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• Jose Rolando Diaz Condo

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA – ELECTROMECÁNICA – MECATRÓNICA LABORATORIO DE MÁQUINAS HIDRÁULICAS

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN

MEC – 2245 A MECANICA DE FLUIDOS I

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN LMH-2245-02

DOCENTE DE LABORATORIO: ING. Caral Pablo INTEGRANTES: UNIV. DIAZ CONDO JOSE ROLANDO

PARALELO “B”

UNIV. MAMANI MAMANI ERICK SANDER

PARALELO “B”

UNIV. CRUZ FERNANDEZ ELMER ROBERTO

PARALELO “A”

MATERIA: MEC-2245´´A´´ FECHA DE ENTREGA: 9 / 12 / 20

ORURO - BOLIVIA

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN RESUMEN El presente laboratorio debido a la pandemia se llevó a cabo de manera virtual te ni e ndo una reunión por zoom el día miércoles 12 de Diciembre de 2020 horas 18:30 p.m. El docente de laboratorio mediante una transmisión en vivo por la plataforma de zoom de sde el laboratorio de máquinas hidráulicas explico los diferentes tipos de presi ones que e xisten, como así también una explicación de los diferentes tipos de medidores d e presión hay y también se pudo observar que están graduados en diferentes unidades de pre si ón tamabi an dándonos a conocer los diferentes tipos de manómetros mecánicos y digitales que tiene el laboratorio para tener conocimientos de cada uno de ellos.

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN 1. INTRODUCCIÓN : Para las condiciones en las que opera un fluido se estudian ciertos parámetros como:  Las presiones  Temperaturas  Velocidades  Caudales  flujos másicos etc. Para los cuales existen distintos instrumentos, su elección depende de las condiciones de Trabajo del sistema, precisión con las que se desea realizar la medición, costo económico, frecuencia de medición, accesibilidad al punto de medición, agresividad del entorno, etc. En la presente práctica se brindará especial atención a la medición de la presión en diferentes condiciones pues son una las magnitudes más importantes en el trabajo con fluidos líqui dos y gaseosos, tanto los recipientes presurizados, como en los conductos de transporte. 2. OBJETIVOS: - Estudiar la medición de la presión con distintos instrumentos. 3. MARCO TEÓRICO: Las magnitudes que más frecuentemente se miden en el flujo confinado son la presión, temperatura y en muchos casos producto de estas pueden hallarse flujos másicos y caudal e s en la presente práctica se realizará especial énfasis en la medición de la presión 3.1.

PRESION

La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN 3.2.

MEDICION DE PRESION

Veamos el concepto de Presión Estática. Tomemos como base la figura 3, donde hay un recipiente con un líquido que ejerce una presión en determinado punto proporcional al pe so del líquido y a distancia desde el punto a la superficie. El principio de Arquím edes dice: un cuerpo sumergido en un líquido queda sujeto a una fuerza, conocida por empuje, igual al pe so del líquido desplazado. Por ejemplo, con base en este principio, se puede determinar el ni ve l, con el uso de un flotador sometido al empuje de un líquido, transmitiendo este movimi ento a un indicador, a través de un tubo de torque. El medidor debe tener un dispositivo de ajuste de densidad del líquido, cuyo nivel está siendo medido, pues el empuje varía según la densidad. La presión estática P se define como la razón entre la fuerza F, aplicada perpendicularmente a una superficie de área A: P = F/A [N/ ,2].

Figura 3 – Presión en un punto P sumergido

Figura 4 – Presión en un cuerpo sumergido Dado un paralelepípedo, según la figura 4, donde se tiene el área del lado A y largura L, la presión en su cara superior y su cara inferior es dada respectivamente por P D = hρg e P U = (h + L) ρg. La presión resultante sobre el mismo es igual a PU - PD = Lpg. La presión que eje rce una

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN fuerza perpendicular a la superficie del fluido se llama presión estática. El principi o de Pascal dice que cualquier aumento de presión en el líquido se transmitirá igualmente a todos los puntos del líquido. Se usa ese principio en los sistemas hidráulicos (por ejemplo, los fre nos de los autos) y se ilustra por la figura 5. En otras palabras: las fuerzas aplicadas tienen intensidad proporcional a las áreas respectivas. Téngase aún en cuenta la Ley de Stevin (1548 - 1620): en un fluido homogéneo e incompresible equilibrado bajo la acción de la gravedad, la presión crece linealmente con la profundidad; la diferencia de presión entre dos puntos es igual al producto del peso específico del fluido por la diferencia de nivel entre los puntos considerados.

