Manómetro - Principio de funcionamiento y selección

Manómetro - Cómo funciona

Manómetro

Figura 1: Manómetro

Un manómetro mide la presión de un gas o líquido dentro de un sistema. Controla la presión de los fluidos en diversas aplicaciones, como las industrias de automoción, aeroespacial, médica y manufacturera. La medición de la presión en un sistema es fundamental para garantizar la consistencia de un producto y una medida de seguridad para estar al tanto de las fugas o la acumulación de presión en un sistema. Antes de especificar un manómetro, es importante comprender los principios básicos de la presión. Este artículo explica cómo funcionan los manómetros y cómo seleccionar uno para una aplicación.

Índice de contenidos

Conceptos básicos de presión y medición de la presión

La presión es la cantidad de fuerza aplicada perpendicularmente a una superficie por unidad de área. En un líquido o gas estancado, es la fuerza aplicada a la pared del recipiente en un punto determinado.

La presión estática (Figura 2 etiquetada A) es uniforme en todas las direcciones. Sin embargo, un fluido en movimiento aplica una presión adicional en la dirección del flujo mientras que tiene un impacto insignificante en las superficies paralelas a la dirección del flujo, como se ve en la figura 2. Esta presión adicional se denomina presión dinámica (Figura 2 etiquetada C). La presión total de un flujo (también llamada presión de estancamiento) es la suma de la presión estática y dinámica en ese flujo (Figura 2 etiquetada D).

Un instrumento mide la presión total del flujo si está orientado en el sentido del flujo. Los instrumentos analizados en las secciones siguientes están diseñados para medir la presión estática de un sistema. La presión suele medirse de tres formas: absoluta, manométrica y diferencial. Lea nuestro artículo sobre formas de presión para obtener más detalles sobre cada tipo.

Presión estática frente a presión total; presión estática (A y B), presión dinámica (C) y presión total/de estancamiento (D y E)

Figura 2: Presión estática frente a presión total; presión estática (A y B), presión dinámica (C) y presión total/de estancamiento (D y E)

¿Qué es un manómetro?

Un manómetro es un dispositivo que mide la presión (intensidad) de un fluido. Suele constar de un dial o una pantalla digital que indica la presión, junto con un sensor que mide la presión y la convierte en una señal eléctrica que puede leerse en la pantalla. La supervisión del valor de la presión de un sistema hidráulico permite controlar la presión acumulada en el sistema. Un sistema hidráulico está diseñado para funcionar en un rango de presiones determinado, por lo que es fundamental asegurarse de que el manómetro está homologado para el rango de funcionamiento. Los manómetros suelen constar de un elemento sensible a la presión (como un tubo de Bourdon o un diafragma) conectado a un mecanismo de medición y un indicador, como una esfera o una lectura digital. El elemento sensible a la presión se deforma bajo la presión del gas o del líquido, y el mecanismo de medición convierte esta deformación en una medida legible.

Símbolo del manómetro

Figura 3: Símbolo del manómetro

Cómo funcionan los manómetros analógicos

Se han desarrollado muchas técnicas para medir la presión en un sistema y, entre ellas, los manómetros aneroides, también conocidos como manómetros mecánicos, son la tecnología más adoptada.

Los manómetros aneroides miden la presión mediante un elemento metálico que responde a la presión. Este elemento adopta diferentes formas, pero su principio de funcionamiento principal sigue siendo el mismo: flexión elástica bajo una aplicación de presión diferencial. La deformación de este elemento puede medirse y convertirse en la rotación de un puntero en una pantalla de escala analógica. Los tres tipos principales de manómetros aneroides son el tubo de Bourdon, el diafragma y el elemento de cápsula. Los manómetros digitales, en comparación con los analógicos, tienen mayor precisión. Lea nuestro artículo sobre manómetros digitales para obtener más información sobre este tipo de manómetros.

Manómetro de tubo Bourdon

Un tubo de Bourdon es un tubo aplanado de pared delgada y extremo cerrado formado en forma de C o de hélice, como se ve en la figura 4. Al aplicar la presión del fluido en el interior del tubo, la sección transversal ovalada se vuelve más circular y endereza el tubo. El tubo recupera su forma al desaparecer la presión del fluido. El cambio en la forma de este tubo crea un patrón de movimiento en el extremo libre del tubo, que se convierte en una rotación del puntero con eslabones y engranajes.

