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Varios de los procesos del mundo moderno implican la medición y el control de sistemas de líquidos y gases presurizados. Este control refleja ciertos criterios de rendimiento que han de ser controlados para producir los desenlaces deseables del desarrollo y garantizar su desempeño seguro. Las calderas, las refinerías, los sistemas de agua y los sistemas de gas comprimido son solo algunas de las muchas aplicaciones de la calibracion de manometros de presion.

Es interesante apuntar que en el momento en que el negocio de la fabricación de manómetros se encontraba en sus principios , el diseño teorético del elemento de presión estaba todavía desarrollandose. El tubo de Bourdon se fabricaba con parámetros de diseño muy en general , ya que cada tubo se sometía a pruebas de presión para determinar para qué exactamente rango de servicio era adecuado. No se sabía precisamente qué rango de presión iba a ser del proceso de laminación y régimen térmico, con lo que estos instrumentos se clasificaban en la medición para una aplicación concreta. Hoy en día , con el avance del modelado por ordenador y muchas décadas de experiencia, los cilindros de Bourdon modernos se laminan con precisión a dimensiones concretas que necesitan poca o ninguna calibración. La medición actualizada puede realizarse a través de ordenadores que usan ajustadores mecánicos controlados electrónicamente para ajustar los elementos. Lamentablemente , esto elimina la imagen del profesor artesano sentado en el banco de medición , ajustando con extrema precisión un movimiento especial como el de un reloj. Ciertos talleres de reparación de instrumentos todavía realizan este trabajo único, y estos bellos manómetros se comparan a los relojes y las piezas de tiempo creadas por los maestros artesanos hace años.

El diseño de manómetro más habitual fue inventado por el industrial francés Eugene Bourdon en 1849. Usa un diseño de tubo curvado como elemento sensor de presión. Un diseño de elemento de presión menos común es el género de diafragma o disco, que es singularmente sensible a presiones mucho más bajas. Este producto se va a centrar en el manómetro de tubo de Bourdon.

Materias primas

5 Los movimientos son mecanismos de engranaje que poseen un piñón (un eje giratorio), un ámbito , placas de soporte, un muelle de pelo y columnas espaciadoras. El mecanismo convierte el movimiento algo lineal de la punta de Bourdon en un movimiento rotatorio, además de proporcionar un medio para el ajuste de la medición. La aguja está sosten al eje giratorio, o piñón, y recorre la esfera graduada señalando la proporción de presión. La mayoría de los movimientos se suministran al constructor de manómetros completados para su uso. Se emplean muchos géneros de procesos de fabricación para producir los elementos del movimiento, y la elaboración del mecanismo se asemeja mucho a un mecanismo de relojería en el momento en que está terminado.

Desarrollo

Otros componentes

Fabricación del tubo de Bourdon

El instrumento mecánico indicador de presión, o manómetro, consta de un elemento de presión elástico ; un medio de conexión roscado llamado "zócalo"; un mecanismo de engranaje de ámbito y piñón llamado "movimiento"; y el conjunto de caja protectora, esfera y lente de visualización. El elemento de presión flexible es el integrante que verdaderamente se desplaza o se mueve debido a la influencia de la presión. Cuando se diseña apropiadamente , este elemento de presión es muy exacto y repetible. El elemento de presión está conectado al mecanismo de "movimiento" de engranajes, que a su vez hace girar una aguja durante una esfera graduada. Es la situación del puntero con relación a las graduaciones lo que el espectador usa para determinar la indicación de la presión.

Calibración

Para proteger el tubo de Bourdon y el movimiento, el grupo está encerrado en una caja y una lente de visualización. La esfera y el puntero, que se usan para proporcionar al espectador la indicación de la presión, se fabrican con casi todos los metales básicos, vidrio y plásticos. El aluminio, el latón y el acero, así como el policarbonato y el polipropileno, son excelentes carcasas y diales para manómetros. La mayoría de las lentes están fabricadas de policarbonato o acrílico, que son preferidas al vidrio por razones obvias de seguridad. Para aplicaciones de servicio severo, la caja se sella y se llena con glicerina o fluido de silicona. Este líquido amortigua el tubo y el movimiento contra los daños causados por los impactos y las vibraciones.

