Calibración de manómetro de Bourdon: guía práctica y teórica

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
“LA TÉCNICA AL SERVICIO DE LA PATRIA”
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD AZCAPOTZALCO
INGENIERÍA EN ROBÓTICA INDUSTRIAL
MATERIA: INSTRUMENTACIÓN
TEMA: MANÓMETRO DE BOURDON Y COMO CALIBRARLO
PROFESOR: GALLARDO ÁLVAREZ RICARDO
ALUMNOS:
AYALA GUERRERO MARIO ALBERTO
LÓPEZ CRESCENCIO ALAN JOAQUÍN
MERCADO MARTÍNEZ RAÚL
GRUPO: 3RV1
CIUDAD DE MÉXICO
MARZO 2021
Objetivos:


Los alumnos comprenderán de forma escrita conceptos importantes sobre el manómetro de
Bourdon.
Aprender a calibrar un manómetro tipo Bourdon por peso muerto y por medio de un manómetro
patrón.
Manómetro de Bourdon
Un manómetro de Bourdon o Manómetro de fuelle es un instrumento que
nos ayuda a medir la presión manométrica, la cual es la presión de un gas
menos la presión de la atmósfera. Este instrumento fue desarrollado por
Eugene Bourdon.
¿Para qué sirve?
El manómetro de Bourdon sirve del mismo modo que los demás
manómetros, aunque este es una versión primitiva, para medir la presión de un lugar en particular. En
ese sentido, se encarga de medir la presión manométrica, la cual se comprende como la presión total
que un gas tiene menos la presión atmosférica, así que la presión atmosférica es despreciada.
Se recuerda que los manómetros son muy usados en sitios en los que se necesita medir la presión,
pero sin el efecto que la presión atmosférica puede ocasionar, como por ejemplo ocurre con la presión
de un gas en un tubo.
Fundamento del manómetro de Bourdon
El Manómetro consta de una vara o manecilla, la cual nos indica el nivel de presión, esta se encuentra
conectada a un tubo por donde ingresa el gas a medir. En el caso de los medidores del tipo bourdon,
el circuito de medición es muy sencillo. Al entrar el gas por la boquilla, este llega hasta un tubo (muelle
tubular o tubo bourdon) que, al recibir el gas o líquido, se expande y mueve la manecilla indicadora.
Las medidas utilizadas por el medidor de gas son
(libra por pulgada al cuadrado) y
(Kilogramos por centímetro cuadrado) lo que también equivale a bares.
En los medidores de tubo bourdon, el rango de medición comienza a partir de los
.
Manómetro de Bourdon aplicaciones






Medir la cantidad de aire en un neumático
Se utiliza en los tanques de gas estacionario, para indicar la cantidad del mismo que hay en el
tanque.
Tanques de oxígeno
Para refrigeración
Pistolas para pintar
Para Herramientas industriales
Partes
Tipos de tubos de Bourdon
El tubo Bourdon es un tuvo aplanado, el cual se encuentra conectado al medidor, este se puede mover
libremente para recibir el fluido y medirlo.
Existen 3 tipos de tubos Bourdon



