2do laboratorio fluidos

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU DETERMINACION DE LA PRESION MEDIANTE EQUIPO GUNT HM 150.02 1 2 Objetivos: Manipular el manmetro mecnico de Bourdon. Medir presiones hidrostticas. Calibrar un manmetro. Determinar el error sistemtico. Introduccin y marco terico:

Junto con la temperatura, la presin es la variable ms comnmente medida en plantas de proceso. Su persistencia se debe, entre otras razones, a que la presin pude reflejar la fuerza motriz para la reaccin o transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o lquidos; la cantidad msica de un gas en un volumen determinado; etc. Debido a este concepto es necesario conocer el manmetro de Bourdon, cuyo medidor de presin industrial es usado tanto a presiones como a vacos. El cual se dar a conocer en el presente informe. Para ello realizamos una parte terica y prctica la cual va a consistir en la calibracin del manmetro de Bourdon, en cual utilizaremos un calibrador de manmetro y el manmetro de Bourdon.

Presin

Presin es la fuerza ejercida por unidad de rea en forma perpendicular y se expresa en N/m2 en el sistema internacional, esta definicin se muestra en la ecuacin (1) y es aplicable para la presin en slidos (esfuerzo), lquidos (presin hidrulica) y gases (presin neumtica).

(1)Para el caso de una columna vertical de fluido lquido o gas, aplica la definicin expresada en la ecuacin (2), esta ecuacin es la que rige a los manmetros de columna de lquido, punto de inters en este documento.

(2)La ecuacin (3) mejor conocida como la ley de los gases, expresa la presin absoluta ejercida por un gas en un recipiente hermtico a cierta temperatura,

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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 (menisco inferior) y el punto de inters (calibrando).

En esta ocasin usaremos el equipo de G.U.N.T para el calibrado de instrumentos de medicin de la presin, que permitir comprobar y ajustar manmetros. La presin se predetermina con pesos depositados en un portapesos. Este posee un embolo que acta sobre el aceite hidrulico que llena un sistema de tubos, de manera que un manmetro, tambin conectado al sistema, tiene que indicar unas presiones determinadas. El quipo incluye un manmetro de Bourdon provisto de un disco graduado transparente. El mecanismo de indicacin y las diversas posibilidades de ajuste se pueden reconocer as perfectamente. Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma circular de seccin oval. La presin a medir acta sobre la cara interior del tubo, con lo que la seccin oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo. El extremo del tubo sin tensar ejecuta un movimiento que representa una medida de la presin el cual se traslada a una aguja indicadora. Para presiones hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de forma circular con un ngulo de torsin de 270, para presiones superiores, tubos con varias vueltas en forma de tornillo. Los tubos de Bourdon tienen una fuerza de retorno relativamente baja. Por ello, debe tenerse en cuenta su influencia en la indicacin, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento, transmisores de seal lmite o potencimetros de control remoto. Los rganos de medicin de tubo de Bourdon solamente pueden protegerse contra sobrecarga de manera limitada mediante el apoyo del rgano medidor con un valor lmite de presin. Para cualquier tipo de carga, la relacin entre la carga y la deformacin es una constante del material, conocida como el mdulo de Young: E=Carga/e. Por ende, si la constante de deformacin es conocida, se puede obtener la carga segn: Carga = E*e De modo que frente a deformaciones pequeas de materiales elsticos, ser posible obtener una cuantificacin reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes. El manmetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construccin. Este manmetro, tal vez el ms comn en plantas de procesos que requieran medicin de presiones. Pgina 2


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Descripcin y manejo del equipo

Calibrador de manmetros GUNT HM 150.02

Aceite hidrulico HLP ISO 32 Pgina 3


Juego de anillos calibrados

Porta masas

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3.1.- Construccin del equipo El calibrador de manmetros consta en lo esencial de don unidades: 3.1.1.- La unidad de medicin de presin Aqu esta enroscado de forma fija, con fines de ensayo, un manmetro de Bourdon que se debe calibrar. 3.1.2. La unidad de carga La unidad de carga consta de varios pesos y un cilindro con embolo. Un aumento de la carga tiene como consecuencia un aumento de la presin. La unidad de carga se comunica con la unidad de medicin de presin a travs de una tubera llena de aceite, con lo que el manmetro puede indicar el aumento de la presin.