Figura 5 – La presión es perpendicular a la superficie y las fuerzas aplicadas tienen intensidad proporcional a las respectivas áreas Veamos ahora la presión ejercida por fluidos en movimiento en la sección transversal de un tubo. Tomemos la figura 6, donde: F1 = fuerza aplicada a la superficie A1 P1 = razón entre F1 y A1; ΔL1 = distancia desplazada por el fluido; v1 = velocidad de desplazamiento; h1 = altura relativa a la referencia gravitacional y F2 = fuerza aplicada a la superficie A2 P2 = razón entre F2 y A2; ΔL2 = distancia desplazada por el fluido; V2 = velocidad de desplazamiento; h2 = altura relativa a la referencia gravitacional

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN

Figura 6 – Ecuación de Bernoulli – Presión ejercida por los fluidos en movimiento en la sección transversal de un tubo. Suponiéndose un fluido ideal, sin viscosidad, se sabe que el se desplaza sin atritos y por lo tanto sin pérdida de energía. El trabajo resultante de las fuerzas que actúan en un si ste ma e s igual a la variación de la energía cinética, teorema trabajo-energía. Con esto, tenemos: P1+ (1/2) ρ.v12 + ρ. g . h1 = P2 + (1/2)ρ. v22 + ρ. g . h2 Esta es la ecuación de Bernoulli que comprueba que la suma de las presiones a lo largo de un tubo es siempre constante para un sistema ideal. Lo interesante es que aquí se pueden reconocer las siguientes presiones: • • •

P1= Presión Aplicada (1/2) ρ.v12 = Presión Dinámica ρ.g. h1 = Presión Estática

Reorganizando esa relación llegamos a la ecuación:

Ec. 1.1 Esa relación es muy útil para el cálculo de la velocidad del fluido, dadas la presión de impacto y la presión estática. A partir de esa relación, se puede calcular, por ejemplo, el flujo del fluido:

Ec. 1.2 Donde C = flujo real/flujo teórico

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN Los valores de C son resultados experimentales y para cada tipo de elemento deprimóge no y sistema de toma de impulso, C varía según el diámetro (D) de la pipería, del número de Reynolds (Rd) y de la relación de diámetros referentes a la sección A1 y A2

(

)

C = f (D,Rd,β)

3.3 UNIDADES DE PRESIÓN EN EL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) El Pascal [Pa] es la unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades (SI). Un Pa es la presión generada por la fuerza de 1 Newton actuando sobre una superficie de 1 metro cuadrado a Pa = N/m2. La tabla 1 muestra las principales unidades y la conversión de las mismas.

inH2O @20oC

atm

bar

kPa

kgf/cm2 mmH2O @20oC

mmHg inHg psi @0oC @32oF

inH2O @20oC

1

0,0025

0,00249

0,24864

0,00254

25,4000

1,86497

0,07342

0,03606

atm

407,513

1

1,01325

101,325

1,03323

10350,8

759,999

29,9213

14,6959

bar

402,185

0,98692

1

100,000

1,01972

10215,5

750,062

29,5300

14,5038

kPa

4,02185

0,00987

0,01000

1

0,01020

102,155

7,50062

0,29530

0,14504

kgf/cm2

394,407

0,96784

0,98066

98,0662

1

10017,9

735,558

28,9590

14,2233

mmH2O @20oC

0,03937

0,00010

0,00010

0,00979

0,00010

1

0,07342

0,00289

0,00142

mmHg @0oC

0,53620

0,00132

0,00133

0,13332

0,00136

13,6195

1

0,03937

0,01934

inHg @ 32oF

13,6195

0,03342

0,03386

3,38638

0,03453

345,935

25,4000

1

0,49115

psi

27,7296

0,06805

0,06895

6,89475

0,07031

704,333

51,7149

2,03602

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN 3.3.

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN

Los instrumentos que miden la presión pueden clasificarse: Según la naturaleza de la presión medida como: 3.4.1. BARÓMETROS: Un barómetro es un instrumento de medición que sirve para evaluar la presión atmosférica. Es decir detecta la presión ejercida por la atmósfera sobre algún punto determinado. Su uni dad de medida es el hectopascal (hPa) la unidad hecto significa cien. Al ser inventado por el físico y matemático llamado Torricelli, también se le conoce como tubo de Torricelli.

3.4.2. MANÓMETROS: Aquellos que miden sobrepresiones o presiones positivas con relación a la atmosfera. Un manómetro es un instrumento empleado para medir la presi ón de un fluido o gas en el interior de un circuito. En las instal aci one s de aire comprimido, son instrumentos vitales para la informaci ón, regulación y control de los compresores, secadores o filtros.

3.4.3. VACUÓMETROS: Los que miden depresiones o presiones negativas respecto a l a presión atmosférica. El vacuómetro de McLeod es un vacuómetro que mide con gran precisión presiones inferiores a la presión atmosférica (ver vacío). Se utiliza tanto en la industria como en el campo de la investigación científica y técnica.

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN 3.4.4. MANÓMETROS DE PRESIÓN ABSOLUTA: Los que miden la presión absoluta es decir la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica La medición de presión absoluta es el método empleado habitualmente para medir la presión en un sistema cerrado, por ejemplo, al purgar una instalación con una bomba de vacío o al evacuar instalaciones de refrigeración o bombas de calor.

