Medición y calibración de instrumentos de volumen y presión

presión: 

instrumentos para medir la presión son dispositivos de distintos materiales que poseen un elemento que cambia de algún modo cuando se somete a la presión. Ese cambio es registrado en una escala o pantalla calibrada, y se expresa en unidades de presión.

Las unidades de medida en las que se expresa la presión indican una unidad de fuerza sobre unidad de área.

Aunque la unidad de medida estándar es el Pascal (N/m2), también se mide en libras por pulgada cuadrada (PSI), en atmósferas (atm), en kilogramos por centímetros cuadrados (kg/cm2), pulgadas de mercurio (Hg) y milímetros de mercurio (mm Hg).

Vale decir que la presión es la fuerza por unidad de superficie. Se experimenta cuando esa fuerza es perpendicular a la superficie.

Tipos de presión

Los diferentes tipos de presión son:

·         De vacío.

·         Absoluta.

·         Dinámica.

·         Estática.

·         Atmosférica.

·         Manométrica.

·         Diferencial.

·         Barométrica.

·         Estancamiento.

Existen varios instrumentos para medir la presión y, aunque la mayoría se utiliza para medir la presión relativa, hay algunos diseñados para medir la presión absoluta.

Los 10 instrumentos principales para medir la presión

1- Manómetro diferencial

También se le conoce con el nombre de manómetro de dos ramas abiertas. Este es un aparato que sirve para medir la diferencia de presión entre dos lugares.

El fluido que utiliza el manómetro diferencial para indicar los valores puede ser cualquier líquido: agua, queroseno, alcohol, entre otros. La condición esencial es que no se mezcle con el fluido que está a presión.

En caso de que se esté intentando medir presiones elevadas o diferencias muy grandes de presión, el líquido debería ser muy denso. En estos casos suele usarse mercurio.

En un manómetro las medidas pueden ir desde 0 a 0,5 KPa (≈ 0.2”H2O); o desde 0 a 7000 KPa (≈ 1000 psi). 

2- Manómetro truncado

Es un tipo de manómetro que se utiliza para medir pequeñas presiones gaseosas. Mide presiones absolutas y tiene las ramas más cortas que el diferencial.

3- Vacuómetro

Es un dispositivo que se utiliza para medir el vacío; es decir, para medir presiones inferiores a la presión atmosférica.

Resulta ser una herramienta muy útil en plantas de frío o donde se trabajan gases licuados, debido a que los puntos críticos de los gases y del vapor se calculan con base en temperaturas y presiones absolutas.

Aunque el rango de medición depende del material del que esté elaborado, puede abarcar medidas entre -0,5 y 0 KPa; y de -100 a 0 KPa (≈ -30 a 0 “Hg).

Algunos de los tipos de vacuómetros son:

Vacuómetro McLeod

Es un vacuómetro analógico con escala cuadrática de lectura directa.

Pistón-cilindro

Es un método primitivo de medición de presión que se conoce como balanza de presión o de pesos muertos.

Consiste en unas balanzas que tienen una cámara de vacío que se coloca por arriba para eliminar la corrección del empuje del aire.

4- Sensores de presión

Los sensores de presión son dispositivos diseñados para someter a los materiales a una presión que los deforma en su rango elástico. Tal deformación es proporcional a la presión usada y se considera lineal.

De esta manera, los sensores de presión transforman la presión en desplazamiento. Luego, el sensor convierte el movimiento en una señal eléctrica como voltaje o corriente.

Los transductores de presión más universales son:

• ·         La galga extensiométrica.
• ·         Los capacitadores variables.
• ·         La piezoeléctrica.

5- Tubo U

Consiste en un tubo de vidrio doblado en forma de U, que se llena parcialmente con un líquido de densidad conocida.

Uno de los extremos del tubo se conecta al objeto o al espacio en el que se quiere medir la presión, mientras que el otro extremo se deja libre.

La presión ejercida en el extremo donde hay alta presión provocará el movimiento del líquido dentro del tubo.

Ese movimiento se reflejará en una diferencia de nivel (o altura) marcada como h, y que depende de la presión y de la densidad del líquido en el tubo.

6- Tubo de Bourdon

Se trata de aparato con un tubo metálico y elástico, que se aplana y se curva de una forma especial. Cuando se le aplica presión, el tubo se endereza y su extremo libre se desplaza.

Es este movimiento el que mueve las palancas y los engranajes, que terminan desplazando una aguja que indica la presión en la escala.

7- Fuelle

Este instrumento tiene un componente elástico en forma de fuelle o acordeón, al que se le aplica la presión que se pretende medir.

Al aplicarle la presión, el fuelle se estira y es ese movimiento el que desplaza a la aguja indicadora de la medida.

