Informe #1 Lab Ing Mec - Presión

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Laboratorio de Ingeniería Mecánica

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................22.1. FUNDAMENTO TEÓRICO............................................................................3

2.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.................................................................5

2.3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS................................................6

2.4. RESULTADOS OBTENIDOS.........................................................................7

2.5.1. Gráfica de lectura de presión patrón vs lectura de presión promedio................8

2.5.2. Gráfica de lectura de presión patrón vs lectura de presión ascendente y descendente..................................................................................................................9

2.5.4. Gráfica de lectura de presión patrón vs error porcentual..................................10

2.6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.....................................................11

3. CALIBRACIÓN DEL MICROMANÓMETRO.....................................................123.1. FUNDAMENTO TEÓRICO..........................................................................12

3.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO...............................................................14

3.3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS..............................................15

3.4. DATOS OBTENIDOS...................................................................................15

3.5. RESULTADOS.............................................................................................16

3.6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.....................................................17

4. BIBLIOGRAFÍA:..............................................................................................18

Laboratorio 1: Medición de Presión Índice

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1. INTRODUCCIÓN

En el presente informe detallamos dos experiencias realizadas en el laboratorio.

Primero, la calibración del manómetro de Bourdon donde en un inicio se analiza las características principales del instrumento de medición, en este caso el manómetro de Bourdon; y también se observa de manera directa el concepto de calibración. Para esta experiencia de calibración tomamos como referencia el manómetro de peso muerto, recomendada, la cual usa un principio de comparación entre generar la presión con pesas y medir el valor marcado por manómetro de Bourdon.

Segundo, el uso adecuado de los micromanómetros, las cuales son usadas para medir valores muy pequeños. De manera directa el uso del manómetro de columna liquida y del manómetro de columna inclinada. En la experiencia, analizar un punto del flujo de aire, entorno a las presiones, y de esta manera definir la presión absoluta, dinámica, las cuales fueron medidas con el manómetro de columna liquida y finalmente por diferencia la presión estática, para ser comparada con el valor obtenido usando el manómetro digital o manómetro de columna inclinada.

Conocer la importancia de instrumentos adicionales, como el pitot, para lo cual se recomienda que se encuentre en una posición adecuada y un manómetro digital, el cual usamos como referencia o base para datos en el caso de las paredes del ducto.

Finalmente en el presente informe encontramos el procedimiento adecuado para obtener las medidas, también las recomendaciones detalladas para poder realizar de manera correcta cada una de las experiencias en el laboratorio, los instrumentos utilizados en cada una de las experiencias, la presentación y el análisis de resultados, finalmente observaciones durante la experiencia y a la hora de observar y comparar los cálculos y finalmente conclusiones de cada experiencia.

Laboratorio 1: Medición de Presión Introducción

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2. Experimento 1: CALIBRACIÓN DEL MANÓMETRO DE BOURDON

2.1. FUNDAMENTO TEÓRICO

PRESIÓN

La presión es el concepto físico utilizado para caracterizar la influencia de una fuerza perpendicular aplicada sobre un área en un determinado punto, por lo que se mide en unidades de fuerza por unidades de área abreviadas como Pascales (Pa). Hay que diferenciar entre tipos de presiones que son:

Presión absoluta (Pabs): Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absolutos.

Presión Atmosférica (Patm): Es la presión que se debe a la atmósfera local. Se mide con un barómetro.

Presión Manométrica (Pman): Es aquella resultante de otros fenómenos además de la atmosfera. Matemáticamente se formula como la diferencia de la Pabs y la Patm.

Presión Diferencial: Es la diferencia entre dos presiones cualesquiera.

Vacío: Región del espacio en donde la presión absoluta es menor que a presión atmosférica. Como resultado, la Pman es menor que cero.

MANÓMETRO DE BOURDON

Es un instrumento de medición de presiones que consiste en un tubo de bronce o acero, doblada en circunferencia. La presión interior del tubo tiende a enderezarlo. Como un extremo del tubo esta fijo a la entrada de la presión, el otro extremo se mueve proporcionalmente a la diferencia de presiones que existe entre el interior y el exterior del tubo. Este movimiento hace girar la aguja indicadora, la cual finalmente da lectura en una unidad especificada.

Laboratorio 1: Medición de Presión Calibración del Manómetro de Bourdon

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CALIBRADOR DE PESO MUERTO

Se trata de un instrumento usado para calibrar manómetros de Bourdon. Funciona mediante el principio de Pascal: la presión generada por la carga aplicada se transmite a todos los puntos del fluido en este caso aceite, este valor nominal se compara con el marcado en el manómetro de Bourdon para determinar errores o recalibrar el instrumento.

ERROR DE HISTERESIS

Es la máxima diferencia existente entre dos lecturas de un mismo valor de la variable, efectuándose, una de las lecturas cuando esta varía en la dirección ascendente y la otra cuando lo hace en la dirección descendente. Este error casi siempre es despreciable si es menor que la sensibilidad del instrumento.


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2.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

1. Alinear la base del manómetro de peso muerto con ayuda de los tornillos en sus esquinas, hasta que la burbuja en lente se encuentre ubicada en el medio de la media esfera.

2. Abrir completamente la válvula principal.

3. Abrir la válvula a la derecha del pistón para dejar fluir el aceite desde el tanque hasta el pistón.

4. Abrir la válvula a la izquierda del pistón para dejar fluir el aceite desde el pistón hasta el orificio donde se ubicará el manómetro de Bourdon, se debe dejar fluir hasta que llegue casi al tope para así no dejar aire atrapado al colocar el manómetro.

5. Previamente se debe preparar el manómetro en la parte roscada con teflón para evitar fugas.

6. Una vez colocado el manómetro en su posición, colocar las pesas y hacerlas girar; a su vez mover la manivela del pistón para inyectar más aceite hasta que los indicadores de la plataforma de las pesas se nivelen.

7. Repetir el paso 7 con todas las medidas que se van a calibrar.


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2.3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS

Manómetro de peso muerto.

Manómetro de Bourdon.

Teflón.

Desarmador.

Llave de tuercas.


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2.4. RESULTADOS OBTENIDOS

ENSAYO PRESIÓN PATRÓN (PSI) PRESIÓN ASCENDENTE (PSI)

PRESIÓN DESCENTE (PSI)

PRESIÓN PROMEDIO (PSI) ERROR ERROR %

1 0 0 0 0 0 0.000

2 50 62 65 63.5 13.5 27.000

3 100 111 115 113 13 13.000

4 150 160 163 161.5 11.5 7.667

5 200 210 212 211 11 5.500

6 250 260 261 260.5 10.5 4.200

7 300 308 310 309 9 3.000

8 350 358 359 358.5 8.5 2.429

9 400 409 408 408.5 8.5 2.125

10 450 456 458 457 7 1.556

11 500 504 504 504 4 0.800


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2.5. ANALISIS DE RESULTADOS

2.5.1. Gráfica de lectura de presión patrón vs lectura de presión promedio.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 5500

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

Curva de Calibración

LECTURA PRESIÓN PROMEDIO (PSI)

LECT

URA

PRES

IÓN

PAT

RÓN

(PSI

)


8


2.5.2. Gráfica de lectura de presión patrón vs lectura de presión ascendente y descendente.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 5500

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

62

111

160

210

260

308

358

409

456

504

65

115

163

212

261

310

359

408

458

504

Presión real vs Presión patrón

DescendenteAscendente

Presión Patrón

Pres

ión

(psi)


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2.5.4. Gráfica de lectura de presión patrón vs error porcentual.

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.0000

100

200

300

400

500

600

PRESIÓN PATRÓN vs ERROR %

Error porcentual

Lect

ura

de p

resió

n pa

trón


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2.6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

1. Se concluye que el error del 27% en la calibración del manómetro de Bourdon se debe a que el manómetro ya presentaba una deformación previa, debido a su uso y esto se puede notar a bajas presiones (50psi) y con el aumento de presión disminuye el error.

2. Se observa que en las gráficas de la presión patrón vs el promedio de la lectura de la presión, tiene un comportamiento lineal.

3. Se observa en la gráfica comparativa de presión ascendente y descendente que se presenta una ligera diferencia entre ambas mediciones a esta área encerrada por ambas curvas toma el nombre de error de histéresis.

4. Se observa, en la gráfica de Presión patrón vs porcentaje de error, que tiene un comportamiento potencial.

5. Se debe verificar en el indicador de nivel que el manómetro se encuentre correctamente nivelado, ya que generaría una variación en la medición patrón por la descomposición del peso.

6. Se observa que el manómetro de Bourdon utilizado en la experiencia presenta una aproximación de 10 psi por ende la medición no es exacta incurrimos en una nueva aproximación. En cambio si la aproximación del manómetro s menor la lectura sería más exacta y el error por lectura seria mínimo.


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3. CALIBRACIÓN DEL MICROMANÓMETRO

3.1. FUNDAMENTO TEÓRICO

PRESION ESTÁTICA, DINÁMICA Y TOTAL

En la ecuación de Bernoulli, la presión y la velocidad se expresan en alturas que equivalen a energía dada y empleada. Si trabajamos en una tubería por la cual circula un fluido y usando el mismo procedimiento, podemos expresar la velocidad y la altura como presiones.

De estas, la presión dinámica es la que se obtiene de la velocidad. Su valor es:

Pdinamica=12∗ρ∗v2

Y se mide con el tubo de Pitot.

La presión estática o de estancamiento es aquella que se mide en la pared de la tubería (en donde teóricamente la velocidad es cero) y su valor es medido con un manómetro o un piezómetro.

La presión total es la suma de ambas presiones y se mide con un tubo de impacto.

TUBO DE PITOT

Es utilizado para la medición de la presión dinámica. Está formado por dos tubos que detectan la presión en dos puntos distintos de la tubería, similar al uso simultáneo de un piezómetro y de un tubo de impacto. Pueden montarse por separado o agrupado dentro de un alojamiento, formando un dispositivo único.

Este instrumento mide la diferencia de dos presiones: la presión total y presión estática, lo que es la presión dinámica.

Laboratorio 1: Medición de Presión Calibración del Micromanómetro

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La siguiente imagen ilustra su funcionamiento.

Opera según las bases de la

dinámica de fluidos y es un ejemplo clásico para la aplicación práctica de las ecuaciones de Bernoulli. Un tubo de Pitot es un tubo abierto en la parte delantera que se dispone contra una corriente de forma que su eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo. La parte trasera se fija a un manómetro. Estos aparatos pueden ser recalibrados para garantizar una precisión continua.

Cambios en los perfiles de velocidad del flujo pueden causar errores significativos. Por esta razón los tubos Pitot se utilizan principalmente para medir presiones de gases, ya que en este caso, los cambios en la velocidad del flujo no representan un inconveniente serio. Los tubos de Pitot tienen limitada aplicación industrial debido a que pueden obstruirse fácilmente con las partículas que pueda tener el flujo.


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3.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

1. Revisar el desfase del manómetro de columna de agua. Si es que lo presenta tenerlo en cuenta para el resto de mediciones.

2. Revisar la orientación del tubo de pitot la cual debe ser paralela y concéntrica con el tubo.

3. Encender el motor y regular la velocidad a la salida de la tubería.

4. Conectar el manómetro a la salida perpendicular del pitot para medir la presión total y a su vez conectar a la salida paralela a la dirección del flujo para medir la presión dinámica.

5. Por diferencia obtenemos la presión estática.

6. Medir con una micro manómetro digital la presione estática a lo largo de la tubería.

7. Repetir desde el paso 4 para diversos rpm del motor.


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3.3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS

Manómetro de columna líquida. Tubo de pitot.

Micrómetro digital.

3.4. DATOS OBTENIDOS

ENSAYO PRESIÓN TOTAL

PRESIÓN DINÁMICA

PRESIÓN ESTÁTICA

PRESIÓN ESTÁTICA DIGITAL

ERROR ERROR %


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1 50 23 27 24 3 12.500

2 101 53 48 49 1 2.041

3 151 78 73 72 1 1.389

4 204 110 94 103 9 8.738

5 266 141 125 127 2 1.575

3.5. RESULTADOS


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

CURVA DE CALIBRACIÓN

PRESIÓN ESTÁTICA MICROMANÓMETRO ANALÓGICO

PRES

IÓN

EST

ÁTIC

A DI

GITA

L

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3.6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

1. El manómetro de columna líquida se encontraba desfasado 14 mmH2O por lo que generó una imprecisión al obtener los valores de presión total y presión dinámica.

2. La principal fuente de error se debe a la calidad y exactitud de los instrumentos.

3. Se observa un incremento de las presiones proporcionales a la velocidad usada en cada prueba.

4. El valor de la velocidad no ha podido ser observado debido al mal estado del equipo usado para poder comparar los resultados.

5. El tubo de pitot se debe de ajustar paralelo a la dirección del flujo y colocado al centro para evitar las turbulencias en la entrada de pitot.

6. Se concluye que al variar la velocidad y mantener constante la distancia al eje

7. Se concluye que el manómetro de columna líquida hay que calibrarlo correctamente con referencia a la gráfica de curva de calibración.


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4. BIBLIOGRAFÍA:

Yunus Cengel, Jhon Cimbala; Mecánica de Fluidos Fundamentos y Aplicaciones; México; Mc Graw Hill Educación; segunda edición; pág. 74.

http://campus.fca.uncu.edu.ar:8010/pluginfile.php/17939/mod_resource/content/1/Tipos%20de%20man%C3%B2metros%20Descripci%C3%B2n.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n


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Informe #1 Lab Ing Mec - Presión

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