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Placa de base Pesos Portapesos

4 Manmetro 5 Tapn roscado

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La comunicacin entre la unidad de carga y la de presin se puede en el siguiente esquema en seccin:

Como puede verse, ambas unidades se comunicas entre s a travs de una tubera. Si se colocan pesos en el portapesos, aumente la presin del aceite en el sistema. La estanqueizacin entre el embolo y el cilindro tiene lugar de forma metlica y no necesita otros elementos de junta. El ajuste aplicado se ha efectuado con gran meticulosidad, de modo que el mbolo se desplaza prcticamente sin rozamiento con unas prdidas de aceite mnimas. Los pesos se han concebido de forma que sean posibles saltos de presin de 0.5 bar. Depositar primero el peso pequeo en el portapesos. Para mantener la posicin se ha previsto una espiga gua. De lo contrario, Los dems pesos quedaras torcidos sobre el pistn y las mediciones se falsearan debido a diferencias en el rozamiento. El aceite sobrante que se pueda producir al actuar el pistn se recoge en la concavidad que hay antes de la camisa. Con el cilindro de compensacin se puede hacer subir y bajar la carga del peso sobre el cojn de aceite hidrulico. Para la medicin se tiene que mantener la carga sobre el cojn de aceite, de manera que haya presin en el sistema hidrulico. Desenroscando el cilindro de compensacin se puede hacer bajar la carga del peso hasta el tope. El sistema hidrulico esta entonces sin carga. Adems, con el cilindro de compensacin se puede controlar y corregir de manera sencilla el nivel de aceite. Atencin; No sustituir el manmetro. Solo se puede rellenar aceite con ayuda de un vacio. 3.2 Puesta en servicio

Retirada del capuchn para transporte Si es necesario, rellenar aceite y controlar el punto cero Colocar el embolo

3.3

Ajuste del punto cero: Pgina 6


Para comprobar el punto cero del manmetro se tiene que procedes en los siguientes pasos: Enroscar el volante del cilindro de compensacin para hacer salir el embolo del cilindro Retirar el mbolo y el portapesos. Regular el nivel del aceite en el cilindro abierto de manera que el cilindro quede lleno hasta el borde. El manmetro a comprobar tiene que indicar ahora cero, ya que slo est sometido a la presin del aire ambiente. De no ser as. La aguja del manmetro se puede ajustar con un destornillador pequeo. Se puede acceder al tornillo de ajuste a travs de un orificio existente en el disco graduado del manmetro. 3.4 Rellenado de aceite hidrulico:

Si a pesar de haber enroscado por completo el volante no est totalmente lleno el cilindro. Se tiene que rellenar aceite. Para ello, desenroscar el volante aproximadamente 10-25 e introducir aceite en el cilindro hasta que est totalmente lleno. 3.5 Calibrado de un manmetro (comprobacin):

Una vez comprobado el punto cero de un manmetro, se coloca de nuevo el portapesos en el cilindro de la unidad de medicin de presin. Al hacerlo, el mbolo se hace bajar lentamente desenroscando el cilindro de compensacin, hasta que solo falta sobre el aceite con un guiado suficiente. Para evitar un rozamiento de adherencia, imprimir al portapesos un ligero movimiento de giro, la masa del portapesos es de 385 g. Teniendo en cuenta el dimetro del mbolo de 12 mm, se puede determinar el aumento de la presin de acuerdo con las formulas bsicas siguientes.

A: Seccin transversal del mbolo, d: Dimetro del mbolo, F: Fuerza, p: presin, m:masa de los cuerpos de carga, g: contante de la aceleracin de la gravedad.

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU Con nmero resultan los siguientes valores: Por ejemplo La masa del portapesos es de ( ( )( ) )

Igualmente se pueden determinar otras presiones que se originen por un aumento del peso sobre el portapesos. La indicacin de 0.5 bar se consigue depositando un peso con una masa de 193g sobre el portapesos. Los dems pesos son de 578g, lo que equivale para cada uno a un aumento de la presin de 0.5 bar. 4 4.1 Seguridad Peligros para el equipo y su funcionamiento: Para el transporte se deber retirar el pistn de la unidad de carga. Se debe prestar atencin a que el cilindro de se dae con rayas ni, menos aun. Con estras. De suceder esto ya no estara garantizada la estanqueizacin metlica. La unidad de carga se debera proteger con el capuchn adjunto para su transporte, a fin de que no se pierda aceite. Para colocar y retirar el capuchn es posible que se tenga que accionar el cilindro de compensacin. Precaucin: Por la abertura podra salir aceite a presin. El disco graduado del manmetro de Bourdon es de vidrio y se puede romper. 4.2 Cambio de aceite:

Quitar el tampn roscado Evacuar el aceite usado, ventilar si es necesario. Con el rasco restra establecer la conexin con la llave distribuidora de tres vas y la bomba del vaco. Generar vacio con la bomba de vacio a travs de la llave distribuidora de tres vas

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU Hacer entrar aceite en el sistema conmutando la llave distribuidora de tres vas. A continuacin, cerrar el sistema hidrulico. 5 Experimentos y Procedimiento: Registro de la curva caracterstica de transmisin del manmetro. Curva caracterstica: Presin = f (peso) 5.1 Preparativos:

Retirar el capuchn para transporte. Si es necesario, rellenar aceite y controlar la seal cero. 5.2 Realizacin del ensayo:

Leer la seal cero del manmetro, controlarla y anotarla. Colocar el portapesos para 0.334 bar con el mbolo en el cilindro de la unidad de carga, al hacerlo, el mbolo se hace bajar lentamente desenroscando el cilindro de compensacin, hasta que solo falta sobre el aceite con un guiado suficiente. Para evitar un rozamiento de adherencia. Imprimir la portapesos un ligero movimiento de giro. Anotar la seal de presin del manmetro. Colocar en el portapesos el anillo de carga para 0.166 bar. Atender a que el portapesos flote libremente sobre el aceite. Para producir a un mnimo la influencia del rozamiento de adherencia tambin en esta medicin, imprimir al portapesos un ligero movimiento de giro. Anotar la seal de presin del manmetro. Repetir el punto descrito con los restantes cuatro anillos de carga para 0.5 bar y anotar los valores de la presin.

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6 6.1

Anlisis: Caculos.

A continuacin hacemos los respectivos clculos matemticos para hallar las presiones tericas acumuladas:

(

)(

)

(

)(

)

(

)(

)

(

)(

)

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(

)(

)

(

)(

)

6.2

Muestra de cuadros. Entonces:

Peso de las cargas con indicacin de la presin (Kg), acumulado. 0.000 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890

Presin medida en bares Segn el manmetro de Bourdon, acumulada. 0.000 0.330 0.490 0.974 1.450 1.945 2.465

Presin terica en bares, acumulada.

0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506

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Carga (con dato impreso) en Kg 0.000 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890 6.3 Graficas:

Presin medida en bar 0.000 0.330 0.490 0.974 1.450 1.945 2.465

Valores limites Presin inferiores -1% terica en bar -0.025 +0.309 +0.475 +0.975 +1.475 +1.975 +2.475 en bar 0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506

Valores lmites superiores +1% en bar +0.025 +0.359 +0.525 +1.025 +1.525 +2.025 +2.525

Para el anlisis grafico, las presiones medidas y los valores limites se tienen que anotar en un diagrama x, y (carga-presin); a continuacin plasmaremos tres graficas:

Masa (kg) vs Error absoluto (bar), Masa acumulada (Kg) vs Presin terica (bar), Masa acumulada vs Presin experimental bar. Presin Experimental En el laboratorio con ayuda del manmetro obtuvimos las siguientes presiones (ver tabla); luego segn la ecuacin siguiente, calculamos el error absoluto: Error Absoluto = P terica acumulada P experimental acumulada promedio

Masa acumulada (Kg)

Presin terica acumulada

Presin Experimental Acumulada prueba 1 (bar) 0.0 0.335 0.485 0.975 1.450 1.940 2.455 Acumulada prueba 2 (bar) 0.0 0.325 0.495 0.972 1.450 1.950 2.470 Acumulada promedio (bar) 0.0 0.33 0.49 0.974 1.450 1.945 2.4625

Error Absoluto (bar)

0.000 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890

0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506

0.000 0.004 0.011 0.028 0.053 0.060 0.043

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU Entonces la grafica, Masa (kg) vs Error absoluto (bar), sera la siguiente:

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Masa acumulada (Kg) vs Presin terica (bar):

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Masa acumulada vs Presin experimental bar:

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU 7. Conclusiones:

Al concluir el presente informe pudimos comprender el funcionamiento de un manmetro de Bourdon, para llegar a esto fue necesario dar a conocer un concepto fundamental en la mecnica de fluidos, refirindonos a la presin cuya definicin dice que llamamos presin a la fuerza que se ejerce sobre la unidad de rea, siempre que la fuerza sea perpendicular a la superficie. Despus de haber conocido aquellos conceptos fundamentales nos referimos al manmetro de Bourdon el cual es un elemento de medida de presin industrial, que es usado cuando el mximo requerido sobrepasa 25 lb/pul2 para medir presiones y vacos combinados, para mediciones de presin ms directa o cuando se producen fluctuaciones de presin repentinas. En la parte experimental se realizo la calibracin de un manmetro de Bourdon, cuya experiencia consisti en agregar peso a un sistema, en el cual se va midiendo la presin, terminando este proceso se vuelve a realizar pero ahora descargando el sistema, cuya presin es medida. Mediante este experimento pudimos aprender el principio de pascal experimentalmente. Con ayuda de las graficas concluimos que existen distintas relaciones que pueden estudiarse en funcin a una ecuacin matemtica para luego ser plasmadas en una grafica. 8 Bibliografa. http://www.gunt.de/static/s1_1.php http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro http://html.rincondelvago.com/manometro.html http://www.gunt.de/networks/gunt/sites/s1/mmcontent/produktbilder/070150 02/Datenblatt/07015002%204.pdf

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2do laboratorio fluidos

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