3.4.5. MANÓMETROS DIFERENCIALES: El manómetro diferencial mide la diferencia de presión manométrica entre dos puntos (P1 y P2) de allí su

3.5. MICRO MANÓMETROS: los que miden presiones muy pequeñas. Según su principio de funcionamiento puede tratarse de: 3.5.1. MANÓMETROS ELECTRÓNICOS: Son instrumentos muy utilizados como medidores de presión en la industria y en muchas actividades relacionadas con la I+D y el análisis técnicocientífico. 3.5.2. MANÓMETROS DE COLUMNA DE LÍQUIDO: Las columnas de líquido son el instrumento de me di ción primaria de presión más difundido y simple, la simplicidad de su método de medición permite que pueda ser fabricado para su uso como patrón de

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN referencia de alta exactitud para la calibración de manómetros.

3.5.3. MANÓMETROS MECÁNICOS O DE RELOJ:

4. PRESIÒN HIDROSTATICA Proporciona la presión relativa a una profundidad dada, en una masa continua de fl ui do e n reposo, como función de la densidad del fluido y de la profundidad a la que se encuentra. Este resultado es lo que se conoce como la ecuación fundamental de la En el elemento de fluido situado a una profundidad h bajo la superficie libre sobre la que actúa una presión de referencia se tiene que:

Para un fluido incomprensible la densidad es constante y la ecuación 2 puede integrarse respecto a la profundidad h1 obteniéndose: 𝑝 =𝜌 ∙𝑔∙ℎ Ec. (3)

Que

es

la

ecuación

fundamental de la

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN hidrostáticapara flujo incomprensible, la presión así calculada es la presión manométrica o presión relativa o la presión de referencia la superficie p 01 que muy a menudo coinci de con l a presión atmosférica. El instrumento que trabaja utilizando este principio es el manómetro en U mide la presión relativa a la atmosfera

simple y

La presión absoluta a una profundidad h viene dada por: 𝑃.𝑎𝑏𝑠 = 𝑃.0 + 𝑃.𝑚𝑎 𝑛 = 𝑃 .𝑎𝑡 + 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ ℎ

Ec. (4)

Fig.7

El manómetro diferencial se emplea para medir las diferencias de presiones entre dos puntos y es muy utilizado en la medición de velocidades y caudales de flujo mediante el tubo de Venturi, tobera, orificio calibrado y tubo de Pitod: ∆𝑝 = 𝑃1 + 𝑃2

Ec. (5)

Donde la p1 y p2 son las presiones absolutas o manométricas en 1 y 2 respectivamente en la presente práctica se estudiara el comportamiento de la presión absoluta, manométrica y diferencial. 4.1.

PRESION DINAMICA:

Es generada por la velocidad que lleva el fluido al interior del conducto puede obtenerse de l a presión total registrada mediante el transductor del tubo de Pitod que registra la presión total: 𝑃𝑡𝑜𝑡 = 𝑃𝑑𝑖𝑛 + 𝑃𝑒𝑠𝑡 5. METODOLOGÍA DE LA EXPERIMENTACIÓN. 5.1. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS: Antes de la inicio de la práctica deben verificarse si se cuenta con los siguientes materiales, equipos e instrumentos y si estos están en condiciones de trabajar con precisión, confiabilidad y seguridad. o Banco de pruebas. o Piezómetro o Manómetros U de columna de agua. o Manómetro de presiones absolutas digital. o Manómetro mecánico. o Contador volumétrico.

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN 5.2.

FICHAS TECNICAS:

N° DESCRIPCIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

NOMBRE MARCA INDUSTRIA UNIDAD DE MEDCION ALCANCE MAX. ALCACE MIN. INCERTIDUMBRE PRESICION MATERIAL COLOR

Manómetro digital testo USA hPa, mbar 200 0 ± 0.1 ±0.1 Plástico secado duro NEGRO

N°

DESCRIPCIÓN

1

NOMBRE

2

MARCA

3

PRECISIÓN

Precisión R200, en cualquier posición de instalación.

4

PERDIDA

Minima perdida de carga

5

CARACTERISTICAS

Tapa de incorporada.

Contador DN13-15-25 Accysa

volumétrico

plástico

N° DESCRIPCIÓN 1

NOMBRE

Manómetro mecánico

2

MARCA

CRITHERM

3

INDUSTRIA

USA

4 ,5

UNIDADES ALCANCE MAX.

mbar 60[mbar]

6

ALCACE MIN.

0[mbar]

7

CAPACIDAD

60[mbar]

8 9

INCERTIDUMBRE PRESICION

± 0.05 ±1

10 11

MATERIAL COLOR

Plástico secado duro Plomo

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN

N°

DESCRIPCIÓN

1

NOMBRE

2

RANGOS ESTÁNDAR

Piezómetros estándar Modelos 4500S (H), 4500AL (V) 4500B

350, 700 kPa

3

SOBRE RANGO

350, 700 kPa; 1, 2, 3 MPa 2 × rango de presión

4

RESOLUCIÓN

0.025% F.S. (mínimo)

0.05% F.S. (mínimo)

,5

EXACTITUD

±0.1% F.S.

±0.1% F.S.

6

LINEARIDAD¹