8- Manómetro de diafragma

Este instrumento es una variante del manómetro de fuelle. Tiene forma de disco al que se le hacen corrugaciones circulares concéntricas.

En este dispositivo la presión se ejerce sobre un diafragma elástico, cuya deformación se traduce en el movimiento del puntero indicador de la medida.

El diafragma también puede ser metálico, en cuyo caso se vale de la característica elástica del material a medir.

Este tipo de manómetro se usa para medir presiones diferenciales bajas o presiones de vacío.

9- Barómetro

Es el instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. Existen varios tipos de barómetros:

Tubo de Torricelli

Lleva ese nombre en honor a su inventora Evangelista Torriceli, quien lo ideó en 1643.

Consiste en un tubo de 850 mm de longitud que se cierra en la parte superior y se mantiene abierto en su lado inferior para llenarlo con mercurio. El nivel de este metal líquido es el que indica la presión que hay.

Barómetro Fontini

Es la versión mejorada del tubo de Torricelli y se emplea en las estaciones meteorológicas para obtener mediciones muy precisas y a escalas diferentes.

Barómetros metálicos

Es un tipo de barómetro que funciona a base de gas, por lo que es menos sensible que los de mercurio, pero resulta práctico.

Altímetro

Es el tipo de barómetro metálico utilizado para medir la altitud sobre el nivel del mar.

Barómetro aneroide

Es un cilindro de paredes elásticas que mide las variaciones de la presión atmosférica.

10- Esfigmomanómetro

Consiste en un brazalete inflable, un manómetro y un estetoscopio que permite medir indirectamente la presión arterial, mediante el auscultamiento de los sonidos de Korotkov.

Puede funcionar con mercurio o aire y requiere la utilización de un estetoscopio o fonendoscopio.

Hay una variante de este aparato que es electrónico. Es preciso y muy fácil de usar, por lo que se ha hecho muy popular. Es un dispositivo muy sensible a los ruidos y a los movimientos.

 

Fiabilidad y seguridad asegurada

Factores de la calibración

La calibración consiste en la comparación de valores de medida de un instrumento a calibrar y un instrumento patrón. Para un manómetro o un transmisor de presión por ejemplo se capta los datos de hasta 9 puntos en presión creciente y hasta 9 puntos en presión decreciente. La desviación entre patrón e instrumento determina la precisión que se confirma en un certificado emitido por el laboratorio.

Aparte de la desviación de medida se debe determinar y documentar la incertidumbre de medida para garantizar la trazabilidad. Son estos dos factores que determinan la calidad de la calibración y deben incluirse en el certificado. La precisión del patrón debe superar al menos tres veces la precisión del instrumento a medir.

El instrumento patrón

En función de la precisión requerida se recurre a varios tipos de patrón con distintos principios de funcionamiento. Para conseguir desviaciones mínimos se utilizan patrones primarios, como balanzas de pesos muertos, que indican el valor de medida basados en las unidades del sistema internacional (SI). Los valores de calibración de este método superan con creces las exigencias de la industria. Por eso en este sector se suele realizar la comprobación sobre todo mediante controladores de presión. Los controladores ajustan la presión automáticamente y la calibración resulta mucho más económica que con balanzas de pesos muertos.

La trazabilidad de las medidas

El certificado tiene que documentar el patrón utilizado para relacionar con los patrones nacionales a través de una cadena continua de comparaciones. Los patrones a su vez obtienen su trazabilidad a través del Centro Español de Metrologia o de un laboratorio homologado.

Calibración de manómetros y transmisores de presión con calibradores portátiles

La calibración periódica de la instrumentación es imprescindible para asegurar la calidad y el buen funcionamiento de las instalaciones industriales. En muchos casos la calibración puede realizarse de manera fácil y con suficiente precisión directamente in situ en proceso y no es necesario desplazar el instrumento a un laboratorio especializado. Para esta tarea se aplican los calibradores portátiles, los Hand Helds. La calibración consiste en la comparación de la presión del calibrador (patrón)  con la presión que indica el instrumento a comprobar. La precisión del patrón debe ser por lo menos el triple del instrumento.

