UNIVERSIDAD SEOR DE SIPAN

FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA

Informe de laboratorio N06Mecnica de Fluidos

Trabajo:ESTTICA DE FLUIDOS Y MANOMETRA; ESTTICA DE FLUIDOS Y MANOMETRADocente:VIVES GARNIQUE JUAN CARLOSCurso:MECANICA DE FLUIDOSAlumno:CARRASCO DELGADO JORGE EMERSON

Mircoles, 30 de septiembre del 2015

ndice.

Introduccin:3Resumen:4Objetivos4Marco Terico:5MANOMETRO DE BOURDON6Descripcin y funcionamiento del aparato:6MANMETRO DE AGUA8PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE DATOS (MANOMETRO DE BOURDON)8ESTTICA DE FLUIDOS Y MANOMETRA:9ESPECIFICACIONES9Procedimiento para fluidos estticos y manometra:10Datos experimentales y resultados:11PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL11Anlisis de Resultados:13Conclusiones:14Bibliografa:14

Introduccin:

Existen en la actualidad distintas formas y mtodos de medir la presin, como tambin artefactos especializados en la materia como lo son los manmetros (instrumentos que miden la presin superior a la presin atmosfrica).Entre los distintos manmetros existentes en el mercado existe uno. El cual fue motivo de estudio en el Laboratorio de Termo fluidos, como lo fue el Manmetro Bourdon. Conformado internamente por un tubo delgado lleno de un fluido con una forma circular a 270. Al recibir este una presin P el tubo tendera a enderezarse lo cual provocara un efecto sobre el dial, marcando as la presin manomtrica.Este manmetro Bourdon. Para garantizar su exactitud y precisin, es necesario realizar procesos de calibracin y evaluacin continua del instrumento.Es por ello que se plantea en esta experiencia determinar el error de lectura de un manmetro Bourdon. Para ello se realizaran diversas tcnicas y procedimientos destinados a comprobar dicha exactitud y precisin, las cuales se mencionaran a continuacin.

Resumen:

En esta experiencia se realiz colocando en la plataforma del probador, distintas masas en forma creciente, decreciente y con vibracin, revisando el valor que indique el dial del manmetro. Para determinar la eficacia de cada mtodo se toman los valores medidos en el manmetro y se comparan con la presin real (W/A). La experiencia se determina el error de lectura de un manmetro Bourdon. Haciendo uso de un probador de peso muerto utilizando tres tipos de carga. La esencia primordial de este informe es dar a conocer uno de los instrumentos ms importante que interfieren en la medicin de condiciones especficas de diferentes procesos; El manmetro.En esta experiencia se us el manmetro de Bourdon. Este manmetro est formado por un tubo aplanado y que tiene una forma de C, puede resistir grandes presiones y adems es el ms usado.Pero el problema que origina este laboratorio es la determinacin de la curva de calibracin del manmetro, ya que este manmetro est descalibrado y habr que determinar si es posible calibrarlo.Mediante mediciones de presiones manomtricas (mediciones tomadas en el manmetro) siendo originadas por presiones reales (presiones originadas por pesas normalizadas) se determinan posteriormente la grfica de calibracin del manmetro de Bourdon.En una de las grfica, fue aadida una lnea continua que representa una trasformacin de unidades de [Psi] a [Psi], para que de esta forma se pueda hacer una comparacin entre lo que se espera y los resultados obtenidos.

Objetivos

Comprender el principio de funcionamiento de un manmetro tipo Bourdon y calibrarlo.

Determinar el error de lectura de un manmetro Bourdon. Haciendo uso de un probador de peso muerto con tres tipos de caiga.

Marco Terico:

Presin en un punto:La presin en un punto de un fluido puede definirse como el cociente entre la fuerza actuante normalmente sobre un elemento de rea, y el rea misma. Al hablar de un punto, esta rea del>e tender a cero o al espacio intermolecular e si consideramos un medio continuo.La presin puede expresarse con referencia a un origen arbitrario. Los orgenes ms visuales son el vaco y la presin atmosfrica Cuando se toma como origen el vaco absoluto, la presin se llama presin absoluta y cuando se toma como origen la presin atmosfrica local: se llama presin manomtrica.La escala del manmetro, normalmente, indica cero cuando el medidor est abierto a la presin atmosfrica y. por arriba de cero, est calibrado en pascales o en otras unidades de presin.Aplicando la definicin de presin a la base del pistn y considerando que esta se encuentra en estado esttico y se cumple que:P = W/A.Donde:W = peso del pistn y la carga aadida.A = rea del pistn.

PRESIONPresin es la fuerza ejercida por unidad de rea en forma perpendicular y se expresa en N/m2 en el sistema internacional, esta definicin se muestra en la ecuacin (1) y es aplicable para la presin en slidos (esfuerzo), lquidos (presin hidrulica) y gases (presin neumtica).(1)

Para el caso de una columna vertical de fluido lquido o gas, aplica la definicin expresada en la ecuacin (2), esta ecuacin es la que rige a los manmetros de columna de lquido, punto de inters en este documento.(2)

La ecuacin (3) mejor conocida como la ley de los gases, expresa la presin absoluta ejercida por un gas en un recipiente hermtico a cierta temperatura,(3)

esta ecuacin es til para determinar la diferencia de presin generada por la columna del gas utilizado para la presurizacin, columna de gas que se tiene cuando existe una diferencia de altura entre el nivel de referencia de la columna de lquido (menisco inferior) y el punto de inters (calibrando).

MEDIDA DE LA PRESIN

Para la medida de la presin se utilizan los barmetros y los manmetros. Los barmetros miden presin absoluta, respecto al vaco, mientras que los manmetros miden una presin relativa, diferencial, o presin manomtrica, generalmente una sobrepresin (o depresin) respecto de la presin atmosfrica. Normalmente se llaman barmetros a los instrumentos que miden la presin atmosfrica.

MANOMETRO DE BOURDON

Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma circular de seccin oval. La presin a medir acta sobre la cara interior del tubo, con lo que la seccin oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo. El extremo del tubo sin tensar ejecuta un movimiento que representa una medida de la presin el cual se traslada a una aguja indicadora.Para presiones hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de forma circular con un ngulo de torsin de 270, para presiones superiores, tubos con varias vueltas en forma de tornillo.Los tubos de Bourdon tienen una fuerza de retorno relativamente baja. Por ello, debe tenerse en cuenta su influencia en la indicacin, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento, transmisores de seal lmite o potencimetros de control remoto. Los rganos de medicin de tubo de Bourdon solamente pueden protegerse contra sobrecarga de manera limitada mediante el apoyo del rgano medidor con un valor lmite de presin.Para cualquier tipo de carga, la relacin entre la carga y la deformacin es una constante del material, conocida como el mdulo de Young: E=Carga/e.Por ende, si la constante de deformacin es conocida, se puede obtener la carga segn:Carga = E*eDe modo que frente a deformaciones pequeas de materiales elsticos, ser posible obtener una cuantificacin reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes.El manmetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construccin. Este manmetro, tal vez el ms comn en plantas de procesos que requieran medicin de presiones.

Descripcin y funcionamiento del aparato:

El calibrador de manmetros consta en lo esencial de dos unidades: la unidad de medicin de presin y la unidad de generacin de presin. La unidad de medicin de presin es un manmetro tipo Bourdon que se debe de calibrar. La unidad de generacin de presin consta de una porta pesos y varios pesos.Un manmetro tipo Bourdon: Consiste en un tubo de paredes delgadas, de forma oval, formando un aro circular de aproximadamente 270. Este tubo esta rgidamente unido a la estructura metlica en el extremo donde la presin es admitida al tubo y se puede mover libremente en el otro extremo, el cual esta sellado.

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FIGURA 1: VISTAS FRONTAL Y SUPERIOR DEL EQUIPO.

La unidad de generacin de presin se comunica con la unidad de presin a travs de una tubera llena de aceite. Un aumento de la carga tiene como consecuencia un aumento de la presin del aceite y por tanto un aumento de la presin en el manmetro.

El porta pesos tiene en su parte inferior un mbolo de dimetro d=12 mm que se alojada en un cilindro lleno de aceite. La estanqueidad entre el mbolo y el cilindro tiene lugar de forma Mecnica gracias a un ajuste que permite que el cilindro se desplace prcticamente sin rozamiento y con unas prdidas de aceite mnimas.El sistema consta adems de un cilindro de compensacin (Figura 1) que permite controlar y el nivel de aceite inicial as como subir y bajar la porta pesos. Para la medicin hay que evitar que el porta pesos haga tope en el fondo.

Las masas sobre el porta pesos y el propio porta pesos ejercen una presin sobre el aceite p=mg/A donde m es la masa total, g es la gravedad y A=d2/4 es el rea del mbolo. Gracias al circuito hidrulico esta presin es trasmitida hasta el manmetro a calibrar. Para minimizar errores debidos al rozamiento de adherencia se somete a la porta pesos a un ligero movimiento de giro antes de efectuar la lectura sobre el manmetro.

MANMETRO DE AGUADescripcin y funcionamiento del aparato:La cadena de medida que se utiliza (ver Figura 5) consta bsicamente de un cilindro, un mbolo y un manmetro tipo Bourdon. Sobre la plataforma del mbolo, de masa mp = 0,5 kg y rea Ap = 245 x 106 m2, se aadirn sucesivamente masas para obtener diferentes puntos de medida. El valor real de la presin debajo del mbolo, vendr dado por la expresin:

Dnde: WP es el peso de la plataforma del mbolo y W el de las masa colocadas sobre la citada plataforma. El medidor de presin Bourdon se encuentra conectado a la cmara de agua a la que el mbolo transmite la presin, por lo que la lectura del Bourdon se corresponder con la presin real calculada.

PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE DATOS (MANOMETRO DE BOURDON)1. Retirar la porta pesos. Enroscar el cilindro de compensacin para ayudar a salir al porta pesos del cilindro. Retirar la porta pesos con precaucin para no rayarlo ni gotear aceite.2. Comprobacin del cero. Regular el nivel de aceite de manera que el cilindro quede lleno hasta el borde. El manmetro debera de indicar ahora cero, ya que slo est sometido a la presin ambiente. Anotar el valor indicado por el manmetro.3. Colocar la porta pesos. Se coloca de nuevo la porta pesos en el cilindro de la unidad de presin. Bajar lentamente la porta pesos desenroscando el cilindro de compensacin hasta que el mbolo tenga un guiado suficiente pero sin que llegue a hacer tope.Imprimir a la porta pesos un ligero movimiento de giro para evitar el rozamiento de adherencia. Anotar el valor indicado por el manmetro. La masa del porta pesos es de 385 g.4. Aadir el anillo pequeo. Colocar el anillo de 193 g sobre la porta pesos. Tngase cuidado de encajar la espiga gua de la porta pesos en el talado del anillo. De lo contrario, los dems pesos quedaran inclinados y las mediciones falseadas debido a diferencias en el rozamiento. Antes de tomar la lectura hay que asegurarse de que el mbolo no hace tope e imprimir un ligero movimiento de giro.5. Aadir el resto de anillos. Los anillos restantes son todos de 578 g. Aadir un anillo sobre la porta pesos sin brusquedad para no sobrecargar el manmetro. Asegurarse de que el mbolo no hace tope. Si hace tope enroscar cilindro de compensacin para levantarlo. Imprimir un ligero movimiento de giro y anotar el valor indicado por el manmetro. Aadir un anillo ms y repetir hasta usar todos los anillos.6. Finalizar la prctica. Retirar suavemente los anillos uno a uno. Si el mbolo ascendiera excesivamente, desenroscar el cilindro de compensacin antes de quitar el anillo siguiente.

Manmetro de presin:Tipo Bourdon.0 - 2,5 bar.Masas (pesos aproximados):0,5 kg.1,0 kg.2,5 kg.5 kg.Dimetro del pistn: 18 mm.Peso del pistn: 0,5 kgESTTICA DE FLUIDOS Y MANOMETRA:

FIGURA 2: VISTAS FRONTAL.

Este mdulo ha sido diseado para el estudio de fluidos estticos y manometra. Proporciona al usuario una introduccin en el comportamiento de lquidos bajo condiciones hidrostticas (fluidos en reposo) y la aplicacin de esos principios en la medida de presin usando diferentes tubos manomtricos. Esto permite al usuario demostrar las propiedades de fluidos Newtonianos y comprender un amplio rango de principios fundamentales antes de estudiar fluidos en movimiento.

ESPECIFICACIONESEl mdulo est montado sobre una estructura de aluminio y paneles de acero pintado y consiste en un depsito vertical (de metacrilato, dimetro: 100 mm y altura: 575 mm) que contiene agua y que est conectado a diferentes tubos manomtricos verticales (460 mm de longitud):1 Tubo vertical en U.2 Tubos verticales paralelos.1 Tubo vertical con seccin variable.1 Tubo vertical con un pivote que le permite inclinarse desde 0 a 90.Estos tubos se pueden usar individualmente o combinados para las diferentes demostraciones.Calibre de punta y gancho con escala Vernier.Tuvo piezomtrico.Bomba de aire manual.Vlvula de purga.Tapn que permite cerrar el depsito y que no est abierto a la presin atmosfrica.

Procedimiento para fluidos estticos y manometra:

1.- Estudio de los principios bsicos de la hidrosttica y demostracin del comportamiento de los lquidos en reposo.2.- Uso de tubos manomtricos para medir la presin diferencial.3.- Uso de un tubo manomtrico para la medida de la altura.4.- Uso de un tubo manomtrico en forma de U para medir las diferencias de presin en un gas (aire sobre lquido).5.- Uso de un tubo manomtrico en forma de U para determinar la presin diferencial.6.- Uso de lquidos con densidades diferentes para cambiar la sensibilidad del manmetro en U.7.- Uso de un tubo manomtrico presurizado en forma de Uinvertido para medir diferencias de presin en un lquido.8.- Uso de un manmetro inclinado con diferentes inclinaciones.9.- Medicin del nivel mediante la utilizacin del calibre de punta y gancho con escala Vernier.10.- Medicin del nivel de lquido mediante la utilizacin de una escala.11.- Demostracin de que el nivel de una superficie libre no est afectado por el tamao la forma del tubo.12.- Uso de un tubo piezomtrico para medir la presin.13.- Observacin del efecto de un lquido en movimiento (prdidas por friccin).

Datos experimentales y resultados:

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Inicial mente la plataforma al estar descargada, se tom la lectura de la presin en el dial del manmetro. A continuacin, se aade un peso conocido, se toma la lectura correspondiente. En la misma forma, se aaden pesos hasta completar los 3Kg de masa en la plataforma. Posteriormente se retiran las pesas colocadas, tomndose la lectura correspondiente del manmetro en cada paso.Al terminar de descargar las pesas, se empiezan a aadir una a una. Pero esta vez golpeando la mesa donde de llalla el medidor, antes de leer en el manmetro el dial que mide la presin se espera que este tienda a estabilizarse.Se obtendr valores de presin real calculada, y de presin leda directamente del manmetro.En liase a estas resultadas, se construye una grfica con las tres curvas de presin leda vs presin calculada o real. De esta forma se puede saber o deducir con cul de las tres formas de caiga, el manmetro da mejores lecturas.

Con este procedimiento se tomaron los siguientes datos resumidos en la tabla:Tabla N1SALIDA DEL CALIBRADOR DEL PESO MUERTO LECTURA DEL MEDIDOR CON INCREMENTO DE CARGALECTURA DEL MEDIDOR CON DECREMENTO DE CARDA

Masa(kg)Pesin (Bar)Presin (metros agua)Presin (Bar)Presin (Metros Agua)Presin (Bar)Presin (Metros Agua)

0.4980.19942.033880.151.5300

0.50.20022.042040.353.570.151.53

10.40044.084080.545.5080.353.57

2.51.0010210.2104041.1411.6280.545.508

52.0020420.4208082.222.441.1411.628

GraficoN1

Grafico N2

Tabla N2Presiones(