UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA INGENIERIA METALURG METALURGICA ICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES MATERIALES LABORATORIO LABORATORIO DE FENÓMENOS DE DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA MANOMETRÍA
PRACTICA N° 4 DENSIDAD Y MANOMETRÍA M ANOMETRÍA
Néstor Yesid Yesid Serrano Güiza Cód! "#""4$% Or&ando A&'redo S()rez Ran*e& Cód! "#""4++
GR,PO! E# S,-GR,PO! 4 In* .o/n 0redd1 Pa&a2ios Pro'esor
-(2ara3an*a "#%
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
INTROD,CCI5N
La manometría es la disciplina orientada a conocer el funcionamiento de los manómetros. El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión de los gases, habitualmente determina la diferencia de presión entre el fluido y la presión precisa en un sistema, en las industrias, los laboratorios u otros aspectos de la vida cotidiana. Saber y controlar el valor de la presión es importante para la seguridad tanto de personas como de equipos. En esta experiencia de laboratorio
se realizó el
anlisis correspondiente a la densidad y presión fluido como el mercurio y la glicerina,
observando
las
características
que
durante
el
laboratorio
se
evidenciaron, es así como en el siguiente informe se plasmó los resultados de la practica con el fin de fortalecer los conceptos teóricos estudiados.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
O-.ETI6OS GENERA7ES Y ESPECÍ0ICOS O-.ETI6OS GENERA7ES •
Experimentar cómo influye la forma en la cual se conecta un con!unto de manómetros y su importancia y utilidad.
•
Examinar el efecto que tiene el orden de ubicación de cada fluido seg"n su densidad y determinar cómo influye est en el sistema.
•
#bservar el funcionamiento de un densímetro y por medio de este poder determinar la densidad de cierto fluido.
O-.ETI6OS ESPECÍ0ICOS •
Establecer las diferencias del efecto al ubicar un con!unto de manómetros en serie y comprobar que la presión total que se presenta en el sistema es la suma de la presión e!ercida sobre cada fluido.
•
$emostrar la diferencia de densidad del mercurio y la glicerina se aplica una mayor presión.
•
%alcular la densidad experimental del aceite a partir de la distribución que &sta presente en el manómetro con respecto al agua.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
MARCO TE5RICO DENSIDAD %antidad de masa en un determinado volumen de una sustancia'
ρ=
m V
PESO ESPECÍ0ICO (elación entre el peso de una sustancia y su volumen'
p mg γ = = = ρg V V
DENSÍMETROS )nstrumentos que sirven para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular su masa y volumen. • • • •
7a2tó3etro! *ara medir la densidad específica y calidad de la leche. Sa2aró3etro! *ara medir la cantidad de az"car de una melaza. Sa&83etro! *ara medir la densidad específica de las sales. Areó3etro -a(3é! *ara medir concentraciones de disoluciones.
PRESI5N DE 7I9,IDOS EN REPOSO P= ρgh + P0
+densidad,
g gravedad , =
h altura , =
0 =¿ presión atmosférica
P¿
ESCA7A DE PRESIONES La presión puede variar entre aplicaciones de alto vacío.
−8 10
y
−2
10
mm-g de presión absoluta en
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
MAN5METRO 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.
TIPOS DE MAN5METROS! Manó3etro -o(rdon! El principio de medida en el que se basa este instrumento es el sensor conocido como tubo ourdon. El sistema de medida est formado por un tubo aplanado de bronce o acero, cerrado, en forma de /%0 de 1 de circunferencia para la medición de ba!as presiones, o enrollado en forma de espiral para la medición de ba!as presiones y que tiende a enderezarse proporcionalmente al aumento de la presión' este movimiento se transmite mediante un elemento transmisor y multiplicador que mueve la agu!a indicadora sobre una escala graduada. La forma, el material y el espesor de las paredes dependen de la presión que se quiera medir.
