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RESUMEN EJECUTIVO
El presente informe describe los aspectos del ensayo de laboratorio
realizado para medir la Presión.
La presión es definida como la fuerza que, por unidad de área, ejerce
un material (sea un sólido, un líquido o un gas) sobre una superficie, y
es un aspecto fundamental en el estudio de los fluidos.
Así realizaremos tres experiencias, en la primera calibraremos un
manómetro de Bourdon utilizando un dispositivo llamado Calibrador de
peso muerto.
En la segunda experiencia utilizaremos un Manómetro Inclinado para
medir la presión a lo largo de un ducto circular, por el cual existe un
flujo de aire generado por una bomba.
Para la tercera experiencia utilizaremos el mismo ducto de la
experiencia anterior pero esta vez mediremos la presión a lo largo de su
diámetro usando un micro manómetro.
Se ha realizado los cálculos con los datos recogidos, graficado las
curvas y además, el diagrama de distribuciones de velocidades
puntuales.
Con la experiencia se logró, el aprendizaje de la calibración de un
manómetro y el manejo de curvas de calibración del instrumento en
referencia a un patrón.
I. INTRODUCCIÓN:
1. OBJETIVOS:
Estudiar los dispositivos para medir presión manométrica: Manómetro de Bourdon, Manómetro inclinado y Micro manómetro.
Eliminar los posibles desvíos mediante un proceso de calibración utilizando un calibrador de pesos muertos.
2. MARCO TEÓRICO:
PRESIÓN
Presión es la fuerza ejercida por unidad de área en forma perpendicular y se
expresa en N/m2 en el sistema en el sistema internacional, ésta definición se
muestra en la ecuación (1) y es aplicable a la presión en sólidos (esfuerzo),
líquidos (presión hidráulica) y gases (presión neumática).
(1)
P=M× gA
= FA
Para el caso de una columna vertical de fluido líquido o gas, aplica la
definición expresada en la ecuación (2), ésta ecuación es la que rige a los
manómetros de columna de líquido.
(2)
P= ρ×g×h
La ecuación (3) mejor conocida como la ley de los gases, expresa la presión
absoluta ejercida por un gas en un recipiente hermético a cierta temperatura.
(3)
P=n×R×TV
Ésta ecuación es útil para determinar la diferencia de presión generada por la
columna del gas utilizado para la presurización, columna de gas que se tiene
cuando existe una diferencia de altura entre nivel de referencia de la columna
de líquido (menisco inferior) y el punto de interés (calibrando).
Medida de Presión
Para la medida de la presión se utilizan los barómetros y los manómetros. Los
barómetros miden presión absoluta, respecto al vacío, mientras que los
manómetros miden una presión relativa, diferencial, o presión manométrica,
generalmente una sobrepresión (o depresión) respecto de la presión
atmosférica. Normalmente se llaman barómetros a los instrumentos que
miden la presión atmosférica.
Presión manométrica
Manómetro aneroide de doble escala: en kPa y en psi.
Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y
la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la
presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es
negativa se llama presión de vacío.
Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la
presión atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la
presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor
presión manométrica.
Los aparatos utilizados para medir la presión manométrica reciben el nombre
de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se
fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides. La presión
manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión
atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la
atmosférica se llaman manómetros de vacío o vacuómetros.
Dispositivo de medición de peso muerto
Un comprobador de peso muerto se compone de un pistón de bombeo con un
tornillo que lo presiona dentro del depósito que contiene un fluido como
aceite, un pistón primario que lleva el peso muerto y el indicador de presión.
Funciona mediante la carga del pistón primario (de área de sección
transversal A), con la cantidad de peso (W) que corresponde a la presión de
calibración deseada (P=W/A). El pistón de bombeo a continuación presuriza el
sistema ingresando más fluido en el cilindro de depósito.
ESQUEMA INTERIOR
Manómetro de Tubo InclinadoSe usa para medir pequeños cambios de presión.
Una rama del manómetro está inclinado en un ángulo Ɵ y la lectura
diferencial I2 se mide a lo largo del tubo inclinado.
