Manometro Carlos Mario Altamar Estrada Universidad del Atlántico Ingeniera Mecánica Fecha de entrega: 07/24/2013
Resumen El presente informe da a conocer los resultados obtenidos en la práctica sobre el estudio de un manómetro en forma de tubo en U, mediante el cual se determinó experimentalmente las densidades de dos líquidos comparando los resultados obtenidos con los valores establecidos.
Palabras claves: Presión hidrostática, densidad, Presión atmosférica, líquidos inmiscibles. Abstract The present report presents the results obtained actually on the study a pressure gauge in the form of tube in U, by means of which it experimentally determined determined the densities of two liquids comparing the results obtained with the established values. Keywords: Hydrostatic pressure, density, air pressure, immiscible liquids.
1. Introducción
El objetivo general de esta experimentación es usar el manómetro como medidor de densidades de líquidos y obtener obtener la densidad de varios liquidos. El presente informe está hecho con el objetivo de aprender que es, como se utiliza y para qué sirve un Manómetro Diferencial de tipo U, y con el conocer las propiedades de diferentes líquidos, utilizando como apoyo un liquido al cual ya le conocemos sus propiedades (Agua) y utilizando los conceptos de Hidrostática. Cuando hablamos de las propiedades de un líquido nos estamos refiriendo a conocer su Densidad, Peso Especifico, Densidad Relativa y su Volumen Especifico. El uso de un Manómetro Diferencial es relativamente simple, siempre y cuando se tenga un poco de conocimiento básico en Hidrostática. Es de gran importancia conocer el funcionamiento de este dispositivo ya que con el podemos conocer las propiedades de varios líquidos lo cual es muy importante a la hora de trabajar con dicho liquido.
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2. Discusión Teórica
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. Hay varios rangos de presiones. Las presiones pueden variar entre 10-8 y 10-2 mm de mercurio de presión absoluta en aplicaciones de alto vacío, hasta miles de atmósferas en prensas y controles hidráulicos. Con fines experimentales se han obtenido presiones del orden de millones de atmósferas, y la fabricación de diamantes artificiales exige presiones de unas 70.000 atmósferas, además de temperaturas próximas a los 3.000 °C. En la atmósfera, el peso cada vez menor de la columna de aire a medida que aumenta la altitud hace que disminuya la presión atmosférica local. Así, la presión baja desde su valor de 101.325 Pa al nivel del mar hasta unos 2.350 Pa a 10.700 m (35.000 pies, una altitud de vuelo típica de un reactor). Por 'presión parcial' se entiende la presión efectiva que ejerce un componente gaseoso determinado en una mezcla de gases. La presión atmosférica total es la suma de las presiones parciales de sus componentes (oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y gases nobles). En esta práctica se va a utilizar el manómetro de Columnas Liquidas.
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Manómetro de columna de líquido:
Doble columna líquida utilizada para medir la diferencia entre las presiones de dos fluidos. El manómetro de columna de líquido es el patrón base para la medición de pequeñas diferencias de presión. Las dos variedades principales son el manómetro de tubo de vidrio, para la simple indic ación de la diferencia de las presiones, y el manómetro de mercurio con recipiente metálico, utilizado para regular o registrar una diferencia de presión o una corriente de un l íquido. Los tres tipos básicos de manómetro de tubo de vidrio son el de tubo en U, los de tintero y los de tubo inclinado, que pueden medir el vacío o la presión manométrica dejando una rama abierta a la atmósfera. Manómetro de tubo en U: Si cada rama del manómetro se conecta a distintas fuentes de presión, el nivel del líquido aumentara en la rama a menor presión y disminuirá en la otra. La diferencia entre los niveles es función de las presiones aplicadas y del peso específico del líquido del instrumento. El área de la sección de los tubos no influyen el la diferencia de niveles. Normalmente se fija entre las dos ramas una escala graduada para facilitar las medidas.
Los tubos en U de los micros manómetros se hacen con tubos en U de vidrio calibrado de precisión, un flotador metálico en una de las ramas y un carrete de inducción para señalar la posición del flotador. Un indicador electrónico potenciómetro puede señalar cambios de presión hasta de 0.01 mm de columna de agua. Estos aparatos se usan solo como patrones de laboratorio.
