instrumentos para medir la presion.doc

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAUNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAFACULTAD DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ASIGNATURA:

Mecánica De fluidos II

TEMA:Instrumentos para medir la presión, capitación, ejercicios.

DOCENTE:

Ing. Hugo Rojas Rubio

ESTUDIANTES:

Naveda Apolinar Johan E.

CICLO:

VII

Abril de 2012

Universidad Nacional Del Santa E.A.P. INGENIERIA CIVIL

INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESION

1. instrumento para medir la presión barométrica

Presión barométrica

El peso del aire de nuestra atmósfera ejerce una presión sobre la superficie de la tierra. Esta presión es

conocida como presión atmosférica. Generalmente, cuanto más aire hay sobre una zona más alta es la

presión, esto significa que la presión atmosférica cambia con la altitud. Por ejemplo, la presión

atmosférica es mayor a nivel del mar que en la cima de una montaña. Para compensar esta diferencia y

facilitar la comparación entre localizaciones con diferentes altitudes, la presión atmosférica es

normalmente ajustada a la equivalente al nivel del mar. Este ajuste es conocido como presión barométrica

Barómetro

Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por

unidad de superficie ejercida por la atmósfera sobre la superficie terrestre y los cuerpos que habitan en

ella. Los primeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya

parte superior está cerrada. El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la

atmósfera. Los primeros barómetros fueron realizados por el físico y matemático italiano Evangelista

Torricelli en el siglo XVII. La presión atmosférica equivale a la altura de una columna de agua de unos

10,13 m de altura. En los barómetros de mercurio, cuya densidad es 13.6 veces mayor que la del agua, la

columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica al nivel del mar en un día despejado es de

aproximadamente unos 760 mm.

Los barómetros son instrumentos fundamentales para medir el estado de la atmósfera y realizar

predicciones meteorológicas. Las altas presiones se corresponden con regiones sin precipitaciones,

mientras que las bajas presiones son indicadores de regiones de tormentas y borrascas.

La unidad de medida de la presión atmosférica que suelen marcar los barómetros se llama hectopascal de abreviación (hPa).


2. instrumento para medir la presión manométrica.

Presión manométrica

Manómetro aneroide de doble escala: en kPa (kilopascales) y en psi (pounds per square inch).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.

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.

EL MANÓMETRO

El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local.

En la mecánica la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.

La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el sistema internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.

Cuando los manómetros deben indicar fluctuaciones rápidas de presión se suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea.

Hay que tener en cuenta que la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, entonces hay que sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Cuando se obtiene una medida negativa en el manómetro es debida a un vacío parcial.


La presión en A' es la debida a la columna de Hg que tiene encima (sobre el Hg no hay nada) La

presión en A es la del gas (idéntica en todo su recipiente). La presión del Hg en A' es:

700-280= 420 mm de Hg que coincide con la presión del Hg en A y con la presión del gas. M La

altura viene dada por la parte alta del menisco que forma la superficie de Hg. Cada división

representa 20 mm. El resultado es el mismo que si calculas las alturas a las que se encuentran cada

rama de Hg y las restas.

3. instrumento para medir la presión absoluta.

Presión absoluta

La presión absoluta es toda la presión que se aplica en una superficie. Se mide en pázcales. Equivale a la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el instrumento).

Hay presión en todos los lugares de la tierra porque las moléculas de gas aplican una presión. Así la presión atmosférica es de aproxidamente de 101,325 pázcales.

http://www.ciencia.net/VerArticulo/?idTitulo=Pascal%20(unidad)


Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión

absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la

proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Este

término se creo debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los

diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un

término absoluto unifica criterios.

Donde:

Presión absoluta (Pab)

La presión relativa (Pr)

Presión atmosférica (P0).

4. instrumento para medir la presión de vacío.

Presión de vacío. Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que

normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las

presiones superiores a la atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la

presión atmosférica existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse

al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de mercurio (cmHg),

metros de agua, etc.

CAVITACIÓN

La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o

cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una

descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli (Principio de

Bernoulli). Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las


moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o,

más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan

(el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas)

produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este

fenómeno.

La CAVITACIÓN se define como las ebulliciones localizadas del líquido que se bombea. Se

forman burbujas o cavidades en el líquido debido a la pulverización de éste. Esto ocurre

cuando la presión estática local en el líquido desciende por debajo de la presión del vapor del

líquido. Cuando estas burbujas desembocan en una zona de altas presiones, se colapsan o

implotan. Estas implosiones pueden producir presiones, lo suficientemente altas para

provocar que pequeñas piezas del metal (incluso del acero inoxidable) se desgajen de la

superficie, formando unos característicos “cráteres” en el metal.

SITIOS DONDE PUEDE OCURRIR CAVITACION

La cavitación puede producirse igual en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, venturi) que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas).

En La Garganta De Un Tubo Venturi. Puede producirse cavitación, esto causaría un rápido

deterioro del instrumento de medida ya que la presión es mínima en esta sección del tubo.

Altura de presión en el eje

v1 y v2

GARGANTA

Tubo Venturi


En la entrada de una bomba Una altura Z2 demasiado grande, una longitud excesiva de la tubería de aspiración o pérdidas secundarias elevadas, pueden producir a la entrada de la bomba el fenómeno de cavitación con la destrucción rápida del rodete, que es el órgano más caro de la misma. (ver fig. 2)

V1 = 0 , Z1=0

v2 y z2 en la entrada de la bomba

Fig. 2 Sistema de Bombeo

Cavitación en las Turbinas :

Definición del bosquejo para la instalación de una turbina de reacción

L.E.

v2/2g

Z

h=cabeza efectiva en la turbina


La cavitación origina picaduras, vibración mecánica y pérdida de eficiencia.

