Universidad Nacional de Ingeniería Facultad Tecnología de la Construcción. (F.T.C) Departamento de Hidráulica y Medio Ambiente. Mecánica de Fluidos. Práctica 1 “Manómetro de Bourdon”
Integrantes
No de Carné
María José Zúniga Díaz.
2011-37161.
Sugey de los Ángeles Pavón Téllez.
2011-37553.
Hallmar Antonio Almendarez Ugarte.
2011-36556
Grupo de Teoría:
IA-31D
Grupo de Práctica:
Grupo C
Docente de Teoría:
Ing. Lino Antonio Aranda Salmerón.
Docente de Práctica:
Ing. María José Castro Alfaro.
Fecha de Realización:
02/10/2013
Fecha de Entrega:
12/12/2013
Índice
Pág.
Introducción………………………………………………………
3
Objetivos………………………………………………………….
4
Manómetro de Bourdon………………………………………
5
Equipo Empleado……………………………………………….
9
Procedimiento Experimental………………………………….
10
Tabla de Datos………………………………………………….
11
Formula a Utilizar……………………………………………..
12
Cálculos…………………………………………………
13
Tabla de Resultado………………………………………………
16
Desempeño de Compresión………………………………….
17
Conclusiones………………………………………………….
23
Bibliografía………………………………………………….
24
Anexos…………………………………………………………25
2
INTRODUCCIÓN. Este informe se realizo con el fin de presentar los resultados obtenidos en la práctica numero uno de hidráulica el día Miércoles 2 de octubre del 2013 a las 10:30 de la mañana, el lugar de la practica fue en el laboratorio de hidráulica en el recinto universitario Pedro Arauz Palacios (UNI-RUPAP). La practica tiene como fin aclarar algunos conceptos de las presiones manométricas y barométricas aprendidas en los salones de clases que se rigen de acuerdo a las leyes de pascal que consiste en: La presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. El manómetro es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados sin tomar en cuenta la presión atmosférica. El manómetro más usado el de Bourdon inventado por el francés Eugène Bourdon (1808-1804) en 1849. Algunas caracteristicas que presenta son: se puede utilizar con cualquier tipo de Líquidos como, aceites o gases. Su costo de adquisición y mantenimiento es barato, se pueden adquirir rellenos con glicerina para evitar vibraciones en la aguja y con esto lograr una indicación confiable, se pueden tener de patrones secundarios, de trabajo o como simples indicadores en un proceso donde solo se requiere una indicación de referencia en el proceso, son fácil de instalar, se caracterizan por tener baja rigidez y baja frecuencia natural, pero gran sensibilidad de desplazamiento en su propio diseño. Gracias a todas estas ventajas el manómetro Bourdon es el más utilizado en las fábricas que trabajan con sistemas ya sean hidráulicos o neumáticos para el control de presión de cada una de las maquinas que trabajan, y también por esto se enfoca nuestra practica de laboratorio hacia este tipo de manómetro.
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OBJETIVOS.
1. Aclarar el concepto de presión manométrica, barométrica y absoluta.
2. Aplicación práctica del principio de Pascal.
3. Determinar si el manómetro está calibrado.
4. Estudiar el error que se comete al efectuar una lectura manométrica.
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Manómetro de Bourdon. Manómetro: Es un instrumento que se usa para medir la presión en los fluidos que se establece a través de la diferencia con la presión local al igual que los barómetros su unidad de medida es la atmosfera; en el sistema internacional es Newton por metro cuadrado; según la historia la aparición de los manómetros se les debe a Aristóteles y galileo quienes fueron los primeros en estudiar el comportamiento de los fluidos. Hay varias clases de manómetros entre los cuales tenemos: Manómetro de Burdon. Manómetro de columna de liquido (Manómetro de tubo de U, Manómetro de
Tintero y Manómetro de Tubo inclinado.) Manómetro de McLeon. Manómetro Digita. Manómetro de Burdon: esta clase de manómetros se caracterizan porque tienen un tubo metálico enrollado; el cual se define como el elemento sensible del sistema dicho tubo esta aplanado y cerrado en un extremo; el otro extremo es por donde se va a hacer la medición del fluido ocasionando que el tubo se enrolle mas o se enderece en caso contrario; dicho movimiento del tubo está conectado a una aguja que marca el valor obtenido en atmosferas. (Ver en los anexos Fig. 1). Manómetro de columna de líquido: este tipo de manómetros se utilizan para medir diferencias de presiones muy bajas; consiste en dos columnas donde se ubica de un lado mercurio y del otro el líquido al cual se le va a calcular la presión; este tipo de manómetros se subdivide en tres tipos manómetros de tubo de U, manómetro de Tintero y Manómetro de Tubo inclinado Manómetro de tubo U: son elaborados en vidrio y funcionan por la diferencia de presión de un lado y del otro del tubo en forma de u; de un lado con presión alta y del otro baja; se usa un indicador electrónico para medir los cambios en la presión. (Ver en los anexos Fig. 1). Manómetro de Tintero: este tipo de manómetros tienen un depósito de un lado y del otro lado una escala medida en atmosferas que señalan la presión claro está que esta escala contiene mercurio el cual sube, baja o se mantiene según las condiciones del liquido a medir. (Ver en los anexos Fig. 1).
