Universidad Nacional de Ingeniería.Facultad de Tecnología de la Construcción.

Departamento de Hidráulica.

Laboratorio de Hidráulica IPráctica # 1

Título de la práctica:

Manómetro de Bourdon

Integrantes:

Javier Antonio Mendoza Solórzano 2005-20292

Jeffry Xavier Madrigal Cruz 2005-20351 Hubbert José Martínez Méndez 2005-20850

Profesor de Teoría:Ing. Ricardo Fajardo Gonzales.

Profesor de Práctica:Ing. Víctor Tirado Picado.

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Fecha de Realización de la Práctica:Viernes 23 de marzo del 2007.

Fecha de Entrega de la Práctica:Viernes 30 de marzo del 2007.

Indice

1. Introducción......................................................................................................................3

2. Objetivos...............................................................................................................3

3. Equipos.................................................................................................................3

4. Generalidades.......................................................................................................4

5. Procedimiento experimental...................................................................................5

6. Tabla de recolección de datos................................................................................5

7. Procedimiento de cálculo.......................................................................................5

8. Tabla de representación de los resultados...............................................................8

9. Cuestionario.........................................................................................................8

10. Conclusiones.....................................................................................................12

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11. Recomendaciones..............................................................................................13

12. Bibliografía........................................................................................................13

1. Introducción

A partir de los conocimientos teóricos sabemos que existen diferentes tipos de presiones tales como la presión atmosférica (considerada casi nula) también llamada presión barométrica, La presión manométrica, la cual se encuentra por encima o por debajo de la presión atmosférica y la presión absoluta, que es simplemente la sumatoria o diferencia de presiones barométricas y manométricas. El manómetro de Bourdon es utilizado para realizar mediciones de presiones manométricas.

En la primera práctica llamada manómetro de Bourdon se analizan los diferentes cambios de presión registrados en este dispositivo mediante un aumento y una disminución gradual de la fuerza que ejercía presión sobre el líquido contenido en los cilindros del manómetro. Este instrumento registra presiones en dos distintas unidades de medida (N/m2 y PSI).

El funcionamiento del manómetro de Bourdon está basado en el principio de Pascal (En cualquier punto de un fluido en reposo la presión se transmite con la misma magnitud en todo el volumen del mismo), el cual es de gran importancia en la utilización de mecanismos que emplean fluidos para su desempeño, por ejemplo la prensa hidráulica.

Además del manómetro de Bourdon existen otros dispositivos para medir presiones como los son: el piezómetro (manómetro de forma más sencilla), el manómetro abierto,

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el cual no se limita como el piezómetro en intervalos de medición, el barómetro de mercurio y el barómetro aneroide entre otros.

2. Objetivos

Aclarar el concepto de presión manométrica, barométrica, atmosférica y absoluta a través de una descripción gráfica.

Aplicar de manera práctica el principio de Pascal. Determinar que el manómetro esté calibrado. Estudiar el error que se comete al efectuar una lectura manométrica.

3. Equipos

Juego de Pesas: 6 piezas de 1Kg cada una Aceite Un desatornillador de ranura: utilizado para desalojar el aire dentro del cilindro

transparente.

4. Generalidades

Medida de la presiónPara 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.

La presión absoluta es toda la presión que se aplica en una superficie. Se mide en pascales, equivale a la presión atmosférica más la presión manométrica.

La presión manométrica es la presión que ejerce un sistema en comparación con la presión atmosférica.

Presión Barométrica. Es la presión o el peso que ejerce la atmósfera en un punto determinado. La medición puede expresarse en varias unidades de medidas: hectopascales, milibares, pulgadas o milímetros de mercurio (Hg). También se conoce como presión atmosférica.

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El método más usual para medir presiones es por medio del barómetro de Bourdon, que consiste en un tubo aplanado de bronce o acero curvado en arco. A medida que se aplica presión al interior del tubo, éste tiende a enderezarse, y éste movimiento se transmite a un cuadrante por intermedio de un mecanismo amplificador adecuado. Los tubos Bourdon para altas presiones se hace de acero. Puesto que la exactitud del aparato depende en gran parte del tubo, sólo deben emplearse tubos fabricados de acuerdo con las normas más rigurosas y envejecidos cuidadosamente por el fabricante. Es costumbre utilizar los manómetros para la mitad de la presión máxima de su escala, cuando se trata de presión fluctuante, y para los dos tercios de ella, cuando la presión es constante. Si un tubo Bourdon se somete a presión superior a la de su límite y a presiones mayores que las que actuó sobre él en el proceso de envejecimiento, puede producirse una deformación permanente que haga necesaria su calibración.

