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• Raul Lara

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA MEDICION DE PRESION

2010 –I

MEDICIÓÓ N DE PRESIÓNES

LABÓRATÓRIÓ DE INGENIERIA MECANICA

INDICE I.- OBJETIVOS........................................................................................ II.- FUNDAMENTO TEORICO............................................................. II-1.- TIPOS DE PRESION II-2.- MEDIDORES DE PRESION ESTATICA III.- EQUIPOS Y MATERIALES............................................................ IV.- PROCEDIMIENTO........................................................................... V.- TABLAS Y GRAFICOS.................................................................... TABLAS DE DATOS OBTENIDOS GRAFICO 01 - CURVA DE CALIBRACIÓN GRAFICO 02 - CURVA DE PRESION ESTATICA GRAFICO 03 - CURVA DE TUBO DE PITOT VI.- OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES VII.- BIBLIOGRAFÍA..............................................................................

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OBJETIVO  Aprender los principios de funcionamiento y manejo del probador de manómetros de peso muerto  Realizar la calibración de un manómetro de Bourdon utilizando el probador de peso muerto. 1 2010-1

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 Experimentar en la práctica la teoría de mecánica de fluidos.  Comparar los valores teóricos con los reales o de laboratorio.  Cuantificar la variación de presión estática (piezométrica) a lo largo del túnel de viento y obtener la grafica de su tendencia en descarga de aire. FUNDAMENTO TEÓRICO Definiciones Previas Presión Absoluta.- Cuando el nivel de referencia para la medición de una presión es el cero absoluto es decir la ausencia total de moléculas que son los agentes de la presión, la presión así medida se llama absoluta. La presión absoluta se mide indirectamente midiendo la presión atmosférica por medio de un instrumento llamado barómetro, luego la presión absoluta será igual a la suma de presión manométrica y la presión barométrica. Presión Manométrica.- Es aquella que toma como nivel de referencia para ser medida la presión atmosférica. Esta puede tomar valores negativos (vacío). Por lo general los dispositivos medidores de presión utilizan la presión atmosférica.

TIPOS DE PRESIÓN PRESION ESTÁTICA Es la presión producida por el movimiento molecular al azar de un fluido y se manifiesta como una fuerza sobre un área que envuelve al fluido en caso de un movimiento; esta presión se mide con un instrumento viajando a la misma velocidad del flujo, lo cual no es practico por ende se mide insertando un tubo estático que sea perpendicular a la dirección del flujo, también se utilizan piezómetros. PRESION DE VELOCIDAD Se manifiesta con una fuerza que ofrece un fluido en movimiento, sobre un área perpendicular a la dirección del movimiento, sobre un área perpendicular a la dirección de su movimiento.

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PRESION TOTAL Es la suma de la presión estática y de velocidad ejercida sobre una superficie perpendicular al desplazamiento. Se mide mediante un tubo de impacto.

MEDIDORES DE PRESION ESTATICA A partir de ahora cuando hablemos de presión estaremos sobreentendiendo que se trata de presión estática. Existen tres métodos comunes para determinar presiones.  Medición de la altura de la columna líquida necesaria para equilibrar la presión medida(manómetros de columna líquida)  Medición de la deformación de un sólido debida a la presión medida. (tubo de Bourdon y manómetros de diafragma).  Medición del peso que, actuando sobre un área conocida, equilibra la presión medida

MANÓMETROS DE COLUMNA LÍQUIDA Manómetro de Tubo en U.- Sirve para medir presiones manométricas de determinadas líneas de presión o diferencia de presión entre dos líneas distintas. Tiene la siguiente relación entre la

entrada y la salida para

condiciones estáticas: h=

P1 - P 2 g

Donde g: gravedad local  : Densidad de masa del líquido del manómetro

Si P2 está a la presión atmosférica, entonces h es la medida directa de P1 como presión relativa.

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MANÓMETROS PARA MEDIR PRESIONES PEQUEÑAS Manómetros Inclinados.- Para

