FACULTAD : INGENIERÍA MECATRÓNICA Y ELECTRÓNICA. CURSO
: LABORATORIO DE TERMOFLUÍDOS.
TEMA
: CALIBRADOR DE MANÓMETROS.
PROFESOR
:
INTEGRANTES: MANUEL LENIN RIVAS SULLCACCORI.
AULA
: S010.
CICLO
: VII
TURNO
: MAÑANA.
A nuestros padres que se esfuerzan por darnos la mejor educación para el futuro de nuestro país.
Las mediciones de presión son las más importantes que se hacen en la industria; sobre todo en industrias de procesos continuos, como el procesamiento y elaboración de compuestos químicos. La cantidad de instrumentos que miden la presión puede ser mucho mayor que la que se utiliza en cualquier otro tipo de instrumento.
La presión es una fuerza que ejerce sobre un área determinada, y se mide en unidades de fuerzas por unidades de área. Esta fuerza se puede aplicar a un punto en una superficie o distribuirse sobre esta. Cada vez que se ejerce se produce una deflexión, una distorsión o un cambio de volumen o dimensión. Las mediciones de presión pueden ser desde valores muy bajos que se consideran un vacío, hasta miles de toneladas de por unidad de área.
Los
principios que se aplican a la medición de presión se utilizan también en la determinación de temperaturas, flujos y niveles de líquidos. Por lo tanto, es muy importante conocer los principios generales de operación, los tipos de instrumentos, los principios de instalación, la forma en que se deben mantener los instrumentos, para obtener el mejor funcionamiento posible, cómo se debe usar para controlar un sistema o una operación y la manera como se calibran.
PÁGINA
CARÁTULA…………….…………………………………….….……….…...01
DEDICATORIA……………………………………………………………..…02
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………...03
ÍNDICE…………………………………………………………………………04
CALIBRADOR DE MANÓMETROS: 1. Objetivos…………………………………………………………..........05 2. Fundamento Teórico…………………………………………………....05 3. Equipos y Materiales…………………………………………………...08 4. Procedimiento……………………………………………………..........09 5. Cálculo Teórico y Porcentaje de Error……………….………………...….11 6. Conclusiones………………………………………………………...….12 7. Observaciones……………………………………………………...........12 8. Bibliografía………………………………………………………...…....12 9. Anexos…………………….…………………………………………….13
1.
OBJETIVOS: Conocer los instrumentos comúnmente empleados industrialmente para medir presión. Efectuar la contrastación de un manómetro de Bourdon. Experimentar el proceso de calibrado de manómetros considerando un patrón y uno de prueba para encontrar datos de comparación y de error. Elaborar el gráfico de presión real (patrón) vs presión de prueba en el instrumento a calibrar, para manejar el margen de error.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO: a) Definición: Un manómetro (del griegoμανός, ligero y μέτρον, medida) es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Esencialmente se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases. b) La Historia de la Medición de Presión: 1594 Galileo Galilei obtiene la patente de una máquina para bombear agua de un río para el riego de tierras. El centro del bombeo era una jeringa. Descubrió que 10m era el límite que se pueda elevar el agua en la succión de la jeringa. 1644 Evangelista Torricelli (Torr)llenó un tubo de 1m de largo, sellado herméticamente con mercurio y lo colocó de forma vertical, con un extremo abierto en un recipiente con mercurio. La columna de mercurio bajó 760 mm, dejando un espacio vacío encima de este nivel. 1648 Blaise Pascal escuchó e investigó los experimentos de Torricelli. Llegó a la conclusión de que la fuerza, que tiene a la columna a 760 mm, es el peso del aire de encima. 1656 Otto von Guericke desarrolló nuevas bombas para evacuar grandes volúmenes; dio un experimento de Madgeburgo por el bombeo de aire de dos hemisferios de metal equipado con grasa. Ocho caballos en cada hemisferio no fueron lo suficientemente fuertes para separarlos. 1661 Robert Boyleutilizó los tubos “J” cerrados en un extremo para estudiar la relación entre la presión y el volumen de gas atrapado y declaró la ley de PV=k (P: presión, V: volumen, K: constante). 1820 Joseph Louis Gay-Lussac descubrió que el aumento de la presión de un gas atrapado en el volumen constante es proporcional a la temperatura. 1840 William Thomson (Lord Kelvin) define la temperatura absoluta. c) Presión Absoluta y Presión Relativa: La intensidad de la presión medida por encima del cero absoluto se denomina presión absoluta. Evidentemente es imposible una presión absoluta negativa. Por lo común los manómetros se diseñan para medir intensidades de presión por encima o por debajo de la presión atmosférica, que se emplea como base.Las presiones medidas en este modo se denominan presiones relativas o manométricas. Las presiones manométricas negativas indican la cantidad de vacío y en condiciones normales; al nivel del mar; son posible presiones de hasta –14,7 litros por pulgadas cuadradas (pero no más bajos) (-1 atmósfera). La presión absoluta es siempre igual a la manométrica más la atmosférica. Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica
Las presiones absolutas se miden en ocasiones en "atmósferas" estándar, así, una atmósfera = 14,7 lb/pulg² abs = presión manométrica cero; 3 atmósferas = 44,1 lb / pulg² abs = 29,4 lb / pulg² manométricas. d) 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. e) Clasificación: 1. Manómetro de dos ramas abiertas: Estos son los elementos con la que se mide la presión positiva, estos pueden adoptar distintas escalas. El manómetro más sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en ∪ que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros). Una de las ramas del tubo está abierta a la atmósfera; la otra está conectada con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir. El fluido del recipiente penetra en parte del tubo en ∪, haciendo contacto con la columna líquida. Los fluidos alcanzan una configuración de equilibrio de la que resulta fácil deducir la presión manométrica en el depósito resulta: ρm: densidad del líquido manométrico. ρ:densidad del fluido contenido en el depósito. Si la densidad de dicho fluido es muy inferior a la del líquido manométrico, en la mayoría de los casos podemos despreciar el término ρgd, y tenemos:
La presión manométrica p-patm es proporcional a la diferencia de alturas que alcanza el líquido manométrico en las dos ramas. El manómetro será más sensible cuanto menor sea la densidad del líquido manométrico utilizado.
2. Manómetro truncado El llamado manómetro truncado sirve para medir pequeñas presiones gaseosas, desde varios torrs hasta 1 Torr. No es más que un barómetro de sifón con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica con un depósito cuya presión supere la altura máxima de la columna barométrica, el líquido barométrico llena la rama cerrada. En el caso contrario, se forma un vacío barométrico en la rama cerrada y la presión absoluta en el depósito vendrá dada por:
Obsérvese que este dispositivo mide presiones absolutas, por lo que no es un verdadero manómetro. 3. Manómetro de Bourdon El más corriente es el manómetro de Bourdon, consistente en un tubo metálico, aplastado, hermético, cerrado por un extremo y enrollado en espiral.
Detalles mecánicos Elementos Estáticos: A: Bloque receptor. Es la estructura principal del manómetro, ya lo conecta con latubería a medir, y a su vez contiene los tornillos que permiten montar todo el conjunto. B: Placa chasis o de soporte. Unida al bloque receptor se encuentra la placa de soporte o chasis, que sostendrá los engranajes del sistema. Además en su adverso contiene los tornillos de soporte de la placa graduada. C: Segunda placa chasis. Ella contiene los ejes de soporte del sistema de engranes. D: Espaciadores que separan los dos chasis. Detalle interno Elementos móviles: 1. Terminal estacionario del tubo de Bourdon. Comunica el manómetro con la tubería a medir, a través del Bloque Receptor. 2. Terminal móvil del tubo de Bourdon. Este terminal es sellado y por lo general contiene un pivote que comunica el movimiento del Bourdon con el sistema de engranajes solidarios a la aguja indicadora. 3. Pivote con su respectivo pasador. 4. Puente entre el pivote y el brazo de palanca del sistema (5) con pasadores para permitir la rotación conjunta. 5. Brazo de palanca o simplemente brazo. Es unaextensión de la placa de engranes (7). 6. Pasador con eje pivote de la placa de engranes. 7. Placa de engranes. 8. Eje de la aguja indicadora. Esta tiene una rueda dentada que se conecta a la placa de engranes (7) y se extiende hacia la cara graduada del manómetro, para así mover la aguja indicadora. Debido a la corta distancia entre el brazo de palanca y el eje pivote, se produce una amplificación del movimiento del terminal móvil del tubo de Bourdon 9. Resorte de carga utilizado en el sistema de engranes para evitar vibraciones en la aguja e histéresis. Preóstatos: Diafragma: muy precisos, presiones bajas. Tubo Bourdon: muy precisos, presiones altas. Membrana: bajo pecio. Pistón: muchos ciclos y larga vida. Membrana – Pistón: muchos materiales. Electrónicos. Rangos: Vacío: punto de ajustes desde –1mm cda a –1 bar de vacío. Muy baja presión: puntos de ajuste desde +1mm cda a + 20 mm cda. Baja y alta presión: puntos de ajustes desde +10mm cda a +1250 bar. Presión diferencial: puntos de ajustes desde +/-1mm cda a 420 bar.
Protecciones: Intemperie, anti-deflagrantes, ambientes corrosivos y seguridad intrínseca.
4. Manómetro metálico o aneroide En la industria se emplean casi exclusivamente los manómetros metálicos o aneroides, que son barómetros aneroides modificados de tal forma que dentro de la caja actúa la presión desconocida que se desea medir y fuera actúa la presión atmosférica. f) Medición de la Presión de los Neumáticos con un Manómetro: 1. Ponerse en una posición firme para aplicar el manómetro a la válvula. 2. Aplicar la medida, formando un buen sellado entre el indicador y el tallo y la liberación de aire de la llanta en el medidor. Hay que notar cómo el pasador en el interior de las prensas de calibre en contra de la aguja de la válvula interior del vástago de la válvula para liberar el aire de los neumáticos. 3. Aplicar el manómetro, sellando perfectamente la conexión entre el manómetro, el vapor y el aire liberado de la llanta al manómetro. Se debe notar como el alfiler del mismo presiona contra el alfiler de la válvula de vapor para liberar el aire de la llanta. 4. Leer la presión obtenida del manómetro. g) Aplicaciones: Hidráulica (agua/aceite), neumática, marina / offshore, aire acondicionado y refrigeración, electro medicina, control de procesos, sistema de recogida de datos, alarmas, seguridades y regulación, edificios inteligentes. Reguladores de Presión: Los reguladores de presión son aparatos de control de flujo diseñados para mantener una presión constante aguas abajo de los mismos. Éste debe ser capaz de mantener la presión, sin afectarse por cambios en las condiciones operativas del proceso para el cual trabaja. La selección, operación y mantenimiento correcto de los reguladores garantiza el buen desempeño operativo del equipo al cual provee el gas. Reguladores – Reductores: Los reguladores reductores de presión son equipos de control de flujo diseñados para mantener una presión constante aguas debajo de ellos, independientemente de las variaciones de presión a la entrada o los cambios de requerimiento de flujos. La "carcasa" y los mecanismos internos que componen un regulador, automáticamente controlan o limitan las variaciones de presión a un valor previamente establecido.Existen diferentes, marcas, estilos y aplicaciones para la industria del Gas Metano. Algunos tipos están contenidos por contenedores auto controlados que operan midiendo la presión de línea y manteniéndola en el valor fijado, sin necesidad de fuentes externas de energía. Otros modelos requieren de una fuente externa para ejecutar su función de control de la presión.Éste suplemento muestra los principios de funcionamiento de los reguladores de Gas Metano, sus dos grandes grupos: los "auto operados" y los "pilotados"; así como información importante que facilitará la selección del equipo ideal para cada aplicación. 3. EQUIPOS Y MATERIALES: a) MANÓMETRO DE BOURDON: Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación es una constante del material, conocida como el módulo de Young: . Si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según:
Frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, será posible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes. El manómetro de Bourdon depende de la elasticidad de los materiales usados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos que requieran medición.
b) PESAS:
4. PROCEDIMIENTO: a. En la experiencia se desarrolló la calibración de un manómetro de Bourdon, mediante un instrumento en el que se agregan pesos equivalentes a ciertas presiones que ya están determinadas (ver figura 1).
b. Estas pesas se colocan en un cilindro hidráulico y con un juego de válvula (válvula principal) se regula de tal forma que la marca del cilindro quede en la marca de referencia, de esa forma la presión marcada por las pesas, se muestra en el manómetro (ver detalle en la figura 2).
c. Las válvulas reguladoras se encargan de regular la válvula principal. Si la válvula principal se abre mucho (llega a su tope), entonces una de ella se encarga de cortar el paso del aceite del cilindro hidráulico (del que viene de la válvula principal) y la otra se encarga de dar el paso al aceite que viene del manómetro a la válvula principal, con esto, la válvula se puede cerrar, luego se le cambia el orden de apertura de las válvulas reguladoras y el proceso para la toma de muestra continúa.Las pesas calibradas están determinadas en 50 o 100 [Psi]. Supuestamente, al colocar una pesa en el cilindro hidráulico, el manómetro debe marcar la cantidad agregada, si así fuera, entonces el manómetro está calibrado. El manómetro puede estar graduado en otras unidades. d. También deben tomarse las siguientes determinaciones: Asegurarse de que no haya burbujas de aire en las cañerías del calibrador. Incremente pesos sobre él embolo el cual ejerce una presión al sistema, y vaya anotando las presiones obtenidas. Cuando se haya alcanzado la máxima presión, repita el procedimiento removiendo los pesos y anotando nuevamente las presiones obtenidas.
5. CÁLCULO DE TEÓRICO Y PORCENTAJE DE ERROR:
a= 9.81 m/s2; D=12x10-3m;
F= ma;
m: masa (kg) a: aceleración (m/s2). D: diámetro (m). F: fuerza (N). A: área (m2). P: presión (bar). m1= 0.385 m2= m1+0.193=0.385+0.193=0.578 m3= m2+0.578=0.578+0.578=1.156 m4= m3+0.578=1.156+0.578=1.734 m5= m4+0.578=1.734+0.578=2.312 m6= m5+0.578=2.312+0.578=2.89 Elemento m1 m2 m3 m4 m5 m6
Peso (kg) 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.89
Presión Teórica (PT) 0.33 0.5 1 1.5 2 2.5
1ª Presión Real (PR1) 0.32 0.47 0.95 1.45 1.9 2.45
2ª Presión Real (PR2) 0.31 0.48 0.95 1.45 1.9 2.46
1ª % Error
2ª % Error
3.03 6 5 3.33 5 2
6.45 4 5 3.33 5 1.6
3 2.5 2 Presión Teórica (PT)
1.5
1ª Presión Real (PR1) 2ª Presión Real (PR2)
1 0.5 0 m1= 0,385
m2= 0,578
m3= 1,156
m4= 1,734
m5= 2,312
m6= 2,89
6. CONCLUSIONES:
Este manómetro al parecer fue sometido a altas presiones (mayores de la que puede soportar), debido al siguiente razonamiento: El manómetro de Bourdon es un tubo “aplanado” en forma de “C” y que debido a la interacción de presión en aquel tubo, este tiende a enderezarse, pero, al colocarlo en una línea de alta presión (por ejemplo), esta “C” hecha de algún tipo específico de material, se deformó plásticamente en algún porcentaje, y este porcentaje afecta a la “C”, concluyendo que necesita más presión para seguirse deformando, por lo tanto las presiones pequeñas no van a ser percibidas por el manómetro, sólo, a medida que aumenta la presión (aproximadamente a 650 [Psi] real) se puede encontrar que esta tiende a ser muy precisa respecto a la línea normal de presión.
7. OBSERVACIONES:
La manometría, es el proceso mediante el cual un líquido es sometido a una medida de presión, para establecer los parámetros o niveles de altura que éste puede llegar a alcanzar. Todo esto es posible gracias a un aparato denominado manómetro. Los manómetros son los aparatos esenciales para la medición de las presiones que van desde un punto a otro, tomando en cuenta el nivel y los factores que pueden llegar a afectar éste fenómeno de medición. Cumple un rol muy importante a nivel industrial y comercial, usados casi diariamente por grandes compañías industriales.
8. BIBLIOGRAFÍA: http://www.monografias.com/trabajos59/calibrado-manometros/calibradomanometros2.shtml#xteorico http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro http://html.rincondelvago.com/mecanica-de-fluidos_2.html http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica34.htm http://www.monografias.com/trabajos15/manometros/manometros.shtml http://www.ing.uchile.cl/~iq54a/apuntes/instrumentos/11_bourdon/bourdon.html http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro
9. ANEXOS:
Fotos en clase:
