elemento sensible y del dispositivo mecánico que está en contacto con él.

En el esquema, el racor está dispuesto radialmente, pero también se fabrican manómetros con disposición axial del racor.

Bajo la acción de la presión, se desplaza el extremo libre del resorte, el vástago actúa sobre el sector dentado, produciendo el giro del engranaje y de la aguja indicadora.

Los manómetros indicadores de resorte se fabrican con un rango de medición de 0,1 a 103 MPa y tienen diferentes clases de precisión. Los modelos de referencia se producen con clases de precisión 0,15; 0,25; 0,4. Los medidores de categoría de trabajo de alta precisión – 1 y 0,6. Los de uso técnico general – con clases de precisión 1,5; 2,5; 4.

Manómetros de contacto eléctrico

Estructuralmente es una modificación del manómetro indicador. El principio de funcionamiento consiste en que, cuando la aguja alcanza el valor umbral de presión, se produce el cierre del circuito.

En la construcción del manómetro indicador se incorporan adicionalmente agujas con contactos eléctricos ajustados, que se colocan frente a los valores de señalización.

El circuito eléctrico se cierra y se activa la señalización cuando la aguja indicadora alcanza una de las agujas con contactos. La clase de precisión de estos manómetros es 1,5. El rango de medición corresponde a los valores estándar.

Para garantizar la señalización o con fines de regulación posicional, se utilizan relés de presión con la designación RD. Miden presiones en el rango de 12 a 1600 kPa. El relé se ajusta al límite superior e inferior de activación según las indicaciones del instrumento de control, y tiene una potencia de ruptura de 10 W.

Manómetros autorregistradores

La industria fabrica manómetros con un sistema de registro incorporado que fija los valores en un diagrama de disco para que luego se pueda seguir la dinámica de las indicaciones. Una vuelta puede completarse en 8, 12 o 24 horas. El movimiento se realiza mediante un motor eléctrico o un mecanismo de relojería.

El funcionamiento del registrador manométrico se basa en la transmisión de la señal mediante un resorte tubular de gran diámetro, que tiene fuerza de tracción. Transmite el movimiento desde el elemento sensible al sistema de indicación. Los dispositivos con la designación MTS registran los valores de presión manométrica.

Dichos dispositivos requieren supervisión por parte del operador y tienen clases de precisión 1; 1,5; 2,5.

Los elementos sensibles de fuelle se utilizan en manómetros diferenciales registradores, que además pueden equiparse con un dispositivo de señalización y un convertidor neumático. Dichos instrumentos miden la presión en el rango de 6,3 kPa a 0,16 MPa y tienen clases de precisión 1; 1,5.

Tipo de manómetro de carga por peso

Estos manómetros se utilizan a menudo como estándar para la verificación de otros instrumentos de medición. Su rango de medición es muy amplio. Dependiendo del diseño del instrumento, puede comenzar desde valores significativos de vacío y terminar con sobrepresión de hasta 2500 MPa. La clase de precisión alcanza valores máximos de hasta 0,0015.

Cada vez que se aplica una carga superior a la norma establecida al instrumento de medición, este pierde duración de vida útil y precisión en las mediciones.

El principio de funcionamiento consiste en mantener el cilindro en el pistón en un estado específico mientras que por un lado actúan las pesas de calibración y por el otro la presión medida. Según el peso de las pesas se determina la magnitud de la presión generada.

El elemento de trabajo principal del instrumento es la columna de medición. Dependiendo de la calidad de su fabricación, precisión y limpieza de las conexiones, también varía la magnitud del error.

Los GPM que funcionan con gas tienen el menor error de medición. Sin embargo, estos dispositivos cuestan varias veces más debido a las particularidades de su construcción y la necesidad de filtrar el gas de partículas extrañas.

Funcionalmente, el manómetro de pistón con pesas consta de un dispositivo generador de presión, un sistema de medición y pesas. El dispositivo está equipado con un mecanismo rotatorio para aumentar y disminuir la presión, así como una válvula de alivio de presión.

Se utilizan ampliamente manómetros con pistón no sellado. En ellos, hay un espacio entre el pistón y el cilindro. El depósito debajo del pistón está lleno de aceite, que bajo presión fluye hacia el espacio y lubrica las superficies en fricción.