En las turbinas de reacción, la cavitación puede tener lugar en la descarga del rodete móvil, cerca de la periferia de los álabes, sobre su lado posterior.

La cavitación puede evitarse diseñando, instalando y operando a la turbina en una forma tal que, en ningún punto la presión absoluta local baje hasta ser igual a la presión de vapor.

En las máquinas hidráulicas es conveniente definir un parámetro de cavitación como éste:

Donde:

z y h = se definen según la figura 3

= Representa la altura a la cual subirá el agua en un barómetro de

agua.

El valor mínimo de s, en el cual ocurre la cavitación se denomina sc (su valor puede determinarse experimentalmente)

Además despejando de la ecuación se obtiene que la elevación máxima permisible arriba del nivel del agua en el desfogue para hacerse la instalación a una turbina es:

Z= Patm/g - ew/g - sc.h

CAVITACIÓN EN BOMBAS.

La cavitación es un fenómeno indeseable que puede ocurrir durante el funcionamiento de las bombas centrífugas. Es importante señalar que la cavitación se produce debido a algún error durante el diseño del sistema de bombeo.

Si la bomba centrífuga trata de expulsar más líquido del que puede absorber se producirá un efecto de vacío en el interior de la bomba. Esto, obviamente, reducirá la presión por lo que se producirán burbujas de vapor (dicho de otra forma, cuando se alcanza la presión de vapor, el fluido se vaporiza y forma pequeñas burbujas de vapor) que principalmente rozarán a los álabes de los impulsores de la bomba, sin dejar de afectar otros componentes.

La cavitación define un límite a la carga contra la cual puede una bomba trabajar satisfactoriamente. La carga limitante depende de la velocidad específica de la bomba (parámetro que relaciona al caudal y a la carga variables fundamentales, entre esas la


velocidad de giro, variable cinemática importante.) y de la altura de succión (diferencia en elevaciones entre la línea de energía en la succión y el ojo del impulsor)

La bomba de hélice es más vulnerable a la cavitación que otras bombas, debido a su alta velocidad, por eso está restringida a cargas relativamente bajas.

El parámetro de cavitación está dado por:

Donde:

Ps = Presiones absolutas

NPSH = Carga neta positiva de succión, net positive succión head.( Diferencia entre la carga absoluta total en el lado de la succión de la bomba y la carga de presión de vapor)

Es preciso que se tenga siempre en la aspiración de una bomba una carga neta positiva, para que el agua pueda tener acceso a la máquina. Para cualquier tipo de bomba existe un valor de NPSH, debajo del cual se presentará la cavitación.

La carga neta positiva de succión (NPSH) puede expresarse en términos de valor crítico del parámetro de la cavitación:

NPSH = sc*h

Donde h es la carga entregada por la bomba. Los valores de sc dependen del diseño de la bomba, pero generalmente varían desde 0.05 para n’s = 1000 hasta aproximadamente 1.0 para n’s = 8000

El funcionamiento de una bomba bajo condiciones de cavitación se muestra en la figura, que representa la característica carga-caudal para una N=constante, y donde se han modificado las condiciones de succión por reducciones drásticas del gasto o por incremento de la coordenada (-hs).


Condiciones en la succión de una bomba

____ Nivel de posición cero de la bomba

___ Nivel de succión (v = 0)

H

Q

A E D C B

Deformaciones de la característica carga-caudal por la cavitación

La flecha indica Hsv decreciente

La línea AB es la característica para condiciones de operación sin cavitación, esto es, antes de que se alcance el valor crítico de s. Pero si se disminuye la carga de succión Hsv ( y por lo tanto el de s), la característica señala una singularidad en C, manifiesta por una caída brusca de la carga, debido a que se presenta cavitación. Si se acentúa más la reducción de la carga de succión, las discontinuidades en la característica se van corriendo hacia valores más pequeños del gasto, puntos D y E.

De la figura se puede observar que las reducciones drásticas del gasto tienden a favorecer la cavitación ya que se hace más pequeña la carga de succión.

La cavitación depende de la velocidad y ésta del gasto para un área determinada.


La cavitación en bombas puede producirse de dos formas diferentes:

Cavitación de succión

La cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es nuevamente comprimido debido a la presión de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno. Esto origina el fallo prematuro de la bomba.

Cavitación de descarga

La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. A este fenómeno se le conoce como "slippage". A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar (fenómeno similar al que ocurre en un venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar y álabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el eje del rodete.

Posibles comportamientos de una bomba centrífuga durante la cavitacióna) Cuando una bomba centrífuga presenta cavitación parece haber variaciones en el flujo de liquido bombeado.b) Es frecuente oír un cierto sonido a arena que roza. Este sonido es producido realmente por las burbujas que rozan contra la superficie interna de los impulsores de la bomba centrífuga durante la cavitación.c) La cavitación también producirá vibración anormal en la bomba centrífuga.

Posibles soluciones para evitar la cavitacióna) El problema de la cavitación pudiera resolverse aumentando la presión del fluido a la entrada de la bomba centrífuga.b) En algunos casos pudiera funcionar reducir el flujo de salida de la bomba centrífuga para evitar la cavitación.c) Es posible que elevar el nivel del tanque de succión resuelva el problema de la cavitación.d) Eliminar cualquier posible obstrucción que pudiera presentarse en la tuberías del sistema de bombeo que probablemente pueda ser la causa de la cavitación.


Ejercicios

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