Montaje final

4 La toma de corriente es básicamente un bloque de metal que sirve como conector a la fuente del medio de presión; un soporte para la caja, el dial y el movimiento; y como ranura de fijación para el tubo de Bourdon. Entre los extremos de la toma está roscado, lo que permite enroscarlo en el aparato proveedor de presión. El manguito puede ser fundido , forjado, extruido o mecanizado desde una barra. La mayoría de las tomas se fabrican en centros de mecanizado automatizados que giran , taladran, fresan y roscan en un solo ciclo. Las prácticas generales de mecanizado se aplican a la mayor parte de la fabricación de encajes.

2 La mayoría de los desarrolladores tienen métodos de laminación patentados para ofrecer a los tubos la forma de "C". La manera de "C" del tubo se forma en general en una máquina de laminación automática. Esta máquina contiene dos rodillos motorizados de precisión por los que pasa el tubo. Un rodillo sujeta el extremo del tubo y forma el radio interior, mientras que el otro ejercita una presión exterior para sostener un contacto traje con el tubo. Cada rodillo contiene una ranura que se ajusta al exterior del tubo; estas ranuras permiten que el tubo mantenga su forma circular en vez de aplanarse. En el proceso de laminación, un mandril de acero -una barra que guía el tubo hacia los rodillos y le ayuda a sostener su forma- se introduce primero por el extremo libre del tubo y se coloca inmediatamente antes de los rodillos. Este mandril lubricado tiene la manera interior deseada del óvalo. A continuación , el tubo pasa por encima del mandril y entre los rodillos. Uno de los rodillos tiene dentro una pinza que agarra el tubo; al girar el rodillo, tira del tubo y lo dobla en la manera de "C".

El desarrollo de fabricación

El uso de manómetros más adelante parece depender de la industria de los sensores electrónicos, que está creciendo de manera rápida. Estos sensores son elementos electrónicos que dan una señal eléctrica y no tienen prácticamente ninguna pieza móvil. Hoy en día , varios manómetros llevan estos sensores montados dentro de la carcasa para mandar información a los ordenadores y controladores de control de procesos. Estos sensores son intrínsecamente seguros, lo que permite su uso en ámbitos incendiables o explosivos. Todo el tema del control de procesos ha crecido en los últimos años como consecuencia de la necesidad de eludir las emisiones eventuales de los medios de proceso , muchas de las que son dañinos para el medioambiente. Conforme crezca la preocupación por el medio ambiente , esta plataforma de trabajo va a ser demandada y el medidor mecánico puede caer en desgracia. Sin embargo , el medidor mecánico no necesita la fuente de energía eléctrica ni el aparato informático que precisa el sensor electrónico. Esto causa que el manómetro sea productivo para la mayoría de los usos generales , y es en este ámbito donde la industria espera seguir prosperando.

Aplicaciones y futuro

Diseño

El enchufe tiende a ser de latón, acero o acero inoxidable. Los manómetros rápidos usan en ocasiones aluminio, pero este material tiene un servicio de presión limitado y es bien difícil de juntar al tubo de Bourdon mediante soldadura. Lo más habitual es usar extrusiones y barras laminadas.

1 El tubo de Bourdon es la parte más esencial del instrumento. El tubo puede construirse a partir de una barra maciza, taladrando la longitud hasta el diámetro interior esperado y torneando el diámetro exterior en un torno para hallar el grosor de pared adecuado. No obstante , la mayoría de los medidores de empleo general usan cilindros preformados adquiridos a un distribuidor de metales. El constructor del calibre detalla el grosor de pared, el material, la configuración y el diámetro deseados. El distribuidor proporciona el material en longitudes de 3 a 3,65 metros, listo para la producción.

