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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR. Facultad de ciencias Ingeniería Mecánica de fluidos. MEDICION DE PRESION Luis David Hernández Pérez 1

Ingeniería civil Resumen

En el presente reporte se describe el proceso realizado en un manómetro de mercurio en U con el fin de medir algunos valores de presión en dicho instrumento luego de inducir una presión de aire que generó un cambio en los niveles de mercurio. Una vez las diferencias de altura fueron medidas, se tomaron los valores de presión del aire y del agua registrados por los manómetros de Bourdon asociados al montaje. Por último, para motivos de análisis, se realizaron los cálculos de las presiones manométricas del mercurio de acuerdo a los valores registrados de las variaciones en la altura, su densidad y el valor de la gravedad (para ambos casos –agua y aire-). Estos valores calculados de presión manométrica constituyen los valores reales de presión frente a los cuales se compararon los registrados por los manómetros de Bourdon. Palabras clave: Presión manométrica, manómetro, mercurio. Abstract The present report describes the process performed on a U-mercury manometer in order to measure some pressure values on the instrument after inducing an air pressure that generated a change in mercury levels. Once the height differences were measured, the air and water pressure values recorded by the Bourdon manometers associated with the assembly were taken. Finally, for reasons of analysis, the calculations of the manometric pressures of the mercury were made according to the recorded values of the variations in height, their density and the value of gravity (for both cases - water and air). These calculated values of manometric pressure constitute the real pressure values against which the values recorded by the Bourdon gauges were compared. Key words: Manometric pressure, manometer, mercury.

1. Introducción. En este informe encontraremos resultados de la experiencia laboratorio denominada medición presión y estudiaremos cómo

los de de se

comporta un material que no opone resistencia al corte en este caso usaremos un fluido muy poco común en nuestra vida diaria, mercurio. Podremos observar en gran medida

también diremos cómo se comporta la presión en diferentes puntos de un fluido. Para esta práctica de laboratorio contaremos con un único montaje, el cual tendrá dos tipos de medidor de presión (aire y agua).Para poder identificar como es el comportamiento de estas misma. Luego compararemos los resultados esperados con los obtenidos y se verificara cuál de los medidores es más efectivo. 2. Objetivos generales 

Aplicar la ley fundamental de la hidrostática, para de esta manera conocer su utilidad.

2.1 Objetivos específicos   



Identificar las diferentes medidas de presión Calcular la presión manométrica del mercurio Identificar cuál de los diferentes tipos de medidor de presión es más eficiente. Afianzar los conocimientos vistos en clases.

3. Marco teórico. Presión: Se define como el cociente entre la componente normal de la fuerza sobre una superficie y el área de dicha superficie. p=Fn/S La unidad de medida recibe el nombre de pascal (Pa).

La fuerza que ejerce un fluido en equilibrio sobre un cuerpo sumergido en cualquier punto es perpendicular a la superficie del cuerpo. La presión es una magnitud escalar y es una característica del punto del fluido en equilibrio, que dependerá únicamente de sus coordenadas como veremos en la siguiente página. Principio fundamental hidrostática

de

la

Establece que la presión en un punto del interior de un fluido (presión hidrostática) es directamente proporcional a su densidad, a la profundidad que se encuentre dicho punto y a la gravedad del sitio en el que se encuentre el fluido. donde:

𝑝 = 𝑑. 𝑔. ℎ

P es la presión en un punto del fluido. d es la densidad del fluido g es la gravedad del lugar donde se encuentre el fluido. h es la profundidad. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es superior a la atmosférica. Cuando esta cantidad es negativa se la conoce bajo el nombre de presión negativa. La presión manométrica se mide con un manómetro. Cuando la presión se mide en relación a un vacío perfecto, se llama presión absoluta; cuando se mide con respecto a la presión atmosférica, se llama presión manométrica.

El manómetro o tubo de Bourdon es un dispositivo para medir la presión. Consiste en un tubo aplanado que forma una sección circular de aproximadamente 270°. Un extremo del tubo está sellado y libre de sus desplazamientos, el otro extremo está fijado y conectado a la cámara o al conducto en el que la presión debe ser medida. Cuando la presión a medir aumenta, el tubo tiende a desenrollarse, y cuando disminuye, el tubo tiende a curvarse más. Este movimiento se transmite mediante una conexión mecánica a un sistema de engranajes conectado a una aguja.