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Manómetro de Tubo inclinado: tiene el mismo mecanismo del Manómetro de Tintero; con la diferencia de que el Manómetro de tubo inclinado es más pequeño y por supuesto mide escalas más pequeñas; (Ver en los anexos Fig. 1). Manómetro de McLeon: también llamado vacuometro de McLeon este tipo de manómetros solo pueden medir presiones de fluidos muy bajas; está compuesta por un embolo y un tubo vertical con mercurio (generalmente) sometida a cierta presión predispuesta la cual a entrar en contacto con la presión del fluido a medir; esto es suficiente para que el mercurio comience a correr por la escala. (Ver en los anexos Fig.2). Manómetro Digital: este tipo de manómetros está compuesta por microchips, transistores, un sensor que recibe los datos de la presión del liquido del exterior y los convierte en datos que ya previamente han sido procesados y convertidos a través de su base de datos interna estos datos se pueden observar a través de un pantalla digital en atmosferas. (Ver en los anexos Fig.2).
Manómetros de tubo de Bourdon. Estos manómetros tienen un tubo metálico elástico, aplanado y curvado de forma especial conocido como tubo de Bourdon tal y como se muestra en la figura 3 en rojo. Este tubo tiende a enderezarse cuando en su interior actúa una presión, por lo que el extremo libre del tubo de Bourdon se desplaza y este desplazamiento mueve un juego de palancas y engranajes que lo transforman en el movimiento amplificado de una aguja que indica directamente la presión en la escala. En la actualidad y a pesar del paso del tiempo y las nuevas tecnologías se sigue utilizando en la gran mayoría de los campos industriales un manómetro, como es el caso del tipo Bourdon. En 1846 un ingeniero ferroviario el alemán Schinz había descubierto que un tubo curvado cambiaría su curvatura cuando estaba sujeta a la presión interna y en 1848 este principio funcionaba en las locomotoras en Alemania. Ver en los anexos Fig.4.
Los tubos de Bourdon se pueden fabricar en casi cualquier tipo de material que tenga las características elásticas adecuadas según sea el intervalo de presión en la cual se someterá y la resistencia al medio en el cual se utilizará. Algunos de los materiales que se usan son latón, aleación de acero, aceros inoxidables, bronce fosforado, K-monel y cobre-berilio.
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Principio de Funcionamiento. Consiste en un tubo de bronce o acero, doblada en circunferencia. La presión interior del tubo tiende a enderezarlo. Como un extremo del tubo está fijo a la entrada de la presión, el otro extremo se mueve proporcionalmente a la diferencia de presiones que hay entre el interior y el exterior del tubo. Este movimiento hace girar la aguja indicadora por medio de un mecanismo de sector y piñón; para amplificar el movimiento, el curvado del tubo puede ser de varias vueltas formando elementos en “C”, torcido, espiral, o helicoidal. Las partes de un manómetro Bourdon donde puede ver en la figura sig. En la cual se indican sus partes.
Ventajas y Desventajas de un Manómetro Bourdon. Este instrumento de medición es muy versátil ya que lo puedes utilizar con algunos líquidos, aceites o gases, según sea su campo de aplicación. Su costo de adquisición y mantenimiento es barato, se pueden adquirir rellenos con glicerina para evitar vibraciones en la aguja y con esto lograr una indicación confiable, se pueden tener de patrones secundarios, de trabajo o como simples indicadores en un proceso donde solo se requiere una indicación de referencia en el proceso, son fácil de instalar, se caracterizan por tener baja rigidez y baja frecuencia natural, pero gran sensibilidad de desplazamiento en su propio diseño, su intervalo de trabajo (medición) característico es de 35 kPa a 100 MPa.