Los manómetros en uso continuo, y especialmente los sometidos a fluctuaciones rápidas y frecuentes de presión, deben verificarse repetidas veces. Un procedimiento cómodo para hacerlo consiste en tener un manómetro patrón exacto que pueda conectarse en cualquier punto de la tubería en la que está unido el manómetro regular y efectuar comparaciones. A intervalos regulares debe confrontarse el manómetro patrón con el manómetro de peso directo o contrapesos. El manómetro de Bourdon es completamente satisfactorio para presiones hasta de unas 2000 atm, siempre que sea suficiente una exactitud de 2 a 3 por ciento.

5. Procedimiento Experimental

Se quitó el pistón del cilindro e inmediatamente fue llenado con aceite hasta el rebose.

Fue necesario asegurarse de que no se encontrara aire entrampado en el cilindro del manómetro.

Se colocó el pistón (Peso=1Kg y Área=333mm2), a continuación se anotó las dos lecturas registradas en el manómetro, el cual esta graduado en intervalos de 10KN/m2 hasta un valor máximo de 200KN/m2 y en intervalos de 1PSI (lb/pulg2) hasta un valor final de 30PSI.

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Se incrementó el peso colocando una pesa de 1Kg sobre el pistón obteniendo dos lecturas correspondientes para dicha medición. Posteriormente se colocaron pesas también de 1Kg hasta completar un peso total de 7Kg para 7 distintas mediciones.

Se retiraron de una en una las pesas anotando nuevas lecturas en orden descendente hasta culminar únicamente con el peso del pistón.

6. Tabla de Recolección de Datos#LECTUR

AWa(Kg

)Pma Wd(Kg

)Pmd

KN/m2 Psi KN/m2 Psi1 1 29 3.9 1 31 4.32 2 49 6.9 2 50 7.23 3 67 9.8 3 71 10.14 4 86 12.5 4 88 12.85 5 102 15 5 108 15.86 6 128 18.6 6 125 18.37 7 141 20.9 7 141 20.9

