Ingeniería

¿Qué es un medidor de tubo de Bourdon?

El tubo de Bourdon es el mecanismo de trabajo de los dispositivos analógicos de medición de presión y se basa en el principio de elasticidad.

Mientras que los instrumentos de medición sofisticados usan pantallas LCD para mostrar cifras de medición con precisión hasta varios lugares decimales, el humilde manómetro analógico está presente de manera desafiante en casi todos los dispositivos de medición de presión. Aquí, tratamos de entender el funcionamiento de este dispositivo esencial.

¿Qué es un tubo de Bourdon?

El tubo de Bourdon es el mecanismo de trabajo de cualquier dispositivo analógico de medición de presión. Lleva el nombre de su inventor, Eugene Bourdon, quien creó y patentó el diseño. El fenómeno de la elasticidad en el que se basa proporciona resultados razonablemente precisos, incluso en la actualidad, a pesar de los escasos avances en la tecnología subyacente.
Consiste en un tubo elástico que se flexiona cuando está bajo presión. Este movimiento se aprovecha conectando el tubo a un mecanismo de palanca que a su vez se conecta a un puntero en una escala/calibre.

¿Cómo funciona un tubo de Bourdon?

Una bocina de fiesta es la mejor demostración de cómo funciona un tubo de Bourdon. A medida que uno sopla en la boquilla, el aire fuerza la bobina de papel/plástico aplanado para que se suelte, creando un sonido fuerte en el proceso. La cantidad de dehiscencia y la intensidad del sonido generado es directamente proporcional a la fuerza aplicada a la boquilla.

Funcionamiento de un tubo de calibre Bourdon

Un tubo de Bourdon es muy similar a una bocina de fiesta en su funcionamiento. Cuando se aplica presión en la entrada, el tubo aplanado se expande, lo que hace que aumente su área de sección transversal. La bobina ahora se endereza, sin enrollarse en proporción a la cantidad de presión que se aplica.
Este movimiento se puede aprovechar para medir la presión u otros parámetros relacionados colocando un puntero y un dial en el extremo enrollado del tubo.

Construcción de un manómetro de tubo de Bourdon

Un tubo de Bourdon puede estar hecho de muchos materiales, pero es esencial que tengan las propiedades de temperatura de un resorte. El endurecimiento por resorte fortalece el metal y mejora las propiedades elásticas, lo que permite enrollarlos y desenrollarlos repetidamente.

El tubo se fabrica perforando una sección transversal circular o elíptica en una reserva del material deseado. Luego se pasa a través de una serie de rodillos que lo doblan en la forma deseada y se expanden para corrugarlo. El hueco creado por la perforación se expande y contrae según el movimiento del fluido de trabajo, lo que hace que el tubo de Bourdon se enrolle y se desenrolle.
Los materiales comúnmente utilizados incluyen aleaciones de acero, cobre berilio y bronce fosforado. La presión de entrada puede ser aplicada por cualquier medio, incluidos aire, agua y aceite. Mientras que el acero inoxidable es adecuado para aceites pesados, el cobre berilio es adecuado para aplicaciones de muy alta presión y el bronce fosforoso se utiliza para aplicaciones generales que utilizan aire, agua e incluso algunos aceites ligeros.

Tipos de tubos de Bourdon

1. tipo C

Este es el tubo más comúnmente encontrado. Puede soportar una presión de hasta 10.000 kilogramos. Consiste en un tubo doblado en forma de C y se utiliza para aplicaciones de baja presión.

2. Tipo espiral

Este tipo de tubo de Bourdon tiene forma de espiral y es adecuado para presiones de hasta 28.000 kilogramos.

3. Tipo helicoidal

Este tipo de tubo Bourdon tiene forma helicoidal y es adecuado para presiones de hasta 500.000 kilogramos.
Aunque los tubos de Bourdon tipo C son económicos de fabricar y más fáciles de obtener, su sensibilidad a la presión es limitada. Por lo tanto, los tubos espirales y helicoidales se utilizan para aplicaciones de alta presión o que requieren una mayor precisión.

Ventajas y desventajas de los tubos de Bourdon

Los tubos de Bourdon tienen muchas ventajas, que hacen que su empleo sea amplio:
1. Dan resultados razonablemente precisos.
2. Son de construcción simple y baratos de producir.
3. Se pueden usar de manera segura para medir con precisión la alta presión.
4. Se pueden modificar para generar salidas eléctricas.
5. Los manómetros de tubo Bourdon tienen una alta repetibilidad, es decir, pueden registrar con precisión las mismas presiones una y otra vez.

A pesar de ser casi omnipresentes en los dispositivos de medición de presión, los tubos de Bourdon tienen ciertas desventajas inherentes:
1. Un tubo de Bourdon responde lentamente a los cambios de presión.
2. Se requiere un mecanismo de amplificación para generar lecturas, ya que el movimiento del extremo libre del tubo de Bourdon es bastante bajo.
3. Aunque los manómetros de tubo Bourdon pueden producir resultados precisos, no se pueden utilizar para aplicaciones de precisión.
4. Los tubos de Bourdon sufren de histéresis, una condición que hace que el tubo se retraiga más lentamente cuando pasa de una lectura de escala alta a una lectura de escala baja. Esto da como resultado que la escala muestre una lectura ligeramente «más alta de lo que realmente era».
5. Los tubos de Bourdon son sensibles al medio, es decir, generalmente están calibrados para trabajar con un solo medio en particular. El uso de otros soportes puede afectar a la lectura por su propia densidad y peso, y por tanto de error. Esto debe tenerse en cuenta antes de cambiar el medio.

Aplicación futura y alcance de los tubos de Bourdon

Cualquier tipo de tubo de Bourdon puede medir la presión en proporción al arco que encierra, es decir, cuanto más curvo sea el arco, mayor será la sensibilidad a la presión del dispositivo. Por lo tanto, los tubos espirales y helicoidales son más sensibles a los cambios de presión que los tubos tipo C. Esto, sin embargo, aumenta la complejidad y, por tanto, el coste de fabricación.

Aquí hay una lista de aplicaciones que usan un manómetro de tubo Bourdon:

1. Medición de presión directa – Medición de la presión real de cualquier sistema.
2. Medición de presión diferencial – Medición de la diferencia de presión entre dos sistemas presurizados.

Con la mejora en la tecnología de semiconductores, los tubos de Bourdon dependen o son completamente reemplazados por sistemas electrónicos que pueden usarse en entornos de alto riesgo.
Sin embargo, los manómetros de tubo Bourdon seguirán dominando la industria de medición de presión hasta que sus contrapartes electrónicas sean económicamente viables para una gama más amplia de aplicaciones.

Cristy

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