UNIVERSIDAD TECNOLGICA AMRICAFACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERAESCUELA: MECNICA AUTOMOTRIZ E INDUSTRIAL

MATERIA: INSTRUMENTACINNIVEL: SPTIMO SEMESTRE: ABRIL-SEPTIEMBRE 2011INTEGRANTES: CHAMBA VICENTE CHICAIZA VERNICA RECALDE REN

D.M. Quito, Junio 2011VACUMETRO1. Resea HistricaDurante toda la Antigedad y hasta el Renacimiento se desconoca la existencia de la presin atmosfrica. No podan por tanto dar una explicacin de los fenmenos debidos al vaco. En Grecia se enfrentaron por ello dos teoras. Para Epicuro y sobre todo para Demcrito (420a.C.) y su escuela, la materia no era un todo continuo sino que estaba compuesta por pequeas partculas indivisibles (tomos) que se movan en un espacio vaco y que con su distinto ordenamiento daban lugar a los distintos estados fsicos. Por el contrario, Aristteles exclua la nocin de vaco y para justificar los fenmenos que su propia Fsica no poda explicar recurra al clebre aforismo segn el cual la Naturaleza siente horror al vaco (teora que result dominante durante la Edad Media y hasta el descubrimiento de la presin).Este trmino de horror vacui fue el utilizado incluso por el propio Galileo a comienzos del siglo XVII al no poder explicar ante sus discpulos el hecho de que una columna de agua en un tubo cerrado por su extremo no se desprenda, si el tubo ha sido invertido estando sumergido el extremo libre del mismo dentro de agua. Sin embargo, supo transmitir a sus discpulos la inquietud por explicar el hecho anterior y asociado a l, por qu las bombas aspirantes-impelentes (rgano hidrulico inventado por el alejandrino por Ctesibio, contemporneo de Arqumedes) no podan hacer subir el agua de los pozos a una altura superior a los 10m.En 1630 Giobani Battista Baliani envi una carta a Galileo Galilei donde le notificaba que no lograba que el agua en los sifones subiera ms all de 10m. Galileo le propuso que la explicacin era que el vaco no tena fuerza suficiente nada ms que para levantar esa cantidad de agua. En 1640 el italiano Gasparo Berti tratando de explicar lo que ocurra con los sifones realiz el primer experimento con el vaco. Cre lo que constituye, primordialmente, un barmetro de agua, el cual result capaz de producir vaco.Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli capt con claridad el concepto de presin de aire, por lo que dise, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presin en el aire. Construy un barmetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin proponrselo, comprob la existencia del vaco.El vaco (del latn vacvus) es la ausencia total de materia en un determinado espacio o lugar, o la falta de contenido en el interior de un recipiente. Por extensin, se denomina tambin vaco a la condicin de una regin donde la densidad de partculas es muy baja, como por ejemplo el espacio interestelar; o la de una cavidad cerrada donde la presin de aire u otros gases es menor que la atmosfrica.Puede existir naturalmente o ser provocado en forma artificial, ya sea para usos tecnolgicos o cientficos, o en la vida diaria. Se lo aprovecha en diversas industrias, como la alimentaria, la automovilstica o la farmacutica.Medicin del vacoLa presin atmosfrica es la que ejerce la atmsfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente y presin atmosfrica normal, un metro cbico de aire contiene aproximadamente 2 1025 molculas en movimiento a una velocidad promedio de 1600kilmetros por hora. Una manera de medir la presin atmosfrica es con un barmetro de mercurio; su valor se expresa en trminos de la altura de la columna de mercurio de seccin transversal unitaria y 760mm de alto. Con base en esto, decimos que una atmsfera estndar es igual a 760mm Hg. Utilizaremos por conveniencia la unidad torricelli (smbolo, Torr) como medida de presin; 1Torr= 1mm Hg, por lo que 1atm= 760Torr; por lo tanto 1Torr= 1/760de una atmsfera estndar, o sea 1Torr= 1,136 103atm.Medicin de bajas presionesPirani construy el primer aparato capaz de medir presiones muy pequeas, menores de 105 Torr. Para entender cmo funciona debemos pensar que en la zona donde se ha producido en vaco tenemos un filamento metlico por el que pasa una corriente. La resistencia elctrica de ese filamento depende de la temperatura. La temperatura que alcanza el filamento para un voltaje dado depende de la cantidad de molculas de gas que hay a su alrededor. Esas molculas actan como abrigo del metal. Por lo tanto, la temperatura del filamento depende del abrigo: ms molculas> ms abrigo> ms temperatura. Menos molculas> mayor vaco> menor temperatura. Como la resistencia depende de la temperatura nos basta medirla para saber el nivel de vaco que hay. Para medir la resistencia nos basta medir el voltaje aplicado y la intensidad resultante.2. Principio Fsico.Se toma en cuenta las ecuaciones para los manmetros, por la razn que un Vacumetro mide depresiones es decir la escala negativa de los manmetros.Consideremos una porcin de fluido en equilibrio de altura dy y de seccin S, situada a una distancia y del fondo del recipiente que se toma como origen.