7. Procedimiento de Cálculo

Fórmulas a utilizarse Pr= (Wp + Wa) /Ap

Pmp = (Pma + Pmd)/2

%Error= [(Pmp-Pr)/Pr]*100

Wp: peso del pistón

Pr: presión real

Pmp: presión manométrica promedio

Pma: presión manométrica ascendente

Pmd: presión manométrica descendente

%error: porcentaje de errorWa = Peso ascendente

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Cálculos

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Presión real en Kg/m2

Pr1= 1Kg/3.33 x 10-4m2 = 3003.003Kg/m2

Pr2= 2Kg/3.33 x 10-4m2 = 6006.006Kg/m2

Pr3= 3Kg/3.33 x 10-4m2 = 9009.009Kg/m2

Pr4= 4Kg/3.33 x 10-4m2 = 12012.012Kg/m2

Pr5= 5Kg/3.33 x 10-4m2 = 15015.015Kg/m2

Pr6= 6Kg/3.33 x 10-4m2 = 18018.018Kg/m2

Pr7= 7Kg/3.33 x 10-4m2 = 21021.021Kg/m2

Presión real en PSI

Pr1=3003.003 * 1.422 x 10-3= 4.262lb/pulg2

Pr2=6006.006 * 1.422 x 10-3= 8.525lb/pulg2

Pr3=9009.009 * 1.422 x 10-3= 12.787lb/pulg2

Pr4=12012.012 * 1.422 x 10-3= 17.049lb/pulg2

Pr5=15015.015 * 1.422 x 10-3= 21.312lb/pulg2

Pr6=18018.018 * 1.422 x 10-3= 25.574lb/pulg2

Pr7=21021.021 * 1.422 x 10-3= 29.836lb/pulg2

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Presión real en N/m2

Pr1= 3003.003Kg/m2 * (9.807N/1Kg) = 29450.45N/m2

Pr2= 6006.006Kg/m2 * (9.807N/1Kg) = 58900.901N/m2

Pr3= 9009.009Kg/m2 * (9.807N/1Kg) = 88351.351N/m2

Pr4= 12012.012Kg/m2 * (9.807N/1Kg) = 117801.802N/m2

Pr5= 15015.015Kg/m2 * (9.807N/1Kg) = 147252.252N/m2

Pr6= 18018.018Kg/m2 * (9.807N/1Kg) = 176702.703N/m2

Pr7= 21021.021Kg/m2 * (9.807N/1Kg) = 206153.153N/m2

Presión promedio en KN/m2

Pmp1= (29+31)/2=30KN/m2

Pmp2= (49+50)/2=49.5KN/m2

Pmp3= (67+71)/2=69KN/m2

Pmp4= (86+88)/2=87KN/m2

Pmp5= (102+108)/2=105KN/m2

Pmp6= (128+125)/2=126.5KN/m2

Pmp7= 141KN/m2

Presión promedio en Kg/m2

Pmp1= 30000/9.807= 3059.039Kg/m2

Pmp2= 49500/9.807= 5047.415Kg/m2

Pmp3= 69000/9.807= 7035.791Kg/m2

Pmp4= 87000/9.807= 8871.214Kg/m2

Pmp5= 10500/9.807= 10706.638Kg/m2

Pmp6= 126500/9.807= 12898.950Kg/m2

Pmp7= 141000/9.807= 14377.485Kg/m2

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Presión promedio en PSIPmp1= (3.9+4.3)/2= 4.1PSI

Pmp2= (6.9+7.2)/2= 7.05PSI

Pmp3= (9.8+10.1)/2= 9.95PSI

Pmp4= (12.5+12.8)/2= 12.65PSI

Pmp5= (15+15.8)/2= 15.4PSI

Pmp6= (18.6+18.3)/2= 18.45PSI

Pmp7= 20.9PSI

Porcentaje de error para unidades de medida en N/m2

%Error1= [(30000-29450.45)/29450.45]*100=1.866%

%Error2= [(49500-58900.901)/ 58900.901]*100=-15.961%

%Error3= [(69000-88351.351)/88351.351]*100=-21.903.903%

%Error4= [(87000-117801.802)/117801.802]*100=-26.147%

%Error5= [(105000-147252.252)/147252.252]*100=-28.694%

%Error6= [(126500-176702.703)/176702.703]*100=-28.411%

%Error7= [(141000-206153.153)/206153.153]*100=-31.604%

Porcentaje de error para unidades de medida en PSI%Error1= [(4.1-4.262)/4.262]*100 =-3.801%

%Error2= [(7.05-8.525)/8.525)]*100 =-17.302%

%Error3= [(9.95-12.787)/12.787]*100 =-22.187%

%Error4= [(12.65-17.049)/17.049]*100 =-25.802%

%Error5= [(15.4-21.312)/21.312]*100 =-27.74%

%Error6= [(18.45-25.574)/25.574]*100 =-27.856%

%Error7= [(20.9-29.836)/29.836]*100 =-29.95%

8. Tabla de Representación de los Resultados

Pr(kgf/m2)

Pr(N/m2) Pr(Psi) Pmp(kgf/m2)

Pmp(N/m2)

Pmp(Psi)

%Error1

%Error2

3003.003

29450.45 4.262 3059.039 30000 4.1 1.866 3.801

6006.006

58900.901

8.525 5047.415 49500 7.05 15.961 17.302

9009.009

88351.351

12.787

7035.791 69000 9.95 21.903 22.187

12012.012

117801.802

17.049

8871.214 87000 12.65 26.147 25.802

15015.015

147252.252

21.312

10706.638 105000 15.4 28.694 27.74

18018.018

176702.703

25.574

12898.950 126500 18.45 28.411 27.856

21021.021

206153.153

29.836

14377.485 141000 20.9 31.604 29.95

%Error1: porcentaje de error utilizando presiones en N/m2

%Error2: porcentaje de error utilizando presiones en Psi

9. Cuestionario

1. ¿Cuáles son las fuentes de error?Consideramos que la principal fuente de error de este experimento es la variación del

volumen del líquido en el interior de los cilindros, que a través del orificio de reboso este líquido era expulsado debido al aumento en la presión, sin embargo de no existir este orificio, el manómetro, al ir incrementando las presiones llegaría un momento en que permanecería estático sin marcar variaciones de presión.

Otra causa de error es que este manómetro estaba graduado en KN/m2 en intervalos de 10 unidades lo cual provoca imprecisión al momento de realizar una lectura manométrica.

Además existen otras causas de errores como lo son: errores personales esto es debido a la falta de habilidad del observador, en este experimento se puede observar en el momento de observar la lectura ya que hay que aproximar las mediciones y a la hora de colocar las pesas es necesario de hacerlo con mucho cuidado de no mover todo el manómetro; error instrumental esto se debe al mal estado que pudiera presentar el equipo utilizado; error accidental son errores que no puede alcanzar a controlar el observador.

2. ¿Qué otras formas de medir presión conoce?Barómetro, instrumento para medir la presión atmosférica, es decir, la fuerza por

unidad de superficie ejercida por el peso de la atmósfera. Como en cualquier fluido esta fuerza se transmite por igual en todas las direcciones. La forma más fácil de medir la

presión atmosférica es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense exactamente el peso de la atmósfera. Un barómetro de agua sería demasiado alto para resultar cómodo. El mercurio, sin embargo, es 13,6 veces más denso que el agua, y la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica normal tiene una altura de sólo 760 milímetros.

El barómetro de cubeta funciona por el principio de Torricelli. Un tubo cerrado por un extremo es llenado con mercurio y luego invertido dejando el extremo cerrado en la parte superior y el abierto en la inferior sumergido en una cubeta con mercurio. De esta forma en la parte superior del tubo tendremos vacío y en la inferior la presión atmosférica, siendo la altura de la columna de mercurio resultante, efecto de la presión atmosférica. Al aumentar la presión atmosférica esta “empujara” al mercurio de la cubeta haciendo subir la columna y bajara en el caso de que la presión atmosférica disminuya. La presión atmosférica leída en este instrumento se efectúa a través de una regleta adjunta y se expresa en milímetros de mercurio. Este barómetro cuenta con la imprecisión que se origina al suponer el nivel cero de la cubeta invariable lo cual no es cierto ya que el mismo aumenta o disminuye según sea  la variación de la misma columna. Para minimizar este error las cubetas se hacen de un diámetro relativamente grande respecto al tubo.

Un barómetro más cómodo (y casi tan preciso) es el llamado barómetro aneroide (metálico), en el que la presión atmosférica deforma la pared elástica de un cilindro en el que se ha hecho un vacío parcial, lo que a su vez mueve una aguja. A menudo se emplean como altímetros (instrumentos para medir la altitud) barómetros aneroides de características adecuadas, ya que la presión disminuye rápidamente al aumentar la altitud. Para predecir el tiempo es imprescindible averiguar el tamaño, forma y movimiento de las masas de aire continentales; esto puede lograrse realizando observaciones barométricas simultáneas en una serie de puntos distintos. El barómetro es la base de todos los pronósticos meteorológicos.

Un manómetro es un tubo, casi siempre doblado en forma de U, que contiene un líquido de peso específico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presión. Los manómetros son: a) del tipo abierto con una superficie atmosférica en un brazo y capaz de medir presiones manométricas, y b) del tipo diferencial, sin superficie atmosférica y que sólo puede medir diferencias de presión.

Piezómetro es el manómetro de forma más sencilla, formado por un tubo fijo a la pared interna de un recipiente o ducto para medir la presión. Los piezómetros miden presiones manométricas, pues la superficie del líquido en el tubo se somete a la presión atmosférica. También se utilizan piezómetros para medir cargas de presión en tuberías en las que el líquido esta en movimiento. Un piezómetro no mide con precisión una presión creciente o decreciente, porque el cambio del nivel del líquido tiene retraso sobre el cambio de la presión.

Un aparato muy común para medir la presión manométrica es el manómetro de tubo abierto. Consiste en un tubo en forma de U que contiene un líquido, generalmente mercurio. Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, el mercurio busca su propio nivel ya que se ejerce 1 atm en cada uno de los extremos. Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el mercurio se eleva en el tubo abierto hasta que las presiones se igualan. La diferencia entre los dos niveles de mercurio es una medida

de la presión manométrica: la diferencia entre la presión absoluta en la cámara y la presión atmosférica en el extremo abierto.