Tipo C. Su rango de medición va desde los
de vacío, hasta los
.
Tipo Espiral. Este tipo tiene mayor exactitud en la medición, va desde los hasta los
.
Tipo Helicoidal. Tiene una menor exactitud, pero un mayor desplazamiento, su rango es de los
0 a los
.
Calibración
-
Calibrador de peso muerto
Para obtener mediciones de presión muy precisas, es esencial recalibrar regularmente el manómetro.
Esto se debe a que el tubo tiende a debilitarse con el uso prolongado. Lo normal El procedimiento
consiste en aplicar una presión conocida al manómetro mediante un dispositivo llamado peso muerto.
Calibrador. El procedimiento de calibración normal es cargar el manómetro para presiones conocidas,
usando un calibrador de peso muerto que incluye un líquido de gravedad específica conocida (utilice
agua como líquido). Este comprobador de peso muerto utiliza una disposición simple de pistón y
cilindro para proporcionar una fuente de líquido presurizado (en el experimento, el agua producirá un
mejor resultado que el aceite) que es transmitido al medidor. Dado que la verdadera presión del líquido
se puede calcular fácilmente, el valor se puede comparar directamente con la lectura del medidor en
todo el rango de escala. (La escala rango es el rango de presiones desde cero hasta el valor de
deflexión de escala completa). El peso muerto El probador consiste en un pistón cilíndrico que se
puede mover libremente verticalmente en un cilindro ajustado. Se adjunta una platina al pistón que se
puede cargar con una serie de pesos precisos. la presión desarrollada en el cilindro se transmite a
través de un tubo transparente al manómetro bajo prueba. El cilindro está montado sobre una placa
base que se apoya en tornillos niveladores y está equipada con un nivel de burbuja.
Ecuaciones
Donde:
Configuración del equipo:





Coloque el calibrador sin el pistón en la parte superior del banco hidráulico y asegúrese de que
la base es horizontal ajustando los pies y usando el nivel de burbuja. Esto es necesario para
asegurar la transferencia vertical de la carga aplicada y la libre rotación del pistón.
Abra todas las llaves en la base del manómetro.
Conecte la llave de entrada al conector de flujo del banco y la llave de salida al tubo del cilindro
calibrador.
Abra lentamente la válvula de banco para producir un flujo, incline el manómetro para
asegurarse de que el aire se expulsa del colector y luego cierre el grifo intermedio del colector.
Cuando no salga más aire y el cilindro calibrador esté lleno, cierre el banco. Válvula y la llave
de entrada en el colector.
Procedimiento:
1. Se debe anotar el peso del pistón y su área de sección transversal.
2. Se debe quitar el pistón y verter agua en el cilindro hasta que esté lleno hasta el nivel de
desbordamiento. Cualquier aire atrapado en el tubo puede eliminarse inclinando y golpeando
suavemente el aparato. Una pequeña cantidad del aire que quede en el sistema no afectará el
experimento; sin embargo, una gran cantidad de aire provocaría que el pistón al fondo en la
base del cilindro.
3. A continuación, el pistón se vuelve a colocar en el cilindro y se deja reposar. Un nivel de burbuja
colocado en la plataforma a la parte superior del pistón se puede utilizar para asegurar que el
cilindro esté verticalmente en posición vertical.
4. Los pesos ahora se agregan en incrementos convenientes, y en cada incremento, la lectura del
manómetro es observado.
5. Luego se toma un conjunto similar de resultados con ponderaciones decrecientes.
6. Para evitar que el pistón se atasque en el cilindro, es aconsejable girar el pistón suavemente
mientras se lee la presión manométrica.
Ejemplo:
Masa del pistón:
Peso del pistón:
Área de sección transversal:
Carga total incluyendo el peso del
pistón
Presión
verdadera
Lectura del medidor
Presión
incrementando
Presión
decreciente
1.00
9.81
29.5
30
30
1.50
14.7
44.2
45
45
2.00
19.6
58.9
61
61
2.50
24.5
73.6
76
76
3.00
29.4
88.4
91
91
3.40
33.4
100.2
103
103
3.80
37.3
111.9
115
115
4.80
47.1
141.4
145
145
5.80
56.9
170.9
175
La tabla anterior presenta un conjunto típico de resultados. Los pesos se convierten de unidades de
y las presiones verdaderas al dividir la
kilogramo de fuerza a Newton al multiplicar por el factor
fuerza por el área del pistón.
-
Calibración por un manómetro patrón
¿Qué necesitamos?