Medidor eléctrico de medio gaseoso

Dichos manómetros se utilizan para convertir la presión directa o indirecta del gas en un parámetro eléctrico. Los manómetros más comunes de este tipo son: extensométricos, capacitivos y de resistencia. La presión se mide en el rango de 100 Pa a 1000 MPa. Los instrumentos se fabrican con clases de precisión de 0,1 a 2,5.

El funcionamiento de los manómetros basados en el efecto tensoresistivo consiste en el cambio del valor de resistencia del conductor debido a la deformación. Miden la presión en el rango de 60 a 10⁸ Pa con un error mínimo.

La fijación con brida del sensor y la construcción especial del instrumento permiten leer datos de presión en entornos especialmente agresivos con temperaturas de hasta 300 °C. Se utilizan para medir presión en sistemas con procesos rápidos.

El esquema de funcionamiento de los manómetros de resistencia se basa en la dependencia de la resistencia del conductor respecto a la presión. Generalmente, este tipo de dispositivos se utiliza para medir presiones de nivel especialmente alto, superiores a 100 MPa.

El elemento sensible en dicho instrumento es un alambre de manganina, cuya resistencia se mide fácilmente con un puente equilibrado.

El funcionamiento de los manómetros capacitivos se basa en el efecto de la presión sobre una membrana que actúa como electrodo móvil. Cuando la membrana se desplaza, se produce un cambio en la capacitancia del transductor. Se caracterizan por errores térmicos significativos.

En los manómetros capacitivos, la deflexión de la membrana se determina mediante un circuito eléctrico. Dichos instrumentos se utilizan en sistemas con fluctuaciones rápidas de presión.

Instrumentos de medición de tipo líquido

La determinación de la presión con estos instrumentos se realiza equilibrando la presión medida con la presión generada por una columna de líquido. De esta forma se pueden medir pequeñas sobrepresiones, presión atmosférica, nivel de vacío y diferencias de presión.

Este grupo incluye manómetros en U, que consisten en vasos comunicantes, y la presión se determina por los niveles de líquido; micromanómetros de compensación; manómetros de copa, en los que se utiliza un depósito en lugar de un segundo tubo; manómetros diferenciales de flotador, de campana y anulares.

Los manómetros de dos tubos permiten medir diferencias de presión. En este caso, a cada tubo se le aplican las presiones que se deben medir.

En los instrumentos de medición de líquidos, el líquido de trabajo es el equivalente del elemento sensible.

Los manómetros diferenciales suelen estar equipados con alarmas, contadores de caudal, reguladores y dispositivos de registro. El rango de medición es de 10 a 10⁵ Pa. Dependiendo de los líquidos que llenan el instrumento, el límite de medición varía.

División según la función

Según su propósito, se distinguen los siguientes tipos de manómetros utilizados para medir la presión del gas:

• generales;
• de referencia;
• especiales.

Veamos las características de cada tipo.

Manómetros de uso técnico general

Este tipo de manómetros se fabrica para medir valores de presión de vacío y sobrepresión con fines técnicos generales. Las distintas modificaciones de los dispositivos permiten utilizarlos en los entornos más diversos. Se emplean para medir la presión en la producción directamente durante los procesos tecnológicos.

La presión en estos instrumentos actúa sobre el tubo desde el interior y provoca el desplazamiento del extremo libre. Un mecanismo interactúa con él y mueve la aguja.

Con estos manómetros se puede medir la presión de medios gaseosos que no son agresivos para las aleaciones de cobre a una temperatura de trabajo de hasta 150 °C. Normalmente, la carcasa del producto se fabrica de acero y las piezas del mecanismo de aleación de latón.

Los manómetros generales para gas de baja o alta presión se fabrican resistentes a vibraciones con frecuencia en el intervalo de 10 a 55 Hz y con una amplitud de desplazamiento máxima de 0,15 milímetros. Tienen varias clases de precisión de 1 a 2,5.

Los manómetros digitales tienen un tamaño pequeño, se caracterizan por una alta precisión de medición y una larga vida útil. Además, estos dispositivos se pueden calibrar.

Están ganando popularidad los manómetros de gas de uso técnico general con placa electrónica, en la que se muestran los datos de las mediciones realizadas. A menudo están equipados con transductores, lo que automatiza los procesos tecnológicos. Los valores de presión se muestran en una esfera electrónica.