3. Exprese la ley de Pascal y de un ejemplo de ella El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático

francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: «el incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible, contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo». El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter altamente incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es prácticamente constante.

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el embolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión.

La gata hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido.

Aplicación del principio de pascal en la gata Hidráulica.

4. ¿Es la presión atmosférica constante?No lo es, debido a las variaciones de altura sobre la superficie terrestre y condiciones de

temperatura presente en la misma, se considera una presión atmosférica sobre la superficie del nivel del mar de magnitud constante equivalente a 1.033Kg/cm2, si se realiza una medición de dicha presión a 1000m sobre este nivel obtendríamos un valor menor a este, lo cual demuestra que la presión deja de ser igual cuando la altura varia tanto positiva como negativamente con respecto al nivel del mar.

5. Tabla de conversión de unidadesN/m2 Kgf/m2 PSI m.c.a. mm. Hg

N/m2 1 1.02 x 10-5 1.45 x 10-4 1.02 x 10-4 7.5 x 10-3

Kgf/m2 98070 1 14.216 10 735.721PSI 6894.757 0.0703 1 0.703 51.724

m.c.a. 9810.174 0.1 1.422 1 73.617mm. Hg 133.289 1.359 x 10-

31.934 x 10-

20.014 1

6. Gráficas

a) Presión real vs. Pma.

b) Presión real vs. Pmd

c) % Error vs. Pmp

7. Se suspende un diminutivo cubo de acero en agua por medio de un cable. Si la longitud de los lados del cubo son muy pequeños. ¿ que comparación cabria entre las magnitudes de las presiones sobre la parte superior, el fondo y las superficies laterales de ese cubo?

8.

10. ConclusionesAl concluir el presente informe pudimos comprender el funcionamiento de un manómetro de Bourdon, para llegar a esto fue necesario dar a conocer un concepto fundamental en la mecánica de fluidos, refiriéndonos a la presión cuya definición dice que llamamos presión a la fuerza que se ejerce sobre la unidad de área, siempre que la fuerza sea perpendicular a la superficie. Otra pregunta que fue necesario contestar ¿como medimos la presión? Para ello se dio a conocer los conceptos de barómetros y los manómetros. Los barómetros miden presión absoluta, mientras que los manómetros miden una presión relativa, diferencial, o presión manométrica.

Después de haber conocido aquellos conceptos fundamentales nos referimos al manómetro de Bourdon el cual es un elemento de medida de presión. En la parte experimental se realizo la calibración de un manómetro de Bourdon, cuya experiencia consistió en agregar peso a un sistema, en el cual se va midiendo la presión, terminando este proceso se vuelve a realizar pero ahora descargando el sistema, cuya presión es medida.

De acuerdo a los resultados obtenidos de los porcentajes de error de este experimento podemos decir que el experimento fue llevado a cabo de manera satisfactoria ya que dicho porcentaje sólo en una ocasión (de 7 mediciones obtenidas) el error sobrepaso el 30%, que es el máximo error permisible en este experimento, en tanto que demás mediciones se mantuvieron por debajo de este valor.

Al observar la gráfica del porcentaje de error vs. la presión manométrica promedio vemos como el porcentaje de error aumenta en la medida que se incrementa la presión, de lo

cual podemos decir que este manómetro de Bourdon no es lo suficientemente apropiado para registrar valores precisos de presiones manométricas.

11. Recomendaciones

Antes de comenzar el experimento hay que asegurarse de que no haya burbujas  de aire en el cilindro transparente que une los dos cilindros metálicos.

Colocar cuidadosamente cada una de las pesas para evitar variaciones en las lecturas.

Al momento de tomar la lectura ubicarse de manera que el observador quede a la misma altura de la pantalla del manómetro.

12. Bibliografía Hidráulica general. Gilberto Sotelo Ávila

Mecánica de los fluidos e hidráulica. Ronald V. Giles

Mecánica de fluidos. Frank White

Encarta 2007

www.monografias.com

www.fisicaysociedad.es

www.portalciencia.net