La diferencia de presión entre los puntos A y B está dada por:
PA−PB=γ 2l2 sinθ+γ 3h3−¿γ 1h1¿
Para ángulos relativamente pequeños, la lectura diferencial a lo
largo del tubo inclinado se puede hacer grande incluso para
pequeñas diferencias de presión.
El manómetro de tubo inclinado se usa para medir pequeñas
diferencias de presión en gases, así si los tubos A y B contienen un
gas, entonces:
PA−PB=γ 2l2 sinθ
Es decir:
l2=PA−PBγ 2sin θ
La lectura diferencial del manómetro de tubo inclinado se puede
incrementar por un factor de 1/sin θ sobre la que se obtiene con un
manómetro de tubo en U convencional.
Micromanómetro
Los micromanómetros de tubo de Pitot es un instrumento elemental
para la medición de velocidades de flujo de gases o de aire en
canales.
Un tubo de Pitot o tubo de remanso opera según las bases de la
dinámica de fluidos y es un ejemplo clásico para la aplicación
práctica de las ecuaciones de Bernoulli. Un tubo de remanso es un
tubo abierto en la parte delantera que se dispone contra una
corriente de forma que su eje central se encuentre en paralelo con
respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque
de forma frontal en el orificio del tubo. La parte trasera se fija a un
manómetro. Estos micro manómetros pueden ser recalibrados para
garantizar una precisión continua, además pueden ir acompañados
de certificados de calibración ISO.
PROCEDIMIENTO 1
Para tomar los datos, fuimos colocando pesas que iban
incrementando la presión (psi) hasta completar el rango de nuestro
manómetro Bourdon (600 psi), con una aproximación de 0,1.
Luego fuimos retirando las pesas para volver a tomar los datos de
descenso y así obtener una lectura promedio, la cual compararemos
con la lectura patrón.
PROCEDIMIENTO 2
Se comenzó a medir la toma de presión alrededor de la tubería:
Luego se procedió a medir las presiones en cada toma, haciendo uso
de un manómetro:
Dwyer Instruments Inc. Michigan City.
PROCEDIMIENTO 3
Para realizar este procedimiento utilizamos el siguiente Tubo de Pitot:
2. ANALÍTICO:
PROCEDIMIENTO 3
Transformaremos a unidades métricas, mediante el factor de
conversión 0.0254, luego calcularemos hvaire:
hvaire =γaireγagua
* hvagua
Así podremos calcular la velocidad que se produce:
v1 = √2ghCalcularemos la velocidad promedio:
vp = ∑ v
12
Y por último calcularemos el caudal, para lo cual medimos el
diámetro de la tubería D = 30 cm.
Q = vp (π D2
4)
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS:
Lectura Instrumento Lectura ascendente Lectura descendente Promedio Desfasaje
0 0 0 0 020 34 32 33 1330 44 44 44 1440 54 53 53.5 13.550 63 62 62.5 12.560 72 72 72 1270 82 82 82 1280 92 92 92 1290 102 102 102 12
100 111 112 111.5 11.5110 122 121 121.5 11.5120 132 130 131 11130 142 141 141.5 11.5140 152 150 151 11150 164 160 162 12
160 174 169 171.5 11.5170 182 179 180.5 10.5180 191 190 190.5 10.5190 206 199 202.5 12.5200 211 211 211 11210 220 216 218 8220 235 226 230.5 10.5230 243 236 239.5 9.5240 253 246 249.5 9.5250 263 256 259.5 9.5260 272 265 268.5 8.5270 282 274 278 8280 292 283 287.5 7.5290 302 292 297 7300 311 300 305.5 5.5310 320 315 317.5 7.5320 332 324 328 8330 342 333 337.5 7.5340 350 341 345.5 5.5350 359 351 355 5360 372 361 366.5 6.5370 382 371 376.5 6.5380 393 382 387.5 7.5390 402 390 396 6400 415 400 407.5 7.5410 429 410 419.5 9.5420 433 420 426.5 6.5430 442 430 436 6440 452 440 446 6450 461 450 455.5 5.5460 472 458 465 5470 484 468 476 6480 495 478 486.5 6.5490 504 484 494 4500 515 494 504.5 4.5
