Laboratorio de Instrumentacin BsicaPractica 2 Calibracin Esttica4/12/2014, II Termino AcadmicoBonifaz Martnez Jorge SantiagoFacultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin (FIMCP)Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL)Guayaquil - Ecuadorjbonifaz@espol.edu.ec

Introduccin En esta prctica realizada el jueves 27 de noviembre se aprendi como calibrar un instrumento de medicin que en este caso fue un manmetro de presin. Lo que se hizo fue encerar la mquina y colocar pesos muertos ya conocidos, despus de colocar el peso, se empuj un apalanca hasta que el indicador del manmetro indique la presin que se sabe que ejercen los pesos. Con esto se iba aumentando el peso progresivamente, luego se hizo este mismo procedimiento pero en lugar de aumentar se quitaba peso. Con ayuda de este procedimiento se calcul la histresis de los datos y se graficaron las curvas de calibracin. Con esto se comprendieron mejor los errores estticos.

Palabras clave: Calibracin, histresis, presin, peso muerto, errores estticos.

AbstractIn the practice realized on Thursday 27 of November, the students learned how to calibrate a meter which in this case was a pressure gauge. What was done was waxing machine and drop dead weights which values are already known, after placing the weight, the leverage was pushed until the indicator gauge indicates the pressure that is the weights exert. With this, the amount of weight was increased gradually, then the students did the same procedure but instead of increasing weight, the weights were removed. Using this procedure the hysteresis data was calculated and the calibration curves were plotted.Keywords: Calibration, hysteresis, pressure, dead weight, static errors.

1. IntroduccinSe define a la presin como la relacin que existe entre la componente normal de la fuerza sobre una superficie y el rea de dicha superficie.

La unidad de medida recibe el nombre depascal(Pa) en el sistema internacional y de psia en el sistema ingls. Hay que recordar que hay muchas unidades para la presin.

Fig.1 Fuerza actuando perpendicularmente a un rea. [1]Los tubos o manmetros de Bourdon son tubos curvados en forma circular de seccin oval. La presin a medir acta sobre la cara interior del tubo. 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.[2]

Este aparato mide la presin segn el enunciado de pascal que dice que lapresinejercida en cualquier lugar de un fluido encerrado e incompresible se transmite por igual en todas las direcciones en todo el fluido, es decir, la presin en todo el fluido es constante. El sistema utilizado se asemeja a una prensa hidrulica, esta es una mquina compleja que permite amplificar la intensidad de las fuerzas aplicadas a esta y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidrulicos de maquinaria industrial. En el sistema analizado en la prctica al halar ms la palanca se iguala la presin ejercida por los pesos muertos y se mostraba su valor en el indicador del manmetro.

Fig.2 Prensa hidrulica. [3]Para poder medir las presiones se calibro la presin del manmetro a cero y se colocaron pesos en el banco de pruebas. Se jalaba la palanca para que iguale la presin ejercida por las pesas y se aumentaba el peso progresivamente hasta obtener 7 valores. Con estos datos se realizaron las grficas de valores de presin dadas por el instrumento vs los valores actuales de presin de cada peso o su valor actual. Como lo errores cometidos son constantes y van en la direccin a donde se tom la medicin se saben que son de tipo sistemtico. Esto se realiza para identificar qu tipo de error de calibracin se cometi en la prctica. En total hay 3 casos de errores de calibracin que son:Error de paralelismo: Este error es de magnitud constante en el cual el valor real de la magnitud est sumado por una constante en el indicador.

Fig3. Error de paralelismo

Error de multiplicativo:El valor indicado siempre est multiplicado por una constante. La pendiente de la curva es diferente a la real.

Fig. 4 error multiplicativo

Error de angularidad:Es un tipo de errores ms complejo en que la relacin no es lineal entre valor real y valor indicado.

Fig.5 Error de angularidadLa resolucin del indicador del manmetro era el mnimo valor de su escala en este caso 5 psia. El alcance se obtiene con la siguiente expresin:(1)

La histresis es la mxima diferencia algebraica que se puede observar cuando el indicador del instrumento recorre la escala en sentido ascendente y descendente para un mismo valor.La histresis se calcula con la siguiente ecuacin: (2)

Fig.6 Histresis 2. Materiales y Mtodos

1. Calibrador de pesos muertos.2. Manmetro Bourdon.3. Pesos calibrados.

Para la calibracin esttica de los indicadores de presin se utiliz un calibrador de pesos muertos, este sistema consiste en varios vasos comunicantes y un embolo donde se aplica presin conocida. Esta presin se la puede variar aadiendo pesos al pistn o utilizando diferentes combinaciones pistn cilindro de diversas reas. La friccin viscosa entre el pistn y el cilindro en la direccin axial se puede reducir sustancialmente haciendo girar el pistn con sus pesos mientras se mide. Cuando la presin aumenta es necesario girar el mbolo para tomar en consideracin la compresin de pequeas burbujas de aire atrapadas en el sistema o a su vez por la deformacin de los elementos de medicin.