Manó3etros de 2o&(3na &8:(ida! Este tipo de manómetros es la forma ms sencilla de dispositivo para medir presiones, donde la altura, carga o diferencia de nivel, a la que se eleva un fluido en un tubo vertical abierto conectado a un aparato que contiene un líquido, es una medida directa de la presión en el punto de unión y se utiliza con frecuencia para 2ostar el nivel de líquidos en tanques o recipientes.
Manó3etro ti;o ;ozo! 3n manómetro de tipo pozo es similar al manómetro de tubo en 3, pero tiene algunas diferencias importantes. En el extremo cerrado del manómetro hay un gran pozo del que el líquido sube y ba!a de acuerdo con la presión. Esta configuración es favorable ya que no requiere que el observador haga un clculo mirando a ambos lados del tubo, como es necesario hacer en un manómetro de tubo en 3. Esto lo hace mucho ms sencillo de usar.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
C<7C,7OS TIPO! ρ Hg=13580
$ensidad del mercurio4
Kg m
3
ρglicerina= 1261
$ensidad de la glicerina4
Kg m
3
C)&2(&o de 3ano3etr8a Pteo= 4 Psi
*resión teórica4
*resión experimental para el mercurio4 P Hg =13580
P Hg = ρ Hg . g . ∆ H Hg
( ) ( )∗ Kg m
3
∗9.8
m s
0.202 ( m )=26882.968 ( Pa )=3.899 ( Psi)
2
*resión experimental para la glicerina4 Pglicerina=1261
( ) ( )∗ Kg m
3
∗9.8
m
2
0.044
s
Pglicerina= ρglicerina . g . ∆ H glicerina
( m )=543.7432 ( Pa ) =0.079 ( Psi)
Sumatoria de presiones4 P : P Hg + P glicerina=3.899 ( Psi ) + 0.079 ( Psi )=3.978 ( Psi)
∑
Error porcentual4
| − |∗
ε=
4
3.978 4
100
|
ε=
Valorteorico −Valorexperimental Valor teorico
|
∗100
=0.55
TA-7A DE DATOS! *resió n teórica
∆ H
5luido
manom&trico
*resión 6*a7
*resión 6*si7
∑ Presion 6*si7
8 Error
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
6*si7
6m7
9
@
;
2ercurio
:.;:;
;<==;.>?
@.=>>
Blicerina
:.:99
A9@.?9@;
:.:?>
2ercurio
:.C;;
C<;@<.;A
;.@A
Blicerina
:.:@;
9;A=.<>
:.<;
2ercurio
:.:?A
>>=C.@
C.9A
Blicerina
:.:;A
@@;?.C
:.9=
@.>?=
:.AA
;.>?
C
C.>@
@.A
Ca&2(&o ti;o de densidad! ρaceite =
ρagua∗∆ H agua ∆ H agua + ∆ H aceite
La anterior formula se dedu!o matemticamente, esta deducción la podemos encontrar en la ho!a de datos en la parte del clculo tipo de densidad. 1000
ρaceite =
( )∗ Kg m
0.108
3
0.108
(m ) =864
( m ) + 0.017 ( m)
Error porcentual4
|
ε=
∆ H aceite
∆ H agua
6m7
6m7
Doma C
:.:C?
−864
860
Ca&2(&o ti;o de ;resión!
860
( ) Kg m
3
|∗
100
=0.47
$ensidad teórica Kg m
3
:.C:=
$ensidad calculada Kg m
8 error
3
=<:
=<9
:.9?
