¿Qué es un tubo Bourdon?

Volver al glosario

Cómo un tubo Bourdon convierte presión en movimiento

El tubo Bourdon funciona por su sección transversal. El tubo no es redondo por dentro; está aplanado en un óvalo o un perfil chato, y está doblado en una curva. Cuando se aplica presión al interior de ese tubo aplanado y curvo, la presión trata de empujar la sección de regreso hacia lo redondo, y un tubo aplanado que se redondea a lo largo de una curva necesariamente quiere enderezar esa curva. El resultado es que el extremo libre sellado del tubo se mueve ligeramente hacia afuera al subir la presión y regresa al bajar. Es una conversión bellamente directa de presión en un pequeño desplazamiento mecánico.

Ese desplazamiento es diminuto, así que el manómetro usa un movimiento mecánico para amplificarlo. El extremo libre del tubo se conecta por un enlace a un sector dentado y un piñón que multiplican el pequeño movimiento en un barrido completo de la aguja alrededor de la carátula. Todo el conjunto - tubo, enlace, movimiento y aguja - es lo que traduce la presión dentro del tubo en una posición legible en la escala. No hay energía eléctrica en ninguna parte, lo cual es buena parte de por qué los manómetros Bourdon son tan ubicuos en el campo.

El material y el espesor de pared del tubo fijan el rango de presión. Un tubo de pared delgada de una aleación elástica sirve para presiones bajas y se deflecta con facilidad, mientras que un tubo más grueso y rígido maneja presiones altas sin sobreesforzarse. El comportamiento elástico del metal es lo que hace repetible al manómetro - el tubo debe regresar con precisión a su posición de reposo cuando se retira la presión -, así que la elección de la aleación, muchas veces bronce, acero o un material resistente a la corrosión ajustado al proceso, importa tanto para el rango como para la durabilidad.

Formas C, espiral y helicoidal, y sus errores

La forma más conocida es el tubo Bourdon tipo C, doblado aproximadamente en forma de C abarcando la mayor parte de un círculo. Es simple, compacto y el elemento estándar en la mayoría de los manómetros comunes. Su movimiento en el extremo libre es modesto, lo cual está bien para rangos típicos pero limita la sensibilidad disponible para presiones muy bajas o para mover algo más que un enlace ligero de aguja. El tipo C es el caballo de batalla que la gente imagina cuando piensa en el mecanismo de un manómetro.

Donde se necesita más movimiento o más sensibilidad, el tubo se enrolla en espiral o en hélice. Un tubo Bourdon en espiral se enrolla en un plano plano a lo largo de varias vueltas, y un tubo helicoidal se enrolla como un resorte a lo largo de un eje a través de múltiples vueltas. Como el pequeño enderezamiento de cada vuelta se suma, estas formas producen un movimiento de punta mucho mayor para la misma presión, dando mejor sensibilidad en rangos bajos y suficiente recorrido para mover registradores o mecanismos más pesados. Los elementos en espiral y helicoidales aparecen en manómetros de baja presión, registradores de carta y situaciones que exigen más salida mecánica.

Todo tubo Bourdon comparte un conjunto de errores característicos. La histéresis significa que la lectura al subir la presión difiere un poco de la lectura al bajar, porque el metal no sigue exactamente la misma trayectoria elástica en ambos sentidos. La temperatura corre las propiedades elásticas del metal y puede sesgar la lectura. Y el ciclado repetido, la sobrepresión o la pulsación de presión fatigan gradualmente el tubo, así que su cero se desvía y su exactitud se degrada con el tiempo. Estos son inherentes a un elemento elástico mecánico y son la razón por la que los manómetros de campo necesitan verificación periódica contra una referencia.

Manómetros Bourdon, modos de falla y cotejo con el SCADA

Los manómetros de tubo Bourdon están en todas partes en un sitio de pozo y en una instalación porque son simples, no necesitan energía y dan al operador una lectura local inmediata. Pero el mismo elemento mecánico que los hace convenientes también falla de formas específicas. La sobrepresión puede deformar permanentemente el tubo para que nunca regrese a cero. La pulsación de presión y la vibración fatigan el tubo y desgastan el movimiento, causando una aguja pegajosa o errática. Un fluido de proceso corrosivo o que congela puede atacar o romper el tubo, y un tubo roto puede liberar fluido de proceso dentro de la caja del manómetro, razón por la que los manómetros en servicio peligroso muchas veces incluyen un respaldo de alivio o un frente sólido.

Como un manómetro Bourdon local y un transmisor electrónico conectado al SCADA muchas veces vigilan el mismo punto o uno cercano, se verifican entre sí. Cuando una plataforma de nube como Merobix historiza una presión de un transmisor y el manómetro Bourdon local del operador no coincide con ella, uno de los dos dice la verdad y el otro tiene un problema. Un tubo Bourdon desviado o pegado, un puerto de manómetro tapado o un transmisor fallado producen cada uno un desajuste distintivo, y tener a la vez una vista mecánica y una electrónica de la presión hace diagnosticable la discrepancia.

Vale la pena diseñar alrededor de esta relación complementaria. El manómetro Bourdon da a un técnico en sitio una verificación de sensatez instantánea e independiente de la energía, mientras que el transmisor electrónico alimenta la tendencia continua, remota e historizada de la que operaciones depende entre visitas. Ninguno reemplaza del todo al otro. Saber que el manómetro local detecta la presión a través de un tubo Bourdon elástico - con su histéresis, su sensibilidad a la temperatura y su fatiga con el tiempo - le indica al operador cuánto confiar en una sola lectura mecánica y cuándo ponderar más la tendencia del SCADA, sobre todo a medida que un manómetro envejece en servicio con pulsación.

Preguntas frecuentes