3 Exactamente el mismo rodillo que sujeta y dobla el tubo tiene dentro también una hoja de sierra. En el momento en que el rodillo prosigue virando tras hacer la curva, el papel de sierra que transporta corta el tubo a la longitud correcta. Ahora , el tubo se trata térmicamente en hornos.

El mecanismo del movimiento está hecho de policarbonato relleno de vidrio, latón, alpaca o acero inoxidable. Sea cual sea el material utilizado , debe ser permanente y aceptar un montaje sin fricción. El latón y las composiciones de latón y policarbonato son los más populares.

7 Una vez fabricado el tubo de Bourdon, su radical cerrado se une a la toma mediante soldadura, soldadura fuerte o soldadura. El extremo libre del tubo de Bourdon se localiza con precisión durante esta operación de ensamblaje, y luego se sella, comunmente por los mismos medios usados para unir el tubo a la toma. Cuando el conjunto de tubo de Bourdon y zócalo está asegurado, la punta del extremo no permitido de la "C" se une a una pieza final. Esta parte final tiene dentro un pequeño orificio que conecta la punta con el mecanismo de movimiento de los engranajes. La punta de Bourdon no se mueve una gran distancia dentro de su rango de presión, típicamente de 0,125 a 0,25 pulgadas (de 0,31 a 0,63 centímetros). Como es lógico , cuanto mayor sea la presión, mucho más lejos se moverá la punta. El resto elementos -el movimiento, la aguja y el dial- se montan en el zócalo como un grupo.

Una vez ensamblado y empaquetado el medidor calibrado, se distribuye a los fabricantes de equipos, empresas de servicios y laboratorios de pruebas para su uso en muchas apps diferentes. Estas variadas apps comentan la extensa selección de diseños de la caja y del recinto de la lente. La toma de corriente puede entrar en la caja por la parte posterior , superior, inferior o del costado. Ciertos diales se iluminan mediante las tintas luminiscentes utilizadas para imprimir las graduaciones o mediante pequeñas lámparas conectadas a una fuente eléctrica exterior. Los manómetros destinados al servicio de alta presión acostumbran a tener un diseño de seguridad de "frente fallecido ", una característica de diseño de la caja que pone un espesor considerable de material de la caja entre el tubo de Bourdon y la esfera. Esta barrera protege al espectador del instrumento de los extractos del manómetro en caso de que el tubo de Bourdon se rompa debido a un exceso de presión. El diseño interno de la caja dirige estas piezas de alta velocidad hacia la parte de atrás del manómetro, lejos del observador. Muchas aplicaciones implican el montaje del manómetro directamente en la maquinaria en funcionamiento , lo que hace necesario el llenado de líquido. Los manómetros sin relleno ceden rápidamente a los efectos destructivos de las vibraciones. Las bridas de montaje particulares se fijan a las cajas para permitir el montaje en panel y en área , independientemente de la tubería de presión. Los materiales de la caja y de las lentes se escogen para realizar en frente de una variedad de entornos abusivos o contaminados, y se sellan por diversos medios para sostener la humedad y los contaminantes fuera del mecanismo de movimiento.

6 La caja, la esfera y la aguja pueden ser estampados de chapa, moldeados de plástico o fundidos. Las piezas estampadas y moldeadas requieren poco procesamiento, pero las piezas derretidas precisarán algún género de mecanizado -por ejemplo , cortar el material sobrante- para cumplir con los requisitos finales. Estos componentes se pintan según sea necesario , y las esferas se imprimen con el material gráfico conveniente. Se usan las prácticas habituales de impresión, tanto en offset como en directo. La lente tiende a ser una pieza de plástico fabricada por moldeo por inyección, donde el plástico se excita hasta lograr un estado de fusión y después se vuelca en un molde con la manera deseada. El elemento de unión que afirma y sella la lente a la carcasa se diseña en el molde. Las lentes de cristal se siguen usando , pero han de ser retenidas por un anillo de algún tipo. El cristal ha caído en desuso por los inconvenientes de seguridad que supone su rotura.