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También tienen sus desventajas como: es el caso de falla por fatiga, por sobrepresión, por corrosión o por explosión. Algunos factores que afectan su funcionamiento son la temperatura ambiente en la cual esta el instrumento, el material el cual esta hecho, la forma en la cual se instaló el instrumento, vibraciones externas en las cual se instaló el instrumento. La mayoría de los puntos señalados anteriormente se pu eden evitar teniendo en cuenta el conocimiento del proceso o aplicación en donde se tendrá colocado el instrumento.
Puntos de Calibración para Manómetros. OIML R 101 & 109 Recomendaciones de la Organización Internacional de Metrología Legal. Manómetros, Vacuómetros y manovacuómetros, indicadores con elemento elástico, ordinarios (101) y patrones (109). El número de puntos deberá ser al menos:
Número de puntos Clase de Exactitud. 8 0,06; 0,1; 0,16(0,15); 0,2; 0,25; 0,4; 0,5 y 0,6 5 1; 1,6; 2 y 2,5 34y5
ANSI/ASME B40.100 Norma norteamericana de la Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos. Manómetros de carátula, elemento elástico e indicación analógica.
Clase de Número mínimo recomendado Exactitud de puntos de calibración 4A (0,1) 10 3A, 2A, 1A, A (0,25...1) 5 B, C, D (2...5) 3 Nota: Los puntos de calibración deberán ser distribuidos uniformemente en el intervalo de indicación y deberán incluir puntos dentro del 10 % de los extremos del intervalo de indicación.
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Equipo Empleado.
Calibrador de Manómetro
Juego de pesas de 1kg cada una (7 en total)
Aceite
Un Beacker
Un desatornillador de ranura
Un manómetro
9
Procedimiento Experimental..
1. Se quitó el pistón del cilindro. 2. Se llenó el cilindro con aceite hasta el rebose. 3. Se expulsó el aire entrampado inclinando y golpeando suavemente el dispositivo, utilizando el tornillo del cilindro del manómetro. 4. Se colocó el pistón de peso y conociendo el área se anotó la lectura del manómetro de Bourdon. 5. Incrementando el peso sobre el pistón, colocando cada una de las pesas y se anotó la lectura manométrica para cada una de las pesas colocadas. 6. Se retiro gradualmente las pesas y se anotaron las nuevas lecturas para cada peso a la par de la anterior correspondiente. 7. Posteriormente se efectuó una lectura en el manómetro al finalizar la práctica.
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TABLA DE DATOS.
Lectura
Wa (Kg)
TABLA DE DATOS Pma 2
1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6 7
Kn/m 30.00 52.00 71.00 99.00 118.00 138.00 160.00 184.00
PSI 04.10 07.90 10.10 14.00 17.10 20.10 23.40 27.00
Wd (Kg)
Pmd 2
7 6 5 4 3 2 1 0
Kn/m 184.00 162.00 141.00 120.00 100.00 79.00 50.30 29.90
PSI 27.00 24.80 20.70 17.80 14.80 11.00 07.80 04.10
11
Formulas a utilizar.
Pr=
Pmp= %E=
Donde:
Wp=
Peso del Pistón.
Pr=
Presión real.
Wa=
Peso ascendente.
Ap=
Área del Pistón.
Pmp= Presión manométrica promedio. Pma= Presión manométrica ascendente. Pmd= Presión manométrica descendente. % error= Porcentaje de error.
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CÁLCULOS.