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Para esta práctica tenemos la formula de la presión para todos los líquidos:
()
()
Igualando (1) y (2) tenemos:
()
3. Métodos Experimentales
La pasada experiencia de laboratorio se basó en la recopilación de datos para la determinación experimental de la densidad del aceite, mediante la utilización un manómetro de tubo en U; para lograr estos objetivos se procedió de la siguiente manera: Primeramente la experiencia consistió en determinar la densidad experimental del aceite de cocina; aprovechando el hecho de que la presión ejercida por un fluido en dos puntos que se ubican a la misma profundidad es igual, se procedió a la utilización de un manómetro de tubo en U, con sus dos ramas abierta y expuestas a la presión del aire, el cual se llenó parcialmente con agua hasta alcanzar la altura deseada; posteriormente se procedió a agregar pequeñas cantidades de aceite hasta alcanzar apreciar un desnivel en los niveles de aceite y agua, al ubicar el punto el cual separa los dos líquidos, Figura 1. Montaje tubo en U. en el cual como el sistema está en equilibrio la presión Figura 1 ejercida por el aceite es igual a la ejercida por el agua, se procede a pasar una guía horizontal la cual permita medir la altura de los niveles de los dos líquidos, como se ilustra en la figura 1; dicho procedimiento se repite cinco veces para disminuir el margen de error debido a la toma de medidas erróneas completando así la tabla 1.
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4. Análisis de Resultados y Discusión
A través del hecho que la presión de un fluido sobre una partícula depende de la profundidad de este, si se mide la presión en dos puntos a la misma profundidad, esta va a ser igual; a través de este hecho se fundamente la actual experiencia, al llenar el tubo en U con dos líquidos inmiscibles, y al estar estos en equilibrio, la región donde se encuentran los dos líquidos la presión ejercida por el aceite y la presión ejercida por el agua son iguales, al proyectar ese punto a la otra rama del tubo se encuentra un punto el cual está bajo la misma presión, al relacionar la presión en estos dos puntos se obtiene lo siguiente:
; P: Presión absoluta.
; Presión de la superficie. ; Densidad del líquido. ; Profundidad. h:
A partir de los valores obtenidos en la primera parte del laboratorio, se procedió a completar la tabla 2, a través de esto se procede a realizar el grafico 1, la cual relaciona la altura del aceita con la respectiva altura del agua.
()
Fluidos : Agua y Aceite ( cm ) ( cm ) 6 6.8 9.2 10 12 12.6 14 14 16.5 17.2 Tabla 1
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1.5 1.7 2 3 3
( cm ) 4,5 7,5 10 11 13,5
() 2.3 2.5 2.6 3 3.7
Tabla 2
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Ecuacion de la recta = Y = 0,69006x + 1,27427
Comparandola con la función lineal Tenemos que , Entonces:
⁄
| |
C4=
C1=
C5=
C2= C3=
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5. Conclusiones
Al analizar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio, queda demostrada la utilidad del tubo en U para la determinación de las densidad de un líquido cualquiera, además quedan demostrado los conceptos de la presión en un líquido. Al analizar la gráfica se observa que estas son líneas rectas, la pendiente de dicha gráfica representan relación entre la densidad del aceite con la densidad del agua, la cual tiene una densidad de 1g/cm3. El margen de error porcentual determinado respecto a valores establecidos teóricamente para la densidad del aceite es 24.17% respectivamente.Estas variaciones en los resultados a pesar de ser mínimas se deben a la falta de precisión de los instrumentos utilizados en la prueba para medir las alturas de los líquidos, además de la falta de control en la cantidad de los líquidos que se le agregaba al sistema. Para evitar dichas variaciones se debe tener más cuidado en la toma y en el manejo de las mediciones, además de tener más control en el agregado de los líquidos.
Agradecimientos
Quiero agradecerle al profesor Alexander Oliveros, docente de la Universidad del Atlántico, por su guía en el desarrollo de este laboratorio, y a mis compañeros de clases por su gran trabajo de equipo. Referencias
[1]. http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro [2]. http://laboratorio201011-1.wikispaces.com/informe+de+laboratorio+numero+1 [3]. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometro. html [4]. http://www.sabelotodo.org/aparatos/manometros.html [5]. http://www.ehowenespanol.com/funciona-manometro-como_51595/