Medicin de curvas de calibracin1. Identifique las partes del equipo. Asegurarse de que no haya burbujas de aire en el interior del calibrador.2. Considere el peso del soporte, incremente los pesos en el porta pesas, y anote la presin obtenida.3. Cuando se haya obtenido 7 datos de presin, repita el procedimiento pero esta vez remueva los pesos y anote la presin obtenida.4. Trace la curva de calibracin (valor indicado vs actual) para las presiones medidas en el manmetro y compare con la curva terica de calibracin.

Calculo de Histresis

1. Calcule la histresis de los datos obtenidos utilizando la expresin (2).

3. Resultados Curvas de calibracinPesas conocidas (psia)Presin desconocida ascendente (psia)

1515

2020

2527,5

3030

3535

4040

4545

5050

5555

Tabla 1.- Calibracin ascendente

Fig. 7 Grafica real de calibracin. Fig. 8 Grafica terica de calibracin.En estas mediciones se observa un error de calibracin multiplicativo y de paralelismo. La magnitud constante multiplicada al valor indicado es 0.9833 y el de paralelismo es la cantidad constante de 0.8611.

Pesas conocidas (psia)Presin desconocida descendente (psia)

5050

4545

4040

3535

3030

2525

2020

1515

Tabla 2.- Calibracin descendenteFig. 9 Grafica real de calibracin.

Fig. 10 Grafica terica de calibracin.

En este caso no se presenta errores del tipo multiplicativo o de paralelismo ya que la pendiente no se le suma un valor constante y a la pendiente de la grfica no se le multiplica un valor para que esta cambie de magnitud. Calculo de histresis:Para el valor actual de 25 psia se puede observar el mximo valor de histresis y se la procede a calcular: (2) (2)Como el resto de valores actuales los valores de subida y bajada son iguales no poseen histresis.

4) Discusin y ConclusionesEn esta prctica se colocaron pesas en el porta masas del calibrador luego de haber encerado el barmetro. Las cargas se colocaron y se tuvo que halar la palanca para igualar la presin del peso muerto y as el barmetro indicaba la medida. Despus de tomar una medida se enceraba de nuevo el calibrador y se aumentaba el peso. Los resultados de haber aumentado el peso poco fue que se obtuvo un error de calibracin multiplicativo con una constante de 0.9833 y un error de paralelismo con una constante de 0.8611. Se observa que las pendientes de la curva de calibracin terica vs la experimental son casi iguales y se concluye que los errores de calibracin fueron mnimos. Luego haber tomado todos los datos de peso aumentando se quita peso poco a poco y los resultados obtenidos fueron que no se encontr errores de paralelismo y ni multiplicativo. Esto se debi a que la pendiente no se le suma un valor constante y a la pendiente de la grfica no se le multiplica un valor para que esta cambie de magnitud. Debido a esto el valor de histresis que se encontr fue para el valor actual de 25 psia. Los valores de subida y bajada fueron 27.5 psia y 25 psia respectivamente. Debido a esto el valor de la histresis fue demasiado bajo. Hay que tomar en cuenta que para el caso de que se quit pesas los valores no dieron exactamente lo mismo para el valor actual e indicado, sino que debido a la resolucin del indicador no se presentaban cambios algunos en las mediciones. Por ejemplo digamos para el valor actual de 25psia la barra del indicador estaba un poco alejada de 25 psia pero no lo suficiente para ser considerada como 27.5. Estos bajos errores de calibracin se deben a que el indicador del instrumento fue correcta mente encerado y el aire que quedaba atrapado en el calibrador cuando se aumentaba o disminua el peso se lo quitaba del calibrador de la manera adecuada. VI: Referencias Bibliogrficashttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.html [1]http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-07-08-manometro-bourdon.pdf [2]http://lafisicaparatodos.wikispaces.com/PRINCIPIO+DE+PASCAL [3]