aumentar

puede inclinarse con

a

respecto

la

la

sensibilidad, el manómetro

gravedad, siendo

así

mayor

el

movimiento del liquido a lo largo del tubo para un cambio dado de altura vertical. A este tipo de manómetro se le conoce también como manómetro de tiro, se puede corregir la escala calibrada por los ligeros cambios en el nivel de la cubeta, de manera que no es necesario poner a cero la escala para hacer la lectura. Manómetros de dos Fluidos.- Basado en el principio del manómetro en U; donde una de las ramas contiene un líquido de peso específico diferente al de la otra rama. Servo manómetros.- Es posible construir servo sistemas que "sigan" el movimiento de la columna liquida y proporcionan una señal mecánica y/o eléctrica proporcional a la presión. Las ventajas son: - Se pueden medir presiones variables - Son muchas más rápidas que las lecturas visuales - Proporcionan señales que pueden utilizarse en sistemas de control o cálculo. - Proporcionan correcciones automáticas de temperaturas. Estos manómetros tienen una resolución de 0,0005 pulg y una precisión total de unas cuantas milésimas de pulgada; su velocidad para seguir las señales es el orden de 100 pulg/min. o mayor. Micro manómetros.- Utilizados para medir presiones extremadamente pequeñas, es una variante del principio del manómetro inclinado. En estos tipos de manómetros se utilizan tornillos micrométricos que facilita la lectura de las pequeñas presiones. Los tipos más comunes son: - Micro manómetro de Contacto Eléctrico - Micro manómetro de Puntas 4 2010-1

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- Micro manómetro de altura constante

MANÓMETROS DE DEFORMACIÓN SÓLIDA Manómetro de Bourdon.- Es el mas característico de este tipo de manómetros. Son muy utilizados y son de gran alcance. Estos manómetros están constituidos por un elemento curvo hueco (transductor elástico) llamado tubo de Bourdon el cual es la base de muchos aparatos para medir presión y también se usa mucho en los termómetros eléctricos. El elemento básico en todas las diferentes formas es un tubo de sección transversal semielíptica. Una diferencia de presión entre el interior y el exterior del tubo (la presión mayor dentro) hace que el tubo trate de alcanzar una sección transversal circular. Estos producen deformaciones que conducen a movimiento de traslación del extremo libre en los de tipo C y en los de tipos de espirales y helicoidales; y en rotación angular en los tipos retorcido, siendo estos movimientos la señal de salida de un sistema de bielas a una cremallera que desplaza una aguja sobre la escala graduada.

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MANÓMETROS DE PESO MUERTO Este tipo de manómetros generalmente se utilizan como instrumentos de calibración para los manómetros de Bourdon y diafragma, que son los medidores de presión que requieren más frecuentes calibraciones. FUNCIONAMIENTO DEL PROBADOR DE MANÓMETROS DE PESO MUERTO El equipo consiste en un sistema de vasos comunicantes que trabaja con aceite

bajo el principio de pascal.

Sus partes principales partes son el

embolo, el pistón, el sistema de cañerías. El equipo funciona de la siguiente forma. Con la llave de boca se ajusta el manómetro Bourdon al probador de manómetros de peso muerto, abriendo el grifo y atornillando el embolo, el aceite penetra en el manómetro, el pistón también esta comunicado al manómetro y al émbolo, por las cañerías, pero el pistón tiene movimiento libre, en consecuencia atornillando o destornillando el émbolo, el pistón sube o baja respectivamente. El pistón solo, ejerce una presión de 5 psi. Encima del pistón se pueden colocar pesos que ejercen una presión de 5 psi, 10 psi, 20 psi y 100 psi. Combinando estos pesos podemos aumentar la presión en las variaciones que deseemos.

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EQUIPOS Y MATERIALES 1) Para la calibración del manómetro de Bourdon se utilizaron los siguientes instrumentos:  Manómetro calibrador de peso muerto y accesorios  Estado: en buen estado

 Manómetro de Bourdon rango: 0 – 300 psi aproximación: 5 divisiones de 0 a 30 psi 6 divisiones de 30 a 300 psi Estado: a determinar

 Llave de boca (1/2”, 9/16”).

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2) Para medir la presión del aire a través del ducto conductor de aire se utilizaron los siguientes instrumentos: Soplador Tornado Centrifugan  Motor Shell Alvania Grease , 6.5 HP , 3500 RPM  Tubo de pitot.

 Manómetros de columna en U.  Ducto de sección variable.  Wincha

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PROCEDIMIENTOS REALIZADOS PROCEDIMIENTO 1  Verificamos que el plano sobre el cual está apoyado el calibrador de peso muerto sea horizontal, esto lo logramos situando la burbuja de aire en el centro en el indicador de nivel.  Nos aseguramos que el manómetro a calibrar este bien ajustado y que la válvula 2 está cerrada (ver figura 5).  Procedemos a abrir la válvula 1 para luego abrir el embolo con la manivela hasta el máximo para absorber al aceite por el efecto de presión de vació.  Luego cerramos la válvula 1 y abrimos la válvula 2 para luego bajar el embolo de tornillo con el fin de empujar el aceite hacia la cámara del pistón y a la rosca donde se coloca el manómetro de Bourdon, antes de instalarlo nos aseguramos de no dejar aire.  Una vez instalado el manómetro maniobramos el embolo hasta que el tornillo de referencia y el filo de referencia del pistón se encuentren al mismo nivel. En este punto existe una presión de 5 psi debido al peso del pistón y al área de contacto con el aceite.  Una vez nivelado el pistón con respecto al tornillo de referencia, se aumenta la presión en el pistón

por medio de un juego de pesas

graduadas y como consecuencia del principio de Pascal, el manómetro de Bourdon también experimenta el mismo incremento de presión. Para medir este aumento de presión, debido a las pesas, en el manómetro de Bourdon hay q nivel el pistón con el tornillo de referencia  Aumentamos la presión en intervalos de 10 psi y nivelamos el pistón para cada aumento. En cada aumento de presión tomamos la medida indicada en el manómetro de Bourdon hasta que hayamos llegado al máximo rango, que en nuestro caso fue de 400 psi.  Finalmente para retirar el manómetro se retiran las pesas y se abre la válvula 2 que permite el paso de aceite del pistón al embolo, eliminando 9 2010-1

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la presión en dicha cámara y esto permite retirar libremente el manómetro pues en caso contrario se produciría un derramamiento del aceite.

PROCEDIMIENTO 2 

Conectamos el manómetro de columna al túnel de viento en succión mediante una manguera logrando así leer la presión estática el manómetro de columna.



Luego medimos la distancia entre cada punto del tubo de viento donde realizamos la medida

PROCEDIMIENTO 3 

Calibrar el tubo de pitot



Colocar el tubo de pitot en un punto de medición en el tubo de viento



Desplazar el tubo de pitot a diferentes posiciones a lo largo de la sección transversal



Leer la altura de velocidad para cada punto

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CALIBRADOR DE PESO MUERTO: DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO: LP = Lectura Patrón LIP, subida  LIP, bajada  LIP = Lectura Instrumento Promedio 2 LP - LIP  Error % LP

LP-LIP = C = Diferencia

LP (psi) 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400

LIP, subida (psi) 20 25 34 47 57 66 76 85 97 108 116 138 157 175 199 219 236 253 274 300 317 338 345 371 396 412

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TUBO DE VIENTO DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO SUCCION DE AIRE LONGITUD ( EN METROS ) PRESION (EN PULG. DE AGUA (-)) 0 0,04 61 0,06 122,2 0,058 153 0,055 244,3 0,05 276 0,044 306 0,041 336,3 0,032 366,8 0,038 427,1 0,03

TUBO DE PITOT DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO Distancia (pulg) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Altura de Aire (pulg) 0,115 0,139 0,148 0,156 0,155 0,15 0,151 0,163 0,141 0,119 0,087

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GRAFICOS Y RESULTADOS CALIBRADOR DE PESO MUERTO Y MANOMETRO DE BOURDON  Curva de Calibración: Para la subida

PRESIÓN ESTÁTICA

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TUBO DE PITOT

 DISTANCIA DIAMETRAL VS PRESION (SALIDA)

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OBSERVACIONES.

los errores producidos en la calibración del manómetro de Bourdon se puede deber a la mala nivelación del aparato, a la presencia de burbujas de aire en el aceite (fenómeno de cavitación) por no colocar bien el manómetro de Bourdon, también a la poca precisión al momento de observar el nivel del tornillo.

CONCLUSIONES.

Es lógico que la curva de calibración tenga un comportamiento lineal debido a que se está midiendo el mismo efecto y que se introduzcan errores debido a muchos factores explicados anteriormente, lo teórico es que tenga un comportamiento lineal de una pendiente de 45°, es decir la lectura patrón y la promedio deben ser iguales pero lo real o en la práctica esto no es así, sin embargo sigue la misma tendencia.

RECOMENDACIONES: 

Ser más minucioso en la calibración del Probador de Manómetros de Peso Muerto.



Nivelar y sujetar bien el calibrador de peso muerto 15 2010-1

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

Instalar el manómetro de Bourdon tratando que no quede aire.



Verificar el verdadero peso de las muestras que las encontramos en PSI.



A la hora de calibrar girar despacio las manivelas para no producir derramo del aceite a usar en el manómetro.



Girar la manivela de manera constante hasta nivelar el piston con el tornillo de referencia



Calibrarlo antes y después de todo el ensayo.

BIBLIOGRAFÍA



Marks,

MANUAL DEL INGENIERO MECÁNICO, Octava Edición Vol 1 y 2. McGraw-Hill 1982. ISBN : 968-451-323-2





Seymour, EL LABORATORIO DEL ING. MECÁNICO, Segunda Edición. Jessé

Editorial Hispano Americana S.A.

shames

MECÁNICA DE FLUIDOS, Ediciones MGRAW-HILL. Tercera

Irving, H

edición.

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