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• Juan Espinoza Conislla

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“AÑO DE LA LUCHA CONTRA LA CORRUPCIÓN Y LA IMPUNIDAD”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO I : MEDICIÓN DE PRESIÓN CURSO

Laboratorio de Ingeniería Mecánica PROFESOR

Páez Apolinario, Eliseo INTEGRANTES -

Alegría Acevedo Erick Armando

20170208F

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Espinoza Conislla Juan Carlos

20164521H

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Flores Espinoza Josué Eleazar

20170267B

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Flores Joaquín Jhonatan Roberto

20162092B

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La Madrid Villaverde Ricardo

20151178H

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Ugarte Estrella, Tony José

20021126H

-

Valdivia Félix Thania Carol

20187508H

2019-II

ÍNDICE CAPÍTULO I …………………………………………………………….

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INTRODUCCIÓN………………………………………………………………3 OBJETIVOS…………………………………………………………………… 4 FUNDAMENTO TEORICO……………………………………………………5

CAPÍTULO II…………………………………………………………... 11 EQUIPO Y MATERIALES …………………………………………………. 11 PROCEDIMIENTO……………………………………………………………14 CÁLCULOS, TABLAS Y GRÁFICOS……………………………………… 15

CAPÍTULO III…………………………………………………………. 22 CONCLUSIONES……………………………………………………………. 22 OBSERVACIONES…………………………………………………… ……. 22 RECOMENDACIONES……………………………………………………. 23 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………... 23

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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN En toda planta de generación de energía se demanda un control constante de presiones en sus equipos para hacer un seguimiento del adecuado funcionamiento de la planta. Debido a la importancia de esto en el siguiente informe se da a conocer la calibración de un manómetro Bourdon, medición de la presión total y presión estática en un ventilador, asimismo se da a conocer los objetivos, pasos a seguir para una correcta experiencia, los datos obtenidos, los cálculos, resultados y gráficas experimentales; observaciones, conclusiones y recomendaciones, finalizando con la bibliografía necesaria para la realización de este informe.

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OBJETIVOS -

Comprender el uso y funcionamiento de los diferentes instrumentos de medida de presión tales como manómetro de Bourdon y micro manómetro diferencial.

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Realizar la calibración de un manómetro de Bourdon, empleando un calibrador de peso muerto.

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Medir la presión estática y presión total de un flujo (aire) a lo largo de un ducto en distintos puntos previamente establecidos.

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Obtener la gráfica de presión total y distribución de velocidades a través del ducto, así como la velocidad promedio.

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FUNDAMENTO TEÓRICO 1. Mediciones de Presión La medición de presión es importante porque: - Ayuda a definir el estado del fluido. - Ayuda a determinar el trabajo hecho sobre o por el fluido, si hay movimiento de este. 1.1. Definiciones Previas:

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Presión En ingeniería, el término presión se define como la fuerza ejercida por un fluído por unidad de área de la superficie que lo encierra.

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Presión manométrica La presión manométrica corresponde al valor que se puede leer directamente en un manómetro o en un transmisor de presión.  También es denominada presión relativa porque la lectura que hace el manómetro parte de considerar como valor cero la presión atmosférica existente en el lugar de medición. Debido a esto, el valor que se ve en la pantalla o en la esfera del manómetro corresponde a la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica.



Presión atmosférica La presión atmosférica es el peso de la columna de aire que hay sobre cualquier punto o lugar de la tierra y es por tanto el peso por unidad de superficie. Cuanto mayor es la altura, menor es la presión atmosférica y cuanto menor es la altura y más se acerque a nivel del mar, mayor será la presión.



Presión absoluta Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absolutos. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas, lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Este término se creó debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.

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Figura 1. Diferencia entre presión absoluta, atmosférica y manométrica

1.2.

Tipos de Presión

a) Presión estática Es la fuerza por unidad de área ejercida sobre las paredes de un recipiente por un fluido que está en reposo. Despreciando el efecto de la gravedad, la presión estática es la misma en todo el volumen del líquido en reposo.

b) Presión velocidad Es la fuerza por unidad de área, ejercida por un fluido en movimiento, sobre un plano perpendicular al flujo, en exceso sobre la presión estática.

c) Presión total Es la suma de las presiones estáticas y de velocidad ejercida por un fluido en movimiento sobre un plano perpendicular a la dirección del movimiento.

1.3.

Medidores de Presión Estática

A partir de ahora cuando hablemos de presión estaremos sobreentendiendo que se trata de presión estática. Existen tres métodos comunes para determinar presiones: I.

Medición de la altura de la columna líquida necesaria para equilibrar la presión medida (manómetros de columna líquida)  Manómetro de columna liquida Se utilizan de manera general para medir presiones o diferencias de presión inferiores a 1 kg/cm2, especialmente cuando la medición debe realizarse con una precisión del orden del 1%. En estos dispositivos, la presión se determina equilibrando la presión con una columna liquida de peso específico conocido. Se mide la altura de la columna y se obtiene la presión por cómputo.