Los cilindros para manómetros se fabrican con muchos materiales, pero el factor común de diseño de estos materiales es la idoneidad para el templado de resortes. Este temperado es una forma de régimen térmico. Provoca que el metal conserve estrechamente su forma original al paso que deja la flexión o "elasticidad " bajo carga. Prácticamente todos los metales tienen cierto grado de flexibilidad , pero el templado de muelles fortalece esas peculiaridades deseables. El cobre de berilio, el bronce de fósforo y varias aleaciones de acero y acero inoxidable son excelentes tubos de Bourdon. El género de material elegido depende de sus propiedades de corrosión respecto al medio de proceso (agua, aire, aceite, etcétera ). El acero tiene una vida útil limitada debido a la corrosión, pero es adecuado para el aceite; las aleaciones de acero inoxidable suponen un coste adicional si no se requiere una resistencia específica a la corrosión; y el cobre de berilio frecuenta reservarse para apps de alta presión. La mayor parte de los manómetros premeditados al empleo general de aire, aceite rápido o agua utilizan bronce fosforado. El rango de presión de los tubos viene determinado por el espesor de la pared del tubo y el radio de curvatura. Los diseñadores de instrumentos tienen que usar un diseño y una selección de materiales precisos, en tanto que si se supera el límite elástico se destruirá el tubo y se perderá la precisión.

La medición se produce justo antes del montaje final del manómetro en la caja protectora y la lente. El grupo compuesto por el enchufe, el tubo y el movimiento se conecta a una fuente de presión con un manómetro "maestro " popular. Un manómetro "profesor " es simplemente un manómetro de alta precisión de medición famosa. Se efectúan cambios en el grupo hasta que el nuevo manómetro refleja exactamente las mismas lecturas de presión que el maestro. Los requisitos de precisión del 2 por ciento de diferencia son comunes , pero ciertos tienen la posibilidad de ser del 1 por ciento, 0,5 por ciento o incluso 0,25 por ciento. La selección del rango de precisión es dependiente de forma exclusiva de la relevancia de la información deseada en relación con el control y la seguridad del proceso. La mayor parte de los fabricantes usan un dial graduado con un barrido de 270 grados desde cero hasta el rango terminado. Estos diales pueden tener un diámetro de menos de una pulgada (2,5 centímetros) a 3 pies (0,9 metros), y los más enormes se suelen usar para una precisión extrema. Al acrecentar el diámetro del dial, la circunferencia alrededor de la línea de graduación se hace mucho más extendida , lo que deja muchas marcas finamente divididas. Estos enormes medidores tienden a ser muy débiles y se utilizan sólo para fines de maestría. La precisión de los calibres se comprueba periódicamente a través de un aparato hidráulico muy preciso , que se puede contrastar en el National Bureau of Standards de Estados Unidos.

En un medidor de tubo Bourdon, un tubo de resorte hueco en forma de "C" está cerrado y sellado en un extremo. El radical opuesto está bien sellado y unido a la toma, el medio de conexión roscado. Cuando el medio de presión (como el aire, el aceite o el agua) entra en el tubo mediante la toma, la diferencia de presión del interior al exterior hace que el tubo se mueva. Se puede relacionar este movimiento con el desenrollamiento de una manguera en el momento en que se presuriza con agua, o con el silbato de celebración que se desenrolla en el momento en que se le sopla aire. La dirección de este movimiento viene determinada por la curvatura del tubo, siendo el radio interior ligeramente más corto que el exterior. Una cantidad concreta de presión hace que la forma de "C" se abra, o se estire, una distancia específica. Cuando se elimina la presión, la naturaleza flexible del material del tubo devuelve a este a su forma original y a la punta a su posición original respecto al encaje.

Medidor

 

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