4. Procedimiento. 









El tanque de compresor debe estar descargado por debajo de los 30 psi para poder arrancar el compresor y permitir que el tanque se cargue hasta la presión señalada. Luego se cierran completamente las válvulas V1 y V2. Se conectó la manguera del compresor al punto de entrada de aire. Se abre cuidadosamente la válvula 2 y se libera un poco aire a presión cuidando que el mercurio no se derrame y se cierra. Se miden los diferentes manómetros y el desplazamiento del mercurio en las mangueras Finalmente se desconectó la manguera del compresor al punto en el que estaba conectado.

Elemento químico, símbolo Hg, número atómico 80 y peso atómico 200.59. Es un líquido blanco plateado a temperatura ambiente a presión atmosférica. Es un metal noble, soluble únicamente en soluciones oxidantes. El mercurio sólido es tan suave como el plomo. El metal y sus compuestos son muy tóxicos 5. Datos de entrada Manómetro Manómetro de u del aire de u del agua (cm) (cm) Prueba 1 18-45 19-42 Prueba 2 23-41 23-38 Prueba 3 23-37 27-35

5.1 manómetro

Tabla 1. Datos de la elevación del mercurio 5.2 manómetro Bourdon Bourdon agua (psi) aire (psi) Prueba 1 5 3.2 Prueba 2 3.5 2 Prueba 3 2 0.8 Tabla 2. Datos del valor de bourdon de agua y aire respectivamente 6. Análisis e interpretación de datos 6.1 Calcule la presión manométrica del agua en la marquilla M2, utilizando el tubo en U lado del agua, tubo en U lado del aire y el manómetro de Bourdon P2. Explique su procedimiento. 𝜌𝐻𝑔 = 13600 kg/𝑚3 𝑃𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝜌 𝑔 ℎ 1° U del agua

P= 2.899psi Bourdon agua= 2psi 3° U del agua H= 0.35m - 0.27m H= 0.08m P= (0.08m)(9.8m/𝑠 2 )(13600 kg/𝑚3 ) P= 10662.4 pa P= 1.5464psi Bourdon agua= 1.5psi Presión Presión del calculada bourdon (psi) de agua (psi) Intento 1 3.39 3 Intento 2 1.5 2 Intento 3 0.79 1.5 Tabla 3. Presión calculada y la presión del bourdon de agua

H= 0.42m - 0.19m H= 0.23m P= (0.23m)(9.8m/𝑠 2 )(13600 kg/𝑚3 ) P= 30654.4 pa P= 4.4460psi

1° U del aire

Bourdon agua= 4psi

H= 0.43m - 0.20m H= 0.23m

2° U del agua

P= (0.23m)(9.8m/𝑠 2 )(13600 kg/𝑚3 )

H= 0.38m - 0.23m

P= 30654.4 pa

H= 0.15m

P= 4.598 psi

P= (0.15m)(9.8m/𝑠 2 )(13600 kg/𝑚3 )

Bourdon aire= 4psi

P= 19992 pa

2° U del aire

H= 0.37m - 0.27m H= 0.1m P= (0.1m)(9.8m/𝑠 2 )(13600 kg/𝑚3 ) P= 13328 pa P= 1.9992psi Bourdon aire= 1psi 3° U del aire H= 0.35m - 0.29m H= 0.06m P= (0.06m)(9.8m/𝑠 2 )(13600 kg/𝑚3 ) P= 5331.2 pa P= 1.199psi Bourdon agua= 0.5psi Presión del bourdon de agua (psi) Intento 1 4.598 4 Intento 2 1.9992 1 Intento 3 1.199 0.5 Tabla 4. Presión calculada y la presión del bourdon de aire Presión calculada (psi)

del bourdon del agua presenta el mismo comportamiento que la presión calculada, es decir, que a medida que la una va disminuyendo la otra también. Para el caso de la presión del aire presenta un mismo comportamiento que la del agua, es decir que a medida que las alturas van disminuyendo la presión de ésta también va disminuyendo. Básicamente ambas presentan el mismo comportamiento cuando va disminuyendo la altura va a disminuir su presión pero la del aire entre más alto esté va a disminuir mucho más rápido pero ya en alturas más pequeñas la disminución de la presión va a ser mucho menos significativa. 6.3 Calcule o evalúe según el caso, la presión absoluta del aire confinado en el tanque utilizando el tubo en U lado del aire y el manómetro de Bourdon P2. Explique su procedimiento. P = 𝒑𝒎𝒂𝒏𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂 + 𝒑𝒂𝒕𝒎𝒐𝒔𝒇𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂 𝒑𝒂𝒕𝒎𝒐𝒔𝒇𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂 = 𝟏𝟓. 𝟏𝟗𝟓 𝒑𝒔𝒊 

