Manómetro

Manómetro.

Un manómetro (del gr. μανός, ligero y μέτρον, medida) es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Esencialmente se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases.^[1]

La historia de la medición de presión

• 1594 Galileo Galilei, nace en Pisa (Italia), obtiene la patente de una máquina para bombear agua de un río para el riego de tierras. El centro del bombeo era una jeringa. Galileo Galilei descubrió que 10 metros era el límite para el cual el agua se pueda elevar en la succión de la jeringa, pero eso no era explicación alguna para este fenómeno. Los científicos eran devotos a encontrar la causa para esto.
• 1644 Evangelista Torricelli (rorr). Físico italiano. Llenó un tubo de un metro de largo, sellado herméticamente con mercurio y lo colocó de forma vertical, con un extremo abierto en un recipiente con mercurio. La columna de mercurio, invariablemente, bajó unos 760 mm, dejando un espacio vacío encima de este nivel. Torricelli atribuyó la causa del fenómeno a una fuerza en la superficie de la tierra, sin saber, de dónde provenía. También concluyó que el espacio en la parte superior del tubo estaba vació, que no hay nada allí y lo llamó un “vació”.
• 1648 Blaise Pascal, filósofo francés, físico y matemático, escuchó acerca de los experiment de Torricelli y estuvo investigando sobre los descubrimientos de Galileo y Torricellis. Llegó a la conclusión de que la fuerza, que tiene a la columna a 760 mm, es el peso del aire de encima. Por lo tanto, en una montaña, la fuerza debe ser reducida por el peso del aire entre el valle y la montaña. Predijo que la altura de la columna disminuirá el que demostró con sus experimento en el monte Puy- de- Dome, en el centro de Francia. De la disminución se puede calcular el peso del aire. Pascal formuló también que esta fuerza, que la llamó “presión”, está actuando de manera uniforme en todas las direcciones.
• 1656 Otto von Guericke, nación en Magdeburg/Alemania. La conclusión de Torricelli de un espacio vacío era contraria a la doctria de un Dios omnipresente y fue atacado por la iglesia. Guericke desarrolló nuevas bombas para evacuar grandes volúmenes, y dio un dramático experimento de Madgeburgo por el bombeo de aire de dos hemisferios de metal que había sido equipado con nada más que grasa. Ocho caballos en cada hemisferio no fueron lo suficientemente fuertes para separarlos.
• 1661 Robert Boyle. Químico anglo-irlandés, que utilizó los tubos “J” cerrados en un extremo para estudiar la relación entre la presión y el volumen de gas atrapado y declaró la ley de PV=k (P: presión, V: volumen, K: constante) lo que significa que sí el volumen del gas a una presión dada es conocido, la presión se puede calcular sí se cambia el volumen, siempre y cuando que ni la temperatura ni la cantidad de gas sea cambiada.
• 1820 Casi 200 años después, Joseph Louis Gay-Lussac. Físico francés y químico, descubrió que el aumento de la presión de un gas atrapado en el volumen constante es proporcional a la temperatura. Veinte años más tarde, William Thomson (Lord Kelvin) define la temperatura absoluta.

Características y tipos de manómetros

Fig. 1. Manómetro de dos ramas abiertas.

Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica; dichos aparatos reciben el nombre de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides. La presión manométrica se expresa ya sea por encima, o bien por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manomanómetros, manómetros de vacío o vacuómetros.

Manómetro de dos ramas abiertas

Estos son los elementos con la que se mide la presion positiva, estos pueden adoptar distintas escalas. El manómetro más sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en ∪ que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros). Una de las ramas del tubo está abierta a la atmósfera; la otra está conectada con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir (Figura 1). El fluido del recipiente penetra en parte del tubo en ∪, haciendo contacto con la columna líquida. Los fluidos alcanzan una configuración de equilibrio de la que resulta fácil deducir la presión manométrica en el depósito: resulta:

donde ρ_m y ρ son las densidades del líquido manométrico y del fluido contenido en el depósito, respectivamente. Si la densidad de dicho fluido es muy inferior a la del líquido manométrico, en la mayoría de los casos podemos despreciar el término ρgd, y tenemos

de modo que la presión manométrica p-p_atm es proporcional a la diferencia de alturas que alcanza el líquido manométrico en las dos ramas. Evidentemente, el manómetro será tanto más sensible cuanto menor sea la densidad del líquido manométrico utilizado.

Fig. 2. Manómetro truncado.

Manómetro truncado

El llamado manómetro truncado (Figura 2) sirve para medir pequeñas presiones gaseosas, desde varios torrs hasta 1 Torr. No es más que un barómetro de sifón con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica con un depósito cuya presión supere la altura máxima de la columna barométrica, el líquido barométrico llena la rama cerrada. En el caso contrario, se forma un vacío barométrico en la rama cerrada y la presión absoluta en el depósito vendrá dada por

Obsérvese que este dispositivo mide presiones absolutas, por lo que no es un verdadero manómetro.

Fig. 3. Manómetro de Bourdon (fundamento).

Burdon

El más corriente es el manómetro de Bourdon, consistente en un tubo metálico, aplastado, hermético, cerrado por un extremo y enrollado en espiral.

Detalles mecanicos

Elementos Estaticos:

• A: Bloque receptor. Es la extructura principal del manometro, ya lo conecta con el tuberia a medir, y a su vez contiene los tornillos que permiten montar todo el conjunto.
• B: Placa chasis o de soporte. Unida al bloque receptor se encuentra la placa de soporte o chasis, que sostendrá los engranajes del sistema. Ademas en su adverso contiene los tornillos de soporte de la placa graduada.
• C: Segunda placa chasis. Ella contiene los ejes de soperte del sistema de engranes.
• D: Espaciadores que separan los dos chasis.

Mechanical details

Elementos moviles:

1. Terminal estacionario del tubo de Bourdon. Comunica el manometro con la tuberia a medir, a traves del Bloque Receptor.
2. Terminal movil del tubo de Bourdon. Este terminal es sellado y por lo general contiene un pivote que comunica el movimiento del burdon con el sistema de engranajes solidarios a la aguja indicadora.
3. Pivote con su respectivo pasador.
4. Puente entre el pivote y el brazo de palanca del sistema (5) con pasadores para permitir la rotación conjunta.
5. Brazo de palanca o simplemente brazo. Es un extension de la placa de engranes (7).
6. Pasador con eje pivote de la placa de engranes.
7. Placa de engranes.
8. Eje de la aguja indicadora. Esta tiene una rueda dentada que se conecta a la placa de engranes (7) y se extiende hacia la cara graduada del manometro, para así mover la aguja indicadora. Debido a la corta distancia entre el brazo de palanca y el eje pivote, se produce una amplificación del movimiento del terminal movil del tubo de Bourdon
9. Resorte de carga utilizado en el sistema de engranes para evitar vibracines en la aguja e histeresis.

Manómetro metálico o aneroide

En la industria se emplean casi exclusivamente los manómetros metálicos o aneroides, que son barómetros aneroides modificados de tal forma que dentro de la caja actúa la presión desconocida que se desea medir y fuera actúa la presión atmosférica.

Medición de la presión de los neumáticos con un manómetro

Hay 3 pasos sencillos en la medición de la presión de un neumático con un medidor de presión:

1. Ponerse en una posición firme para aplicar el manómetro a la válvula.

2. Aplicar la medida, formando un buen sellado entre el indicador y el tallo y la liberación de aire de la llanta en el medidor. Hay que notar cómo el pasador en el interior de las prensas de calibre en contra de la aguja de la válvula interior del vástago de la válvula para liberar el aire de los neumáticos.

3. Aplicar el manómetro, sellando perfectamente la conexión entre el manómetro, el vapor y el aire liberado de la llanta al manómetro. Se debe notar como el alfiler del mismo presiona contra el alfiler de la válvula de vapor para liberar el aire de la llanta.

4. Leer la presión obtenida del manómetro.

Referencias

Bibliografía

• Ortega, Manuel R. & Ibañez, José A. (1989-2003) (en español). Lecciones de Física (Termofísica). Monytex. ISBN 84-404-4291-2. 
• Resnick,Robert & Krane, Kenneth S. (2001) (en inglés). Physics. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9. 
• Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004) (en inglés). Physics for Scientists and Engineers (6ª edición). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7. 
• Tipler, Paul A. (2000) (en español). Física para la ciencia y la tecnología (2 volúmenes). Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4382-3. 

Véase también

• Presión
• Presión manométrica
• Barómetro
• Presión atmosférica
• Piezómetro
• Isoteniscopio

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre manómetrosCommons.
• Curso Interactivo de Física en Internet. Ángel Franco García.
• perso.wanadoo.es/cpalacio/manometro