La generación de dicha presión en el patrón se realiza a menudo con bombas manuales, sean bombas neumáticas para presiones hasta 40 bar o bombas hidráulicas para generar presiones superiores de hasta 1000 bar. Para evitar la aplicación manual cabe la posibilidad de automatizar este proceso mediante bombonas de nitrógeno, guardados en un maletín para facilitar el transporte. Los calibradores portátiles de presión más avanzados tienen la funcionalidad de patrón y al mismo tiempo la función de generar la presión con una bomba incorporada. Este tipo de calibrador facilita estas funciones mediante un teclado que permite el manejo de una calibración entera con una mano. El usuario dispone por lo tanto de un dispositivo para facilitar al máximo el completo proceso de calibración de los instrumentos de medida de presión. Calibrador portátil con bomba incorporada

Calibrador de presión con maletín

El modelo CPH6600 reúne todas las prestaciones en un instrumento para realizar una calibración de presión completa in situ manejando con una mano. Esta funcionalidad facilita y acelera de manera considerable el proceso integro de calibración y comprobación. La calibración de transmisores electrónicos de presión incluye también la captación de la señal de salida, normalmente 4…20 mA.

Por eso los Hand – Helds modernos incluyen la funcionalidad de un multímetro para medir la tensión y la corriente. Para comprobaciones de la exactitud de presostatos se memoriza la presión de apertura y cierre del circuito eléctrico y se visualiza la histéresis resultante en el display. Este display es de fácil e intuitivo manejo y permite la lectura simultánea de la presión, temperatura y señal eléctrica.

Calibración y manejo de material volumétrico.

Introducción.

Los  análisis cuantitativos se llevan a cabo partiendo de dos mediciones básicas: la masa y el volumen. De allí que, análisis exactos exijan siempre dispositivos de medición altamente confiables.

Tanto los equipos de pesada como el material volumétrico se ofrece en diferentes calidades, por otra parte estos equipos son degradados por el uso y la mala manipulación. Por lo tanto es indispensable conocer la condición del mismo, lo que requiere que tanto balanzas como pipetas aforadas, buretas, matraces entre otros, deban ser periódicamente chequeados.

Vamos a ver todos los instrumentos que podemos utilizar para hacer medidas de volúmenes en líquidos, sólidos y gases. Pero antes definamos el volumen.

 ¿Que es Volumen?

 Volumen es la medida de la cantidad de espacio que ocupa un líquido, un sólido o un gas en un contenedor. Como el espacio es un lugar tridimensional se mide en unidades cúbicas. 

 Las unidades más usadas de volumen son los metros cúbicos y sus derivadas (cm3, mm3, etc.). Esta es la unidad del SI (Sistema Internacional de Medidas)

 Un caso especial son los líquidos y los gases, donde podemos especificar su volumen en función de la capacidad del recipiente que los contiene, o lo que es lo mismo lo que cabe dentro del recipiente. Usamos unidades de capacidad como el litro y sus derivadas, centilitro, mililitro etc.

 Hay una relación directa entre la capacidad y el volumen, ya que un litro (l) es la capacidad de una caja cúbica (cubo) de 1 dm de lado. 1 litro = 1 dm cúbico. (1dm3).

 Cuando se mide un pequeño volumen de líquido, como una dosis de medicamento para la tos, la mejor unidad para usar es mililitros.

 El volumen es una de las medidas más importantes en el laboratorio, por eso se utilizan diferentes instrumentos para medir el volumen. Veamos los más importantes tanto en líquidos, como en sólidos y gases.

 Instrumentos Para Medir Volumen en Líquidos

 Es importante antes de empezar decir que todos los instrumentos para medir el volumen de líquidos están graduados para hacer mediciones a una temperatura determinada, normalmente a 20ºC. Ya sabemos que el volumen puede cambiar con la temperatura.

 Probeta

 Tubo de cristal alargado y con escala graduada, cerrado por un extremo y usado como recipiente de líquidos o gases, el cual tiene como finalidad medir el volumen de los mismos. Permiten medir volúmenes de forma aproximada, o transvasar y recoger líquidos. Se fabrican de distintos tamaños y materiales (vidrio y plástico).

 

Matraz

 Un matraz es un recipiente de vidrio con una escala graduada que se utilizan para la determinación aproximada del volumen de líquidos. Tienen las paredes inclinadas para evitar salpicaduras sobre la persona que lo está utilizando, pero la boca suficientemente ancha para poder introducir, por ejemplo, un termómetro ya que muchas veces se calienta la disolución que hay en su interior y tenemos que controlar la temperatura.

 Hay un tipo de matraz llamado matraz aforado, que sirve para medir una única cantidad (volumen) de líquido. Tiene una sola medida con una marca (fíjate en la imagen de abajo).

 Se utilizan especialmente para la disolución de compuestos, la dilución de líquidos, calentamiento y otras operaciones. Los matraz suelen tener un 'pico' que se utiliza para verter los líquidos.

 Vaso de Precipitado

 Es parecido al matraz para no tiene las paredes inclinadas y se utiliza cuando las reacciones en su interior no tengan peligro de salpicadura. Se emplean para contener y calentar líquidos, realizar tratamiento de muestra y precipitaciones.