Un tubo de bourdon mide la presión manométrica (relativa a la presión atmosférica). El tubo de Bourdon es el tipo de manómetro más utilizado por su excelente sensibilidad, linealidad y precisión. Lea nuestro artículo sobre manómetros de tubo de Bourdon para obtener más detalles sobre el principio de funcionamiento del dispositivo y los criterios de selección. Los manómetros de tubo Bourdon se presentan en varios diseños y especialidades para servir a diversas aplicaciones. El rango de presión de los manómetros de tubo de Bourdon varía entre 0 - 0,6 bar (0 - 8,7 psi) y 0 - 1600 bar (0 - 23206 psi), con una clase de precisión (que se analiza más adelante en este artículo) que suele oscilar entre 0,1 y 4,0. Suelen ser de acero inoxidable, latón o monel (aleación de níquel). El manómetro de tubo de Bourdon es el más común y se utiliza en muchas aplicaciones para medir presiones medias y altas. Las industrias química, de climatización, automovilística y aeroespacial utilizan manómetros de tubo de Bourdon para medir la presión.

Tubo de Bourdon (izquierda), esquema de funcionamiento del tubo de Bourdon que muestra la presión aplicada (A) y la fuerza desarrollada (B) (centro), y el dial (derecha).

Figura 4: Tubo de Bourdon (izquierda), esquema de funcionamiento del tubo de Bourdon que muestra la presión aplicada (A) y la fuerza desarrollada (B) (centro), y el dial (derecha).

Manómetro de diafragma

Un manómetro de membrana utiliza la deflexión de una membrana flexible que separa dos ambientes, como se ve en la figura 5. Una de las caras de la membrana puede estar expuesta a la atmósfera (en este caso se mide la presión manométrica), o puede estar sellada contra el vacío (en cuyo caso se puede medir la presión absoluta). La membrana suele ser metálica o cerámica, que puede sujetarse entre dos bridas o soldarse. A medida que aumenta la presión, flexiona el diafragma, que puede convertirla en una medición de cuadrante a través de engranajes y enlaces. Lea nuestro artículo sobre manómetros de membrana para obtener más detalles sobre el principio de funcionamiento y los criterios de selección del dispositivo. Los manómetros de membrana son adecuados para gases corrosivos, líquidos o medios muy viscosos. El medidor se utiliza ampliamente en las industrias química/petroquímica, centrales eléctricas, minería, en tierra y mar, y tecnología medioambiental. El manómetro de diafragma mide presiones entre 0 - 2,5 mbar (0 - 0,036 psi) y 0 - 25 bar (362,5 psi), con una clase de precisión que suele oscilar entre 0,6 y 2,5.

Los manómetros de membrana han sido utilizados con éxito por numerosas industrias para aplicaciones de medición de presión absoluta y diferencial. Se utilizan en aplicaciones en las que se desea un alto grado de pureza. También es adecuado para industrias que trabajan con fluidos corrosivos. Industrias como la alimentaria, farmacéutica, petroquímica y minera utilizan manómetros de diafragma.

Izquierda: Principio de funcionamiento del manómetro de diafragma: aguja (A), entrada de presión (B), eslabón (C) y diafragma (D) Derecha: Manómetro de diafragma Izquierda: Principio de funcionamiento del manómetro de diafragma: aguja (A), entrada de presión (B), enlace (C) y diafragma (D) Derecha: Manómetro de diafragma

Figura 5: A la izquierda: Principio de funcionamiento de un manómetro de membrana: aguja (A), entrada de presión (B), eslabón (C) y membrana (D) Derecha: Manómetro de diafragma

Manómetro del elemento de la cápsula

Los manómetros de elemento de cápsula miden el aire y los gases secos a bajas presiones. El calibrador consta de dos membranas circulares unidas por su borde exterior, como se ve en la figura 6. Uno de los diafragmas tiene una abertura en el centro que permite la entrada del medio. La dilatación o contracción de la cámara debida a la diferencia de presión entre los medios exterior e interior permite medir la presión. Un manómetro de fuelle funciona de forma similar.

Los manómetros de elemento de cápsula se utilizan casi exclusivamente para medir con precisión la presión en medios gaseosos. Son más frecuentes en sistemas neumáticos de baja presión, válvulas de ventilación, control de sobrepresión, control de filtros y bombas de vacío. El intervalo que miden la mayoría de estos manómetros suele ser de 0,1 a 0,6 mbar (0,001 a 0,009 psi) con una clase de precisión que suele oscilar entre 0,1 y 2,5. Los manómetros de elemento de cápsula se utilizan para medir bajas presiones positivas/negativas en medios gaseosos. Aunque los manómetros de elemento de cápsula suelen necesitar muy poco mantenimiento, pueden surgir problemas por el camino. Lea nuestro artículo sobre localización de averías en manómetros para obtener más información sobre cómo solucionar estos problemas.

Manómetro cápsula-elemento woking (izquierda) con la cámara de presión (A), elemento cápsula (B), vástago con conector de presión (C), entrada de presión (D), esfera (E), movimiento (F), ventana (G) y aguja (H) y el manómetro cápsula-elemento (derecha).

Figura 6: Manómetro de elemento de cápsula (izquierda) con la cámara de presión (A), elemento de cápsula (B), vástago con conector de presión (C), entrada de presión (D), esfera (E), movimiento (F), ventana (G) y puntero (H) y el manómetro de elemento de cápsula (derecha).

Accesorios

Diversos accesorios que pueden utilizarse con manómetros. Los más comunes son:

  • Sellos/juntas: Estos garantizan un sellado correcto.
    • Plano: La junta es plana y no permite una rotación adicional de la lectura del manómetro.
    • Perfil: La junta tiene un perfil y permite un giro de 1/2 o completo de la lectura de los manómetros para asegurar la orientación correcta de la instalación. Las juntas de perfil pueden ser externas o internas centradas.
  • Tapones de seguridad: Un tapón de goma que va sobre el manómetro para añadir durabilidad y absorción de impactos.
  • Reductores: Si la entrada del manómetro y el tamaño de la conexión de salida son diferentes, puede utilizarse un reductor. También puede ser útil si el tipo de conexión es diferente en ambos (es decir, BSPP y NPT).
  • Conectores a presión: Los conectores a presión permiten instalar o desinstalar una manguera del manómetro de forma rápida y sencilla.
  • Desairadores: Un amortiguador de presión amortigua los efectos de los picos de presión y las pulsaciones, lo que permite que el manómetro siga siendo legible y prolongue su vida útil.

Criterios de selección

Los manómetros se presentan en varios diseños, cada uno de los cuales sirve para aplicaciones e industrias específicas. Varios factores como la precisión, el tamaño del dial, el entorno, el medio y el rango de presión de funcionamiento afectan a la selección de estos dispositivos. Además, existen varias aplicaciones para las que se utilizan los manómetros, como los manómetros de filtros de piscinas, los manómetros de vacío, los manómetros de compresores y los manómetros de agua. Lea nuestros consejos de selección de manómetros para saber más sobre todos los factores necesarios para tomar una decisión sobre un manómetro.

Unidades de presión

Los manómetros vienen en una variedad de unidades de visualización. En la tabla 1 se describen las unidades utilizadas habitualmente en los manómetros, junto con su conversión a sus equivalentes en pascales.

Tabla 1: Unidades habituales en los manómetros

Pascal (Pa o N/m2)
1 Bar = 105
1 a (kg/cm2 o kgf/cm2 o Atmósfera técnica) = 9.80 665 × 104
1 atm (Atmósfera estándar) = 1.01 325 × 105 = 760 Torr
1 Torr (mmHg o milímetro de mercurio) = 1.333 224 × 102
1 cmH2O(cmWc o centímetro de agua) 98.0665 = 10 mmH2O
1 mmH2O(mmWc o milímetro de agua) 9.80 665
1 lbf/in2 (Psi) = 6.8 948 × 103 = 16 ozf/pulg2
1 oz/in2 (oz/in2) = 4.30 922 × 102
1 inHg (pulgada de mercurio) = 3.37 685 × 103

Rangos de presión

La norma europea EN 837 establece procedimientos normalizados, requisitos de diseño, ensayos y guías de instalación para los manómetros de uso común. Las normas EN 837-1 y EN 837-3 proporcionan información sobre el diseño de las esferas de las escalas concéntricas. Los manómetros pueden funcionar con una gran variedad de rangos, desde manómetros de baja presión para agua hasta manómetros hidráulicos de alta presión que suelen ir equipados con amortiguadores. La unidad de presión preferida es el bar, y en las tablas 2-6 se detallan los intervalos de presión más utilizados. Tenga en cuenta que es necesario limitar la presión normal de funcionamiento del manómetro al 25 - 75% de la escala. Si el proceso implica pulsaciones, la presión manométrica máxima de funcionamiento no debe superar el 50% del rango de escala completa.

Rangos de presión en bar

Tabla 2: Rangos de presión (en bar)

0 - 0.6 0 -1 0 -1.6 0 - 2.5 0 - 4
0 - 6 0-10 0 -16 0 - 25 0 - 40
0 - 60 0 - 100 0 -160 0 - 250 0 - 400
0 - 600 0 -1000 0 -1600

Rangos de presión en mbar

Tabla 3: Rangos de presión (en mbar)

0 - 1 0 - 1.6 0 - 2.5 0 - 4 0 - 6
0 - 10 0 - 16 0 - 25 0 - 40 0 - 60
0 - 100 0 - 160 0 - 250 0 - 400 0 - 600

Rangos de vacío en bar

En los manómetros de vacío, la aguja gira en sentido contrario a las agujas del reloj al aumentar el vacío.

Tabla 4: Rangos de vacío (en bar)

-0.6 - 0 -1 - 0

Rangos de vacío en mbar

Tabla 5: Rangos de vacío (en mbar)

-1 - 0 -1.6 - 0 -2.5 - 0 -4 - 0 -6 - 0
-10 - 0 -16 - 0 -25 - 0 -40 - 0 -60 - 0
-100 - 0 -160 - 0 -250 - 0 -400 - 0 -600 - 0

Rangos combinados de presión y vacío en bar

Tabla 6: Rangos combinados de presión y vacío en bar

-1 - 0.6 -1 - 1.5 -1 - 3 -1 - 5
-1 - 9 -1 - 15 -1 - 24

Tamaño nominal

El tamaño nominal (NS) de un calibre es el diámetro del mismo. Los tamaños nominales de los calibres según la norma EN 837 son: 40, 50, 63, 80, 100, 160 y 250 mm

Precisión del manómetro

Las clases de precisión (KL) determinan el margen de error máximo que puede tener cada manómetro en términos de porcentaje de la lectura máxima de la escala. Por ejemplo, un manómetro con una lectura máxima de 10 bar y clase de precisión 4 puede desviarse de la presión real en un 4% ( 0,4 bar). Otro ejemplo es un manómetro que tiene una escala de 0-100 bar con una precisión del 2%. Esto significa que el manómetro tiene una precisión de 2 bares en todo su rango. Instalar un manómetro con poca precisión puede dar lugar a mediciones erróneas, y utilizar un manómetro con una precisión excesiva aumenta el coste de compra, calibración y mantenimiento de ese manómetro.

Tabla 7: Clase de precisión de los manómetros

Clase de precisión Límites del error admisible (Porcentaje del Span)
0.1 0.1%
0.25 0.25%
0.6 0.6%
1 1%
1.6 1.6%
2.5 2.5%
4 4%

Materiales

Dado que los manómetros utilizan diversos elementos para medir la presión, es importante tener en cuenta la compatibilidad química de los materiales a la hora de elegir el manómetro adecuado. Consulte la tabla de compatibilidad química.

Tipos de montaje y conexión

  • Conexión roscada estándar: Este tipo de calibre se enrosca simplemente en una rosca disponible. Las roscas se sellan mediante una junta de compresión para las roscas cónicas y una junta tórica para las roscas paralelas.
  • Manómetro integrado: El montaje de este manómetro se realiza mediante una rosca hembra.
  • Manómetro de brida: Este tipo de montaje se ofrece para quienes deseen instalar el manómetro en un armario de control.

Seguridad y vida útil

Según la norma EN 837-2, a efectos de seguridad, se seleccionará un manómetro con un rango tal que la presión máxima de trabajo no supere el 75% del valor máximo de la escala para la presión constante o el 65% del valor máximo de la escala para la presión cíclica.

Cuando se utilizan medios de presión peligrosos, como oxígeno, acetileno, sustancias combustibles y sustancias tóxicas, es necesario elegir un manómetro con medidas de seguridad adicionales, como un dispositivo de soplado en la parte trasera. Estas medidas de seguridad garantizan que cualquier fuga o estallido de los componentes presurizados no dañará a nadie en la parte delantera de la báscula.

Toda la carcasa de los manómetros propensos a constantes vibraciones mecánicas suele rellenarse con aceite o glicerina. Este sería el caso de los manómetros utilizados en las lavadoras de alta presión.

En las presiones que pulsan rápidamente, como la colocación de manómetros por parte de bombas alternativas, se suele utilizar una restricción de orificio para igualar las fluctuaciones de presión y proporcionar una lectura media. Esto aumenta la vida útil del manómetro al evitar el desgaste innecesario de los engranajes del mismo. El desgaste es normal en los medidores con el paso del tiempo. Lea nuestro artículo sobre el mantenimiento y la resolución de problemas de los manómetros para obtener más información.

Preguntas frecuentes

¿Para qué sirve un manómetro industrial?

Mide la presión de un gas o un líquido en un entorno industrial. El dispositivo supervisa y controla la presión de los fluidos en una amplia gama de aplicaciones de las industrias automovilística, aeroespacial, médica y manufacturera.

¿Cómo funcionan los manómetros?

Los manómetros constan de un elemento sensible a la presión conectado a un mecanismo de medición y a un indicador, como una esfera o una lectura digital. El elemento sensible a la presión se deforma bajo la presión del gas o del líquido y el mecanismo de medición convierte esta deformación en una medida legible.

¿Qué es un manómetro de gas natural?

Un manómetro para gas natural mide la presión del gas natural y la detección de fugas. Suele ser de latón o acero inoxidable.