6.2 Compare los resultados obtenidos anteriormente y de su concepto teniendo en cuenta que las mediciones de presión se realizaron en un mismo punto. Comparando los resultados obtenidos anteriormente se puede notar que en la U del agua la presión va disminuyendo a medida que su altura va aumentando, por lo cual sería inversamente proporcional, la presión



U del agua 1° p= 3.39 psi + 15.195 psi p= 18.585 psi 2° p= 1.5 psi + 15.195 psi p= 16.695 psi 3° p= 0.79 psi + 15.195 psi p= 15.985 psi U del aire 1° p= 4.598 psi + 15.195 psi p= 19.793 psi 2° p= 1.9992psi + 15.195 psi p= 17.1942 psi 3° p= 1.199 psi + 15.195 psi

Pt = presión teórica calculada mediante la ecuación

p= 16.394 psi Presión absoluta U del agua Primer 18.585 intento Segundo 16.695 intento Tercer 15.985 intento Tabla 5. Presión U del agua y respectivamente

U del aire 19.793 17.1942

absoluta de U del aire

6.5 Si usted considera que los métodos utilizados para medir presión incluyen errores, indique el error o los errores organizándolos de acuerdo al método, expresando el porqué del error y cómo se podría disminuir o evitar.

𝑬% =

Donde:

𝑝𝑡

Error porcentual para la presión del agua Intento 1

16.394

6.4 Compare las mediciones realizadas en el ítem anterior y exprese su concepto al respecto. La presión absoluta depende de forma significativa de la presión atmosférica, de esta forma nos podemos dar cuenta de este esta presión relaciona todos los tipos de presiones que se ven representados dentro del sistema

⎜𝑝𝑡 −𝑝𝑒 ⎜

Pe = presión experimental tomada directamente del manómetro

𝑬𝒑 =

⎜3.39−3⎜ 3.39

∗ 100%

𝑬𝒑 = 11.5% Intento 2 𝑬𝒑 =

⎜1.5−2⎜ 1.5

∗ 100%

𝑬𝒑 = 33.3 % Intento 3 𝑬𝒑 =

⎜0.79−1.5 ⎜ 0.79

∗ 100%

𝑬𝒑 = 89.87% 

Error porcentual para la presión del aire Intento 1

𝑬𝒑 =

⎜4.598−4 ⎜ 4.598

∗ 100%

𝑬𝒑 = 13%

Intento 2 ∗ 100% 𝑬𝒑 =

⎜1.9992−1 ⎜ 1.9992

𝑬𝒑 = 49.98 %

∗ 100%

Intento 3 𝑬𝒑 =

⎜1.199−0.5 ⎜ 1.199

∗ 100%

𝑬𝒑 = 58.3 % De acuerdo al error porcentual obtenido, se tiene que algunos datos no son muy consistentes lo cual nos indica que el procedimiento empleado no fue tan preciso ya que las medidas obtenidas respecto a las teóricas en algunos casos difieren considerablemente. Estos errores por defecto dependen del instrumento puesto que algunos tienen un error absoluto fijo por su tiempo de uso, también podría ser por la falta de limpieza antes de ser utilizado así mismo puedo haber errores por parte del observador o por factores externos. Estos errores se podrían disminuir o evitar en la medida que se empleen diversos métodos para calibrar el manómetro, garantizando que el dial del instrumento tienda a oscilar en el valor estimado hasta equilibrarse o en su defecto es de suma conveniencia disponer de equipos en perfectas condiciones.

7. Conclusiones. A manera de conclusión podemos decir que este laboratorio nos permitió Identificar las diferentes medidas de presión del mismo modo calcular la presión manométrica del mercurio e Identificar cuál de los diferentes tipos de medidor de presión es más eficiente para así afianzar los conocimientos vistos en clases.

Además, se corroboró que en efecto la presión manométrica de un fluido aumenta al aumentar la diferencia de altura entre un extremo y otro del manómetro en U respecto a un nivel inicial. Por último, se concluyó que la consistencia de los datos de acuerdo al error relativo obtenido al comparar los valores experimentales y los calculados depende en gran medida de la precisión de los instrumentos y del observador que toma las mediciones por lo que estos datos poseen un considerable grado de error.

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Efectos ambientales del Mercurio < http://www.lenntech.es/periodic a/elementos/hg.htm > [Consulta el día, 24 de agosto del 2017].