Figura 1.1 Fuerzas Las fuerzas que mantienen en equilibrio a dicha porcin de fluido son las siguientes: El peso, que es igual al producto de la densidad del fluido, por su volumen y por la intensidad de la gravedad, ( Sdy)g. La fuerza que ejerce el fluido sobre su cara inferior, pS La fuerza que ejerce el fluido sobre su cara superior, (p+dp)SLa condicin de equilibrio establece que( Sdy)g+pS=(p+dp)Sdp=-gdyFigura 2 Condicin de equilibrio (lmites)

Integrando esta ecuacin entre los lmites que se indican en la figura

Situamos el punto B est en la superficie y el punto A a una profundidad h. Donde:p0 = Presin en la superficie de Fluido (la presin atmosfrica), p = presin h = profundidad esdensidadp=p0+ ghPresin es la fuerza ejercida por unidad de rea en forma perpendicular y se expresa en N/m2 en el sistema internacional, es aplicable para la presin en slidos (esfuerzo), lquidos (presin hidrulica) y gases (presin neumtica).

Donde:P= presinM= masag= GravedadA= reaPara el caso de una columna vertical de fluido lquido o gas, esta ecuacin es la que rige a los manmetros de columna de lquido.

P= presing= gravedadh=alturadensidadLa ecuacin mejor conocida como la ley de los gases, expresa la presin absoluta ejercida por un gas en un recipiente hermtico a cierta temperatura,

Esta ecuacin es til para determinar la diferencia de presin generada por la columna del gas utilizado para la presurizacin, columna de gas que se tiene cuando existe una diferencia de altura entre el nivel de referencia de la columna de lquido 3. TiposEl vacumetro de McLeod Es un vacumetro que mide con gran precisin presiones absolutas inferiores a la presin atmosfrica. Se utiliza tanto en la industria como en el campo de la investigacin cientfica y tcnica.Dependiendo de su diseo, puede cubrir la medida de presiones desde 10-3 a 100 mbar desde 10-6 hasta 10-2 mbar.Fue inventado 1874 por Herbert G. McLeod (18411923).1 Aunque an hoy es frecuente encontrarlos formando parte de complejos equipamientos de alto vaco, estn siendo sustituidos por vacumetros electrnicos.El fundamento del vacumetro McLeod consiste en comprimir con mercurio una muestra del gas del sistema sometido a medida con el propsito de lograr mayor sensibilidad aplicando la ley de Boyle & Mariotte.Para medir una presin con el vacumetro de McLeod se parte desde la posicin de reposo, esto es cuando est en posicin horizontal. Luego se lo inclina suavemente para que el mercurio contenido en el bulbo principal se penetre en los capilares. Cuando el mercurio llega a la linea de corte, el gas contenido en el capilar de la izquierda queda atrapado y aislado del resto del sistema lo que provoca que, al seguir vertiendo mercurio, aumente su presin.

Fig 3. Vacumetro de Mcload

Donde:

Si h se mide en mm, A en mm2 y V en mm3, la presin p estar expresada en TorrDebido a que el vacumetro de McLeod comprime los gases para realizar la medicin, los vapores condensables a la presin P no sern censados por el instrumento.

Fig. 4 Diagrama de flujo lineal y bilineal

Fig. 5 Esquema funcin del vacumetro

Presmetro de Bennert

Fig. 6 Presmetro de Bennert

Es un vacumetro con tubo en U con uno de las ramas ciegas, evacuado y llenado con mercurio. La rama abierta se conecta al sistema al vaco para medir la presin absoluta. El rango standard es 0 a 160 mm.Vacumetros a termopila:

Fig. 7 Vacumetro a termopila

El sistema incluye el tubo sensor con una termopila de metales nobles, un circuito puente y un galvanmetro.Una CA de bajo voltaje calienta la termopila para generar una FEM. Un cambio en la presin y densidad del gas crea un cambio en el calor transferido al gas que enfra la termopila, lo cual causa un cambio de su temperatura y tambin un cambio en la CC que pasa por el galvanmetro, cuya escala no lineal, est graduada en mb.

Vacumetro a cpsula

Fig. 8 Vacumetro a cpsulaEl elemento de medicin de presin es una cpsula evacuada. La presin a medir se aplica a la caja baromtrica, mientras que la cpsula constituye la referencia de presin nula. El movimiento de la cpsula cuando la presin cambia es transmitido a la aguja indicadora por medio de un mecanismo de engranajes y brazos. El movimiento est cuidadosamente balanceado para minimizar errores de posicin del pointer.La lectura de la presin absoluta es independiente de las variaciones de la presin atmosfrica.Vacumetro a cubeta:

Fig. 9 Vacumetro a cubetaEs un medidor de vaco referido a la presin atmosfrica. La variacin del nivel en la cubeta es de magnitud despreciable. El vaco puede ser ledo directamente en la escala simple, en lugar de restar dos alturas leyendo en el manmetro de tubo en U. El vacumetro de cubeta es un til instrumento de laboratorio para chequear vacumetros tipo Bourdon. El rango standard es 0-800 mm Hg.

4. ModelosMecnicos

Fig. 10 Vacumetros mecnicosInstrumento del tipo a Bourdn de gran sensibilidad, robustez y confiabilida, provisto de un sistema de calibracin de ejes excntricos regulables.Anlogos

Fig. 11 Vacumetros analgicos Dentro de ciertos lmites, la conductividad trmica de los gases depende de su presin. Por lo tanto colocando un elemento sensible (sensor) en contacto con el gas y midiendo la variacin de su resistencia es posible medir su presin.(sistema tipo Pirani).

Digitales

Fig. 12 Vacumetros digitalesLos LED de secuencia muestran instantneamente si la presin aumenta o disminuye.

5. Funcionamiento

Fig. 13 VacumetroEste aparato permite efectuar ensayos muy rpidos, pero muy interesantes en lo que concierne al estado de funcionamiento de las vlvulas, el carburador y el encendido.Un motor se comporta como un compresor. Comprime y aspira los gases. Toda fuga en el bloque estanco que constituye se traduce en una cada de rendimiento. La fuga se aprecia en el Vacumetro (depresimetro). La experiencia ha demostrado que cada defecto de estanqueidad se traduce en una inestabilidad o en una cada de presin caracterstica de cada defecto, que ser denotado por el depresimetro.El depresimetro reproducido en la figura est graduado en medidas inglesas.Una graduacin de 0 a 30 en el sentido de las agujas del reloj sirve para evaluar la depresin. Una atmsfera es igual a la presin de una columna de mercurio de un cm2 de base y de 760 mm de altura o 30 pulgadas. Por consiguiente, si la aguja indica 30 pulgadas o 760 mm cuando el aparato est sometido a una depresin, estaremos en presencia de un vaco absoluto (lo que en la prctica nunca se presenta).Si la aguja est en el 0, esta indicacin corresponde a un nivel baromtrico de 760 mm o 30" (pulgadas), o sea la presin atmosfrica media.A la derecha del 0, la graduacin sirve para evaluar la presin de la bomba de gasolina. El depresimetro se conecta en el colector de admisin, ya sea en la toma de depresin o vaco del distribuidor. Tambin se puede colocar debajo del carburador una falsa brida con toma de depresin.