Manómetro InclinadoMedicón Presión Distancias Distancia Total
1 0.45 55 552 0.34 24 793 0.39 24 1034 0.39 24.25 127.255 0.4 12 139.256 0.4 24.75 1647 0.4 11 1758 0.4 12 1879 0.4 12 199
10 0.4 12 21111 0.4 12 22312 0.395 24 247
MicromanómetroMedición Presión (psi) Posición (plg) Distancia (plg) Velocidad plg/s
1 0.075 6 1 0.1017095262 0.081 7 2 0.105699643 0.081 8 3 0.105699644 0.081 9 4 0.105699645 0.07 10 5 0.0982607376 0.073 11 6 0.1003442357 0.073 12 7 0.1003442358 0.081 13 8 0.105699649 0.081 14 9 0.10569964
10 0.081 15 10 0.1056996411 0.075 16 11 0.10170952612 0.045 17 12 0.07878386
2. GRÁFICOS:
MANOMETRO DE BOURDON
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Lectura Instrumento vs Lectura Real Promedio
Lectura del Instrumento
Pres
ión
man
omét
rica
(psi)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000123456789
101112131415
Desfasaje vs Lectura Real
MANOMETRO INCLINADO
55 75 95 115 135 155 175 195 215 2350.33
0.35
0.37
0.39
0.41
0.43
0.45
0.47
Longitud de Tubo vs Presión
Longitud (pulgadas)
Pres
ión
man
omét
rica
(psi)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120.04
0.045
0.05
0.055
0.06
0.065
0.07
0.075
0.08
0.085
Posición Radial vs Presión
Distancia desde un extremo del tubo (pulgadas)
Pres
ión
de e
stan
cam
ient
o (p
si)
MICRO MANOMETRO:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120.0750.0770.0790.0810.0830.0850.0870.0890.0910.0930.0950.0970.0990.1010.1030.1050.1070.109
Perfil de Velocidades
Distancia desde un extremo del tubo (pulgadas)
Velo
vida
d (p
lg/s
)
IV. CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES:
Siempre que trabajemos con manómetros Bourdon, estamos en la
obligación de calibrarlos, obteniendo así nuestros datos de error,
para no descuidar las lecturas erróneas y así prevenir accidentes.
No se debe golpear la base de apoyo del dispositivo de peso
muerto ya que genera vibraciones y ésas vibraciones producen
una disminución en la presión que inicialmente marcó el
manómetro de Bourdon.
Existen variaciones grandes de presión al inicio y al final del
recorrido de un fluido por un tubo.
Se observa que hay más error cuando hay menos peso, y el error
va disminuyendo a medida que se aumenta la cantidad de pesas.
En el manómetro inclinado vemos que al aumentar la longitud del
tubo de velocidades la presión se va haciendo constante, diríamos
más estable.
V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2012/442/41834/1/Documento8.pdf http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=5037 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/press.html http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9trica http://www.metalurgia.uda.cl/apuntes/Jchamorro/Mecanica-fluidos%20I/
Presionymanometria[Modode%20compatibilidad].pdf http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/micromanometros-
tubo-pitot.htm Manual de laboratorio
VI. ANEXOS: http://www.youtube.com/watch?v=i6wSp0btJQQ http://www.youtube.com/watch?v=yw74RPPCxlI http://www.youtube.com/watch?v=kVMYpOTjy3s http://www.youtube.com/watch?v=0FIhOcoItUY http://www.youtube.com/watch?v=Hk1uPV-ppfs
TIPOS DE MANÓMETROS BOURDONhttp://kycsa.com/catalogo/productos/presion/manr.pdf
¿QUIÉNES LO FABRICAN Y DISTRIBUYEN?http://www.termokew.mx/manometros.phphttp://www.quiminet.com/productos/manometros-tipo-tubo-bourdon-44722242360/proveedores.htmhttp://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/micromanometros-tubo-pitot.htmhttp://gruposie7e.com/category.php?id_category=401