Grupo de manómetros especiales

Estos instrumentos se fabrican para un tipo específico de gas y el medio que genera. Para sistemas con alta presión se fabrican manómetros para gas de alta presión. Algunos gases son agresivos con ciertas aleaciones, por lo que para trabajar con ellos se requiere utilizar materiales resistentes.

Los manómetros especiales se pintan de diferentes colores según el tipo de gas.

Los manómetros de propano se pintan de color rojo, tienen carcasa de acero y características de los manómetros técnicos generales. La presión de trabajo de estos instrumentos es de 0 a 0,6 MPa. Esta es la presión estándar del propano. Es posible su funcionamiento en un rango de temperaturas de –50 a +60 °C. La temperatura del medio de trabajo es de hasta +150 °C. A menudo se incluyen con reguladores de cilindros.

Los medidores de presión de amoníaco en cilindros y otros recipientes se pintan de color amarillo. Las unidades con compresión multietapa están equipadas con una escala de temperatura. Los componentes del manómetro se fabrican con materiales resistentes a los vapores de amoníaco.

En presencia de cargas dinámicas severas, los manómetros se llenan con glicerina o silicona

El manómetro de acetileno se pinta de color blanco. Se fabrica como manómetro de sistemas de seguridad con materiales desengrasados. Se utiliza para medir presión excedente en varios sistemas de distribución y generación de acetileno. La carcasa es de acero, los componentes internos son de aleación de latón. El rango de temperaturas permitidas es de –40 a +70 °C.

El manómetro de hidrógeno se pinta de color verde oscuro. El manómetro para otros gases combustibles se pinta de color rojo. El instrumento de medición para mezclas no combustibles se pinta de color negro. El manómetro de oxígeno se pinta de color azul claro.

Dispositivos patrón para medir la presión

Este tipo de manómetros está diseñado para verificar, calibrar y ajustar otros instrumentos con el fin de garantizar la máxima precisión de las mediciones. Estos dispositivos se distinguen por una clase de precisión más alta en comparación con los técnicos generales. Los patrones de trabajo se dividen en tres categorías.

Los manómetros de control, utilizados para verificar la fiabilidad de las lecturas de los instrumentos de medición en el lugar de instalación, también se denominan manómetros de alta precisión. El rango de medición de trabajo es de 0-0,6 a 0-1600 bares para medios gaseosos.

Los manómetros para cilindros de gas ordinarios y compuestos deben someterse al procedimiento de verificación al menos una vez al año, a menos que se indiquen otros plazos en los documentos del instrumento. La verificación es realizada por organizaciones metrológicas acreditadas con estatus de persona jurídica. Después de la verificación, se expide un certificado y se coloca un sello.

El instrumento debe retirarse del cilindro y llevarse al servicio de metrología. Allí, los verificadores y calibradores, utilizando un conjunto de patrones e instrumentos auxiliares, realizarán la verificación en aproximadamente 10 días.

Los mecanismos de transmisión en los manómetros patrón se procesan con una frecuencia de engranaje elevada. Se caracterizan por un rozamiento mínimo en el mecanismo de aguja, así como por una alta sensibilidad de los elementos internos.

Los manómetros de referencia, con clase de precisión 0,4, tienen una escala de 250 unidades; con clase de precisión 0,15 o 0,25, tienen una escala de 400 unidades con un valor de división de 1 unidad. El funcionamiento del dispositivo es posible a diferentes temperaturas según el relleno de la carcasa. La temperatura de trabajo ideal es de 20 °C.

Con los detalles del llenado de cilindros de gas lo informará el siguiente artículo. Vale la pena leerlo para todos los propietarios de propiedades rurales no conectadas al suministro centralizado de gas.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Principio de funcionamiento del manómetro de resorte:

Características y ámbitos de aplicación del manómetro:

Los manómetros se fabrican para resolver diferentes tareas. Los tipos técnicos generales son los más populares, utilizados en pequeñas industrias, por diversas empresas que trabajan con equipos y sistemas de gas. Los manómetros de contacto eléctrico son dispositivos que señalan cuando se alcanza un valor crítico.

Para la verificación y ajuste de los manómetros se utilizan manómetros patrón. Los manómetros especiales se fabrican para medir la presión de un medio gaseoso específico. Entre ellos, los manómetros de propano son muy populares y a menudo se instalan junto con el regulador en los cilindros de gas.

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