Pr=
Pr1=
1Kgf= 9.8N
= 3,003.003kgf/m2
Pr1= 3,003.003kgf/m 2 * 9.8N= 29,429.429 N/m2
Pr2=
= 6006.006kgf/m2
Pr2= 6,006.006kgf/m 2 * 9.8N= 58,858.858N/m2
Pr3=
= 9,009.009kgf/m2
Pr3= 9,009.009kgf/m 2 * 9.8N= 88,288.288 N/m2
Pr4=
= 12,012.012kgf/m2
Pr4= 12,012.012kgf/m 2 * 9.8N= 117,717.717 N/m2
Pr5=
= 15,015.015kgf/m2
Pr5= 15,015.015kgf/m 2 * 9.8N= 147,147.147 N/m2
Pr6=
= 18,018.018kgf/m2
Pr6= 18,018.018kgf/m 2 * 9.8N= 176,576.576 N/m2
Pr7=
= 21,021.021kgf/m2
Pr7= 21,021.021kgf/m 2 * 9.8N= 206,006.005 N/m2 13
Pr8=
= 24,024.024kgf/m2
Pr8= 24,024.024kgf/m 2 * 9.8N= 235,435.435 N/m2
Pmp=
Pmp1=
= 29.95 Kn/m2
1Kn = 1000N Pmp1= 29.95 KN * 1000N= 29,950N/m 2
Pmp1= 3,056.122 x 10 ^3 kgf/m 2 Pmp2=
= 51.15 Kn/m2
Pmp2= 51.15 KN * 1000N= 51,150N/m 2
Pmp2= 5,219.387 x 10 ^3 kgf/m 2 Pmp3=
= 75.00 Kn/m2
Pmp3= 75.00 KN * 1000N= 75,000N/m 2
Pmp3= 7,653.061 x 10 ^3 kgf/m 2 Pmp4=
= 99.5 Kn/m2
Pmp4= 99.50 Kn * 1000N= 99,500N/m 2
Pmp4= 10,153.061 x 10 ^3 kgf/m 2 Pmp5=
= 119.00 Kn/m2
Pmp5=
119.00
KN
*
1000N=
Pmp6=
139.50
KN
*
1000N=
Pmp7=
161.00
KN
*
1000N=
119,000N/m 2 Pmp5= 12,142.857 x 10 ^3 kgf/m 2 Pmp6=
= 139.50 Kn/m2
139,500N/m 2 Pmp6= 14,234.693 x 10 ^3 kgf/m 2 Pmp7=
= 161.00 Kn/m2
161,000N/m 2 14
Pmp7= 16,428.571 x 10 ^3 kgf/m 2 Pmp8=
= 184.00 Kn/m2
Pmp8=
184.00
KN
*
1000N=
184,000N/m 2 Pmp8= 18775.510 x 10 ^3 kgf/m 2
%E=
%E1=
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TABLA DE RESULTADOS Pr Pmp
Lectura
% Error
Kgf/m2
N/m2
Kgf/m2
N/m2
1
3,003.003
29,429.429
3,056.122
29,950
1.76
2
6,006.006
58,858.858
5,219.387
51,150
-13.097
3
9,009.009
88,288.288
7,653.061
75,000
-15.05
4
12,012.012
117,717.717
10,153.061
99,500
-15.47
5
15,015.015
147,147.147
12,142.857
119,000
-23.65
6
18,018.018
176,576.576
14,234.693
139,500
-20.99
7
21,021.021
206,006.005
16,428.571
161,000
21.84
8
24,024.024
235,435.435
18,775.510
184,000
-21.84
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DESEMPEÑO DE COMPRENSION. Cuestionario
1. ¿Cuáles son las fuentes de error? La aproximación decimal al momento de realizar las lecturas, tolerancias de fabricación, resolución de visualización, lo que con lleva a malas lecturas del aparato el manómetro de Bourdon no está calibrado. 2. ¿Qué otras formas de medir presión conoce? Por el manómetro en forma de U y manómetro de espiral aunque existen muchos más con mayores precisión que sería importante que fuéramos conociendo. 3. ¿Exprese la ley de pascal y un ejemplo de la vida real en ella? De forma sencilla la ley de pascal expresa “la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido”. Un ejemplo muy sencillo es del tan conocido gato hidráulico su funcionamiento consiste en dos cilindros conectados uno más pequeño y corto que el otro, al aplicar una pequeña fuerza al cilindro menor, esto resultará en una presión dada. Mediante el principio de Pascal, se dicen entonces que dicha presión sería la misma en el cilindro más grande, pero al tener éste más área, la fuerza emitida por el segundo cilindro será mayor. 4. ¿Es la presión atmosférica constante? En manómetros la presión atmosféricas siempre será cero al no poder medirla sucede lo contrario a los barómetros, pero si utilizamos un barómetro este fácilmente notamos que la presión atmosférica cambia de acuerdo a la altitud ósea cambia de acuerda a que tan elevado este de acuerdo al nivel medio del mar. 5. Grafique y haga el análisis correspondiente: a) Pr vs Pma
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Pr Vs Pma 30,000,000 25,000,000 20,000,000 15,000,000
Pr Vs Pma
10,000,000 5,000,000 0 0
50
100
150
200
Se puede observar en el grafico que la recta con pendiente positiva presenta ligeras curvas que fácilmente se demuestra que los datos tomados en las presiones ascendentes en el laboratorio difieren por poco a los que hechos en cálculos.
b) Pr vs Pmd
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Pr vs Pmd 30,000,000 25,000,000 20,000,000 15,000,000
Pr vs Pmd
10,000,000 5,000,000 0 0
2
4
6
8
10
Al igual que en la presión ascendente el grafico presión real contra presión descendente presenta curvas suaves apenas perceptibles lo que representa que los datos tomados en la realidad se asemejan muchos a los que deberían de ser.
c) %Error vs Pmp
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Error vs Pmp 0 0
50
100
150
200
-2000 -4000 -6000 Error vs Pmp -8000 -10000 -12000 -14000
6. Complete la siguiente tabla de conversiones de unidades.
N/m Kgf/cm PSI m.c.a. mmHg
N/m 1 98 000 6.889x103 9803.922 133.280
Kgf/cm 1.019x10-5 1 7.029x10-2 1.00x10-1 0.0136
PSI 1.451x10-4 14.225 1 1.423 0.0193
m.c.a. 1.020x10-4 10 0.7029 1 0.014
mmHg 7.503x10-3 73.529 51.684 73.559 1
7. Se suspende un diminuto cubo de acero en agua por medio de un cable. Si la longitud de los lados del cubo son muy pequeños, ¿Qué comparación entre las magnitudes de las presiones sobre la parte superior, el fondo y las superficies laterales de ese cubo? Para el caso presentado, las presiones en todas las direcciones son las mismas.
20
Como el cubo es muy pequeño, este se considerar como un punto, y como en un punto la presión es la misma en todas las direcciones, P1=P2=P3=P4
8. Un manómetro de vacio conectado a una cámara da una lectura de 24 Kpa, en un lugar donde la presión atmosférica es de 92 Kpa. Determine la presión absoluta en la cámara.
La presión absoluta según su concepto es la suma de las presiones manométricas (las del fluido sin considerar la atmosfera) y las presiones barométricas (la presión de la atmosfera que varía de acuerdo a la altitud) que en este caso seria:
Pabsoluta=24Kpa+92Kpa=116kpa
9. Determine la presión atmosférica en un lugar donde la lectura barométrica es de 750mmHg. Tome la densidad de mercurio como 13600 kg/m3. Según la tabla del inciso 6 para pasar mmHg es tan solo multiplicarlo por 133.280 que sería:
Patmosferica=750×133.280=99.96kpa
10. Se puede usar un barómetro básico para medir la altura de un edificio. Si las lecturas barométricas en las partes superior e inferior del edificio son de 730mmHg y 755mmHg respectivamente, determine la altura del edificio suponga una densidad promedio del aire de 1.18kg/m3.
Para calcular la altura es necesario pasar los mmHg a kg/m2 que fácilmente se logra multiplicando por 133.280 y dividiendo por la gravedad (9.81m/s2) que seria:
730mmHg×133.2809.81=9917.87kg/m2
21
755mmHg×133.2809.81=10257.53kg/m2
Realizado esto proseguimos al cálculo de la altura por medio del principio de pascal:
10257.53-9917.87=1.18×9.81×h Despejando h
h=339.6611.57=29.35m
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Conclusiones.
En conclusión pudimos observar de forma practica el principio de pascal de la incomprensibilidad de los líquidos y la presión que estos ejercen al tratar de buscar una salida, también aprendimos a cómo utilizar el manómetro de Bourdon que es fácil de utilizar y mide de forma directa a diferencia de los demás manómetros. Debido a esta gran ventaja el manómetro de bordón es el más utilizado, otra de las ventajas que se pudo observar es su fácil montaje y que puede resistir presiones muy altas que pueden ser de gran utilidad en diferentes ramas ingeniería. De las desventajas que se pudo ver que existe cierta imprecisión del manómetro si este no está correctamente calibrado, se hizo muy notable al comparar con los cálculos hechos con lo obtenido por el manómetro.
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Bibliografía
http://www.sabelotodo.org/aparatos/manometros.html. http://es.scribd.com/doc/4556276/MANOMETRO http://es.scribd.com/doc/38194342/Tubo-Bourdon
24
25
Fig.1
Ilustración de manómetro de tintero.
Ilustración de manómetro de tubo de U.
Ilustración de manómetro de tubo inclinado.
26
Fig.2. Ilustración de un manómetro de McLeon.
Ilustración de un manómetro digital.
27
Fig.3. Manómetro de Bourdon.
Fig.4 Tubo Curvado
28