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
Pexp= ρ aceite∗g∗( ∆ H H O + ∆ H aceite ) − ρ H O∗g∗∆ H H O 2
2
2
La anterior formula se dedu!o matemticamente, esta deducción la podemos encontrar en la ho!a de datos en la parte del clculo tipo de presión. •
−3
∆ H proeta=8 x 10 ( m)
%uando
Pteo= ρ H O∗ g∗∆ H proeta 2
Pteo=1000
Pexp=864
( ) () Kg m
∗9.8
3
m
∗8 x 10− ( m) =78.4 ( Pa )
2
s
3
( ) () Kg 3
m
∗9.8
m s
2
( ) ()
Kg m ∗( 0.069 + 0.019 ) ( m )− 1000 3 ∗9.8 2 ∗0.069 ( m) m
s
Pexp=68.9 ( Pa )
Error porcentual4
|
ε=
|
78.4− 68.9 ∗100=12.1 78.4
∆ H aceite
∆ H agua
6m7
6m7
Toma 1
0.019
0.069
8 x 10
Toma 2
0.021
0.053
0.012
∆ H proeta −3
Presión teórica (Pa) 78.4
Presión calculada (Pa) 68.9
% error
117.6
107.17
8.87
12.1
AN<7ISIS DE RES,7TADOS # =A :(é se de>e :(e ini2ia&3ente se en2(entre en (n 3is3o ni?e& &as 2o&(3nas de '&(idos de &os 3anó3etros en ,@
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
Esto se debe a que ambos extremos del fluido se encuentran sometidos a igual presión, en nuestro caso a la presión atmosf&rica por ello el fluido tender a estabilizarse al mismo nivel en ambos extremos del manómetro ya que su funcionamiento se basa en describir variaciones o diferencias de presión mediante una diferencia de altura entre las distintas columnas del manómetro a partir de un mismo fluido.
" =C()& es e& e'e2to de (>i2ar &os 3anó3etros en serie@ =9(é s(2eder) si se 2one2taran en ;ara&e&o@ El efecto de ubicar los manómetros en serie nos permite distribuir la presión e!ercida por la bomba de aire a partir de un solo recorrido por lo que se podrn utilizar distintos fluidos con diferentes densidades e incluso con densidades muy pequeas ya que dicho sistema va presentando caídas de presión hasta igualar a la atmosf&rica en el extremo final el cual se encuentra expuesto a dicha presión.
$e haber sido conectadas en paralelo, a cada tubo y su respectivo fluido se le atribuir una proporción de la presión que se est suministrando por ende se deben considerar que dicha presión no genere el rebosamiento del fluido debido a ba!as densidades del fluido ya que dicha presión tender a dirigirse por el manómetro que tenga menor densidad.
$ =Por :(é se dis;onen &os '&(idos de &os 3anó3etros de esa 3anera 3er2(rioB a2eiteB *&i2erina@ =Es ;osi>&e rea&izar &a ;r)2ti2a si se 2a3>iara e& orden de &os '&(idos@ Funque en nuestra practica se utilizaron simplemente el mercurio y la glicerina este orden se debe a que los fluidos ms densos van a soportar mayores presiones, es decir, su variación en la atura ser acorde o proporcional a los manómetros que se estn implementando sin que estos se derramen y permitirn la facilidad de los clculos, con base en esto si se desea cambiar el orden de los
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
fluidos se deben considerar sus densidad ya que si esta es muy ba!a se podr derramar el fluido y la prctica no funcionara.
4 =C()& es e& ;rin2i;io de '(n2iona3iento de& dens83etro@ Su funcionamiento se basa en el principio hidrosttico de Frquímedes que consiste en un tubo con forma de ampolleta y pesas en el fondo el cual se encuentra sellado en ambos extremos y que al introducirlo en un líquido este se sumergir de acuerdo a la densidad de dicho líquido y por medio de una escala graduada marcada a lo largo del tubo se podr determinar su respectiva densidad, estos estn diseados para diferentes escalas.
% =Por :(é &a 'ór3(&a de ;resión /idrost)ti2a so&o se 2(3;&e ;ara &os '&(idos &8:(idos@ Ga que los fluidos gaseosos no presentan un volumen definido debido a sus d&biles fuerzas de cohesión
las mol&culas abarcarn todo el espacio del
recipiente, por lo que no se podr calcular dicha fuerza de presión de la misma forma que en los líquidos ya que no se distinguir ninguna interfaz o diferencial de alturas entre los gases, esto no implica una contradicción del principio de Frquímedes ya que este se sigue cumpli&ndose.