Patrones de trabajo: puede tratarse de un manómetro analógico o digital de precisión o un
calibrador digital. Deben seleccionarse patrones que tengan una incertidumbre de 4 a 10 veces
mejor que la que esperamos del manómetro a calibrar. Por supuesto, todo con su certificado de
calibración trazable y vigente.
Generador de presión: También debemos contar con un sistema de generación de presión. Los
hay neumáticos e hidráulicos, bombas manuales o electrónicas. Muchos calibradores
electrónicos hoy poseen generación de presión incorporada con una pequeña bomba neumática
interna. Para presiones bajas (menores a 2MPa) es quizás la mejor alternativa.
Conectores, tubos y adaptadores: para poder cubrir las conexiones habituales de los
manómetros a ensayar.
Medidor de condiciones ambientales: en general se utilizan termohigrobarómetros. El mismo
también debe poseer calibración vigente y trazable en temperatura ambiente, humedad relativa
ambiente y presión atmosférica.
Otros: solución jabonosa para detectar fugas en las uniones.
¿Cuáles son los pasos a seguir?
En esta y otras calibraciones estándar existen una serie de pasos ordenados a seguir:
1. Preparación del instrumento y los patrones
2. Prueba de conformidad de clase y desperezado (no siempre se realiza, yo aquí lo recomiendo)
3. Definición de los puntos de medida.
4. Calibración.
5. Toma y tratamiento de datos
6. Análisis de resultados y cálculo de incertidumbre.
1. Preparación del instrumento y los patrones:
 El primer paso es identificar el manómetro a calibrar con todos los datos necesarios (marca,
modelo, número de serie, clase).
 Luego se debe realizar el conexionado, incluyendo el manómetro a calibrar, los patrones y el
sistema de generación.

Se recomienda en este punto realizar una prueba de fugas. Se debe presurizar todo el sistema.
Si el fluido es gaseoso (aire, nitrógeno, etc.) podemos utilizar una solución jabonosa para
detectar fugas, especialmente en las uniones. Si el fluido es líquido (agua, aceite) detectaremos
inmediatamente las fugas como pérdidas. En todos los casos se deben solucionar antes de
proseguir.
2. Prueba de conformidad de clase y desperezado
Si bien no es un requisito excluyente, se recomienda la realización de esta breve prueba. Tiene como
primer objetivo desperezar al instrumento, es decir, eliminar cualquier inercia mecánica por falta de
movimiento habitual o por suciedad. Una buena forma es realizar una carrera ascendente y otra
descendente rápidas. Aquí detectaremos también alguna posible traba mecánica por suciedad o rotura
del instrumento. En este último caso no podemos continuar con la calibración.
La prueba de conformidad de clase es una breve calibración en puntos claves que nos permite detectar
desvíos muy notorios. En general se generan las presiones correspondientes al de menor valor, al de
mitad y al de mayor valor de la escala. Si observamos desvíos importantes queda a consideración del
operario seguir adelante, ya que con seguridad el instrumento está fuera de clase.
3. Definición de los puntos de medida
Para definir los puntos en los que se realizarán las mediciones y el número de carreras, se toma como
referencia la guía DKD-R 6-1:
Recuerden que la clase de este tipo de instrumentos está expresada generalmente en el error máximo
, el error máximo es
en porcentaje sobre fondo de escala. Es decir, si nuestro manómetro es de
.
de
En la industria es común encontrarnos con manómetros clase
, clase
y hasta
.
En general los puntos de medida se toman equiespaciados del
al
del intervalo de medición,
a menos que se seleccionen puntos específicos representativos que el usuario desee por algún motivo.
También es habitual llevar a valores enteros, o que coincidan con marcas graduadas, para minimizar
la incertidumbre por apreciación.
, debemos seleccionar 5 puntos
Por ejemplo, si tenemos que calibrar un manómetro de
para
más el cero. Si los seleccionamos equiespaciados, los puntos de calibración serán:
los que se realizarán 2 series (una ascendente y otra descendente):
4. Calibración
Una vez desperezado el manómetro y definidos los puntos de calibración, se procederá a calibrar el
instrumento. Con el generador se irá entregando presión hasta alcanzar un valor cercano al primer
punto definido de presión, A continuación, con el ajuste fino se modificará la presión hasta que la
lectura del patrón o instrumento sea la deseada. Se recomienda fijar la indicación de la aguja del
manómetro a los trazos de la escala cuando el manómetro a calibrar sea analógico y, por el contrario,
fijar la indicación del patrón cuando el manómetro a calibrar sea digital.
En el caso de que el manómetro a calibrar sea analógico, la lectura del mismo se realizará después
de haberle hecho vibrar ligeramente para evitar errores producidos por fricciones mecánicas. La
medida será válida siempre que el sistema sea estable y no se observen saltos o variaciones en las
indicaciones del Patrón e Instrumento. Se repetirá este paso con los siguientes puntos de calibración,
siempre aumentando la presión hasta llegar al valor máximo definido. El mismo proceso se realizará,
pero ahora en sentido de presiones descendentes hasta llegar al cero del manómetro. Se realizará la
lectura del cero, siempre que sea posible, y se volverá a iniciar el ciclo.
Una vez finalizada la calibración y antes de quitar el montaje conviene analizar los datos obtenidos por
si fuese necesario repetir algún punto de valor dudoso.
5. Toma y tratamiento de datos
Los datos mínimos que deberían figurar en la correspondiente hoja de calibración son:













Identificación inequívoca de la calibración.
Identificación del patrón y del instrumento.
Lecturas del patrón e instrumento indicando el sentido en que se ha generado la presión.
División de escala y resolución del manómetro.
Anomalías detectadas antes o durante la calibración como pueden ser atascos de la aguja
indicadora, saltos bruscos, etc.
Fluido utilizado durante la calibración.
Condiciones ambientales durante la calibración.
Nivel de referencia, cuando sea significativo sobre los resultados finales.
Posición del instrumento durante la calibración, cuando sea significativo sobre los resultados
finales.
Fechas de realización.
Identificación del personal que realizó la calibración.
Correcciones realizadas, como puede ser la de calibración del Patrón o la corrección por
diferencia de alturas entre niveles de referencia.
Deberán rechazarse de la calibración de los manómetros todas aquellas medidas que no
cumplan las exigencias siguientes:
I. Cualquier duda sobre la bondad de la medida por parte del operador.
II. Todas aquellas medidas que se hagan fuera de las condiciones ambientales
establecidas por el Laboratorio.
III. Aquellas en que no se consiga una buena estabilidad.
6. Interpretación de los datos
Los valores se darán tabulados indicando:





Presión de referencia.
Valor medio de la indicación del instrumento.
Correcciones o errores de calibración en cada punto.
La incertidumbre para un factor de cobertura
También se puede dar una incertidumbre
máxima para todo el intervalo de calibración en lugar de dar una para cada punto.
En el certificado de calibración, se deberá indicar dar la incertidumbre expandida y especificarse
el valor de cobertura utilizado.
7. La incertidumbre de calibración, que es el valor de la semiamplitud del intervalo, alrededor del
mejor valor disponible, dentro del cual, se encuentra el valor verdadero con una probabilidad
determinada.
Conclusión: Al concluir esta practica el quipo logró comprender los conceptos mas importantes, así
como el funcionamiento y el como calibrar un manómetro de bourdon, esta herramienta es importante
en la industria, es de las herramientas mas comunes para realizar mediciones y calibrar es muy
importante para su correcto funcionamiento, es necesario para evitar cualquier problema.
Referencias bibliográficas:
Gradilla.info. (2020, 28 julio). Manómetro de bourdon. Gradilla. https://gradilla.info/manometro-debourdon/
Izuzquiza,
G.
(2019,
31
julio).
Calibración
de
manómetros.
https://www.itainnova.es/blog/smart-labs/calibracion-de-manometros/
ITAINNOVA.
Sejzer, R. (s. f.). Calibración simple de manómetros, por método validado y con cálculo de
incertidumbre.
MetroMundo.
Recuperado
26
de
marzo
de
2021,
de
https://ctmetromundo.blogspot.com/2016/02/calibracion-simple-de-manometros-por.html