Figura 2. Manómetro de II. Medición de la un sólido presión

columna liquida. deformación de debida a la medida

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(Tubo de Bourdon y manómetros de diafragma).  Tubo de Bourdon El manómetro de Bourdon consta de un fino tubo metálico de paredes delgadas, de sección elíptica muy aplastada y arrollado en forma de circunferencia. Este tubo está cerrado por un extremo que se une a una aguja móvil sobre un arco graduado. El extremo libre, comunica con una guarnición que se conectará al recipiente que contiene el gas comprimido. Cuando la presión crece en el interior del tubo, éste tiende a aumentar de volumen y a rectificarse, lo que pone en movimiento la aguja.

Figura 3. Tubo de Bourdon. III.

Medición del peso que, actuando sobre un área conocida, equilibra la presión medida

 Manómetro 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.

Figura 4. Manómetro de peso muerto.

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1.4.

Medidores de presiones pequeñas

Cuando la presión medida es muy pequeña, por ejemplo, menos de 100mm de la columna liquida, no es posible utilizar ni el manómetro de columna liquida ni el manómetro de una sola rama para obtener una medición de precisión. Hay tres tipos de instrumentos de uso común para la medición de pequeñas presiones: A) El manó metro de columna liquida inclinado Para aumentar la sensibilidad, el manómetro puede inclinarse con respecto a la gravedad, siendo así mayor el movimiento del líquido 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.

Figura 5. Manómetro de columna líquida inclinado. B) El manó metro 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.

Figura 6. Manómetro dedos

fluidos.

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C) El micro-manó metro 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 manó metro de Contacto Eléctrico

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Figura 7. Micro manómetro de Contacto Eléctrico .

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Micro manó metro de Puntas

Figura 8. Micro manómetro de Puntas.

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Micro manó metro de altura constante

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Figura 9. Micro manómetro de altura constante.

CAPÍTULO II EQUIPOS Y MATERIALES  Manómetro de Bourdon

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Figura 10. Manómetro de Bourdon.

 Pesas

Figura 11. Pesas.

Tipos de Pesas:  1 pesa de 5kg.  1 pesa de 10kg.  4 pesas de 20kg.  4 pesas de 100 kg.

 Manómetro Digital

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Figura 11. Manómetro digital.

 Tacómetro

Figura 12. Tacómetro.

 Flexómetro

Figura 13. Flexómetro.

 Anemómetro

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Figura 14. Anemómetro.

 Calibrador de peso muerto

Figura 13.

Calibrador de peso muerto.

PROCEDIMIENTO 

EXPERIENCIA N°1: CALIBRACIÓN DE MANÓMETRO  Primero que nada, debemos verificar que nuestro manómetro de peso muerto se encuentre completamente horizontal sobre el plano que estamos trabajando, esto se logra con ayuda de los dos niveles que tiene dicho manómetro en sus extremos superiores.

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 Verificamos que la válvula 1 (válvula que se ubica más próxima a nosotros), se encuentre completamente cerrada y procederemos a abrir la válvula 2 (válvula que se ubica más al fondo), para la circulación de nuestro fluido de trabajo el cual es el aceite.  Próximo a esto, abrimos una tercera válvula que acciona un pistón el cual a su vez acciona un émbolo con el cual trabajaremos para medir la presión. Primero debemos alinear el tornillo que se encuentra encima del émbolo con el filo del pistón, esa va a ser nuestra referencia inicial; y nos servirá para las siguientes mediciones que realizaremos.  Teniendo nuestro manómetro de peso muerto en las condiciones explicadas anteriormente, se procedió a la colocación de las pesas; una por una, de manera ascendente, con lo que obtuvimos una primera lectura ascendente. Luego se realizará una lectura descendente, retirando cada una de las pesas colocadas; y d esta manera obtendremos una segunda lectura.  Luego de obtener ambas lecturas se procederá a sacar un promedio de ambas lecturas para compararlas con las lecturas reales. Las lecturas reales obtenemos de las pesas colocadas al dividirlas entre el área del pistón. De esta manera lograremos una calibración del tipo mecánica del Manómetro de Bourdon. 

EXPERIENCIA N°2: LÍNEA PIEZOMÉTRICA.  Lo primero que se hizo fue encender el motor eléctrico el cual permitió un flujo de aire a través del ducto. Posterior medimos las revoluciones a la cuál gira el motor con ayuda del tacómetro. 

Una vez que circulo el aire a través del ducto, procederemos a medir la presión en cada punto que se encuentra al rededor del tubo, en total fueron 22 puntos espaciados a una distancia variable, y la presión medida fue la presión estática con ayuda del manómetro digital.

 Esta presión estuvo dividida en 2 partes; parte de succión (presiones negativas) y parte de expulsión (presiones positivas). Las presiones negativas fueron del punto 0 al punto 8, y las positivas del punto 9 al punto 21. Debido a estas tomas logramos construir una gráfica de PE vs. Posición. 

EXPERIENCIA N°3: MEDICIÓN DE PRESIÓN DE VELOCIDAD Y PRESIÓN TOTAL . 2

 Siguiendo con el flujo de aire circulando pasaremos a medir la presión absoluta y presión de velocidad o dinámica para 6 puntos en la sección transversal de dicho ducto. Esta medición la realizaremos de igual manera con el manómetro digital y con ayuda de una regla la cual está conectada a un tubo de Pitot.  Primero hacemos una marca a dicha regla y ubicaremos la regla afuera del ducto, es decir que el final de nuestra regla coincida con ese punto final, nuestra marca se fijó en una distancia de 10.5 cm. Luego iremos aumentando la distancia a 20 creo y luego aumentaremos repetitivamente de 5 en 5 cm.  En cada punto seleccionado mediremos la presión dinámica o de velocidad del fluido; para luego poder sacar la velocidad media de dicho fluido a través de esa sección circular del ducto. Una vez obtenida la velocidad media, hallamos el caudal de aire a través del ducto.

CÁLCULOS, TABLAS Y GRÁFICOS : EXPERIENCIA 1

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EXPERIENCIA 2 2

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EXPERIENCIA 3:

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Ecuación del perfil de velocidad

De la ecuación del perfil de velocidad calculamos el valor medio de la velocidad. Diámetro =0.295m

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Cálculo del Caudal:

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CAPÍTULO III CONCLUSIONES -

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El margen de error presente entre la lectura patrón y la lectura del instrumento en el calibrador del peso muerto puede ser debido a: a. La antigüedad del Manómetro Bourdon que utilizamos en la experiencia. b. Imprecisiones de parte del observador a causa de valores intermedios marcados por la aguja del manómetro. c. El rango más preciso del manómetro Bourdon de marca Wika es de 220 PSI a 500 PSI. En el ensayo de medición de la presión estática a lo largo de todo el tubo, se concluye que el motor del ventilador es el que genera el cambio de presiones debido a su acción de absorber y expulsar el aire en el tubo. En la zona de succión se observa que la presión estática es negativa esto es debido a que inicialmente se forma un pequeño vacío y en consecuencia la presión manométrica es negativa. Inicialmente el valor de la presión estática es

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numéricamente mayor para luego estabilizarse a lo largo del tubo de succión hasta llegar al motor del ventilador. En la zona de descarga se observa que la presión estática es positiva, esto es debido a la menor presión en la zona exterior al tubo. Inicialmente el valor de la presión estática es 3.1 mmH2O para luego disminuir lentamente a lo largo del tubo hasta el exterior en el cual se hace cero. Al verificar la distribución de presiones de velocidad en el área transversal de tubo circular cuyo diámetro es 29.5 cm, se cumple que los valores de la presión total y la presión dinámica incrementan rápidamente en los bordes del área transversal y se mantiene prácticamente constante en la zona media o central de la sección circular. Los valores de la presión dinámica a lo largo del área transversal del ducto se pueden aproximar a una ecuación cuadrática: -0.2731 X 2 +2.0787 X + 3.6485 y con el valor del diámetro del conducto obtenemos a velocidad media 3.9471 m/s y el caudal 0.26978 m 3 /s .

OBSERVACIONES -

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En un principio de la experiencia, no estaba bien calibrada la burbuja de aire en el centro del indicador de nivel. Este punto es muy importante ya que puede variar los resultados del calibrador de peso muerto. Se estuvo rotando el uso del calibrador de peso muerto para que todos participen en la experiencia, pero ello pudo generar imprecisiones debido a las diferentes opiniones a la hora de nivelar el pistón y el tornillo de referencia. El manómetro de Bourdon que se utilizó era antiguo, por lo que era entendible las diferencias en los resultados de la lectura real y la lectura del instrumento.

RECOMENDACIONES -

Se recomienda no perturbar la mesa de trabajo ya que distorsiona las mediciones en el manómetro de Bourdon. Durante el cálculo de perfil de velocidad y caudal del ducto se recomienda que el tubo de Pitot y el manómetro se encuentren en una posición estable y completamente horizontal para que el manómetro brinde medidas más precisas.

BIBLIOGRAFÍA -

Seymour, J., (1962). El laboratorio del ingeniero mecánico. Buenos Aires, Argentina: Editorial Hispana Americana S.A.

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Campos, D. y Miranda, C., (No hay fecha). Mecánica de Fluídos e Hidráulica. Lima, Perú: Editorial Universidad Nacional de Ingeniería.

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Cherenque, W., (1987). Mecánica de Fluídos I y II. Lima, Perú: Editorial PUCP.

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