+ =Por :(é ?aria e& ni?e& de &os '&(idos a& introd(2ir &a 3an*(era en &a ;ro>eta de a*(a@ $ebido a que la manguera presenta aire en su interior &ste se comprime al sumergirlo en el agua, el cual se incrementa al sumergirlo a una mayor profundidad, dicha presión es la que genera la variación del nivel de los fluidos en el manómetro de sección variable.
CONC7,SIONES •
*or medio de esta prctica de laboratorio se pudo comprobar que al tener un con!unto de manómetros que contienen diferentes fluidos con distintas
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
densidades y ubicados en serie, la sumatoria de la presión e!ercida sobre cada fluido la cual es diferente para cada uno es prcticamente igual a la •
presión total suministrada por medio de la bomba manual. Se determinó que la me!or forma de traba!ar con fluidos con distintas densidades es ubicar el fluido ms denso de primero y seguido por el fluido menos denso, ya que esto facilita que al aplicar la presión por medio de la bomba manual el fluido ubicado de primero no se derrame, ya que al ser
•
ms denso es ms pesado y su diferencial de altura ser menor. Se ultimó que la fórmula de la presión hidrosttica no se cumple para los fluidos gaseosos, ya que en &stos se presentan fuerzas de cohesión muy d&biles y por ello no tienen un volumen preciso sino que ocupan todo el espacio que se les d&.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
AN<7ISIS DE DATOS Seg"n los resultados obtenidos durante la prctica se puede determinar que los errores que se presentaron son sistemticos ya que todas las tomas de las mediciones dependían exclusivamente de nuestras observaciones y la escala que estbamos utilizando era demasiado pequea lo que generaba menor exactitud en los datos registrados ya que era ms difícil para el o!o humano determinar la medida exacta. Se debe recordar que en la primera parte de la prctica del laboratorio se traba!ó tan solo con dos fluidos4 mercurio y glicerina, ya que los compaeros del grupo anterior partieron un manómetro y por ende no se pudo traba!ar con aceite' tal vez este percance genero una variación en el banco, lo que influyo en los errores obtenidos.
0,ENTES DE ERROR!
El banco se encuentra incompleto, solo obtenemos las medidas del manómetro con mercurio dentro de &l. En el momento de aplicar presión al manómetro de mercurio, este no se encuentra totalmente en cero. Fl tomar las medidas de altura del aceite pudo generar alg"n error humano.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
-I-7IOGRA0ÍA! /tt;s!;rezi2o3e$&sztFzza?(nidades1es2a&as;ara3edidoresde ;resion /tt;!HHHe/oHenes;ano&2o3ti;os3ano3etrosin'o$4#JK$
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
&!"#&'&
,ser-e / aserese *ue en el manómetro de sección -aria,le la intera entre el aceite / el aua
ida las dierencias de las alturas en las columnas de uido utiliando las escalas u,icadas en cada sección.
Tome la densidad del aua como 1000m3
:n
P!"#$
"umera la manuera *ue comunica al +uerto del manómetro en la +ro,eta de -idrio *ue contiene aua
Tome el dato de la altura medida de la columna del aua dentro de la +ro,eta
alcular la +resión e+erimental +or medio de manometra teniendo en cuenta la densidad e+erimental anteriormente calculada
:n
"e toma este -alor como la +resión teórica
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE DENSIDAD Y MANOMETRÍA
DIAGRAMA DE 07,.O CORREGIDO '!T;'
,ser-e los ni-eles de los uidos / aserese *ue am,as columnas se encuentren en el teniendo +resente no derramar ninn uido
o eceder los 6 +si
!s+erar *ue se esta,ilice el
Tomar las medidas de las alturas de columnas de uidos
:n
ealiar el +rocedimiento tres -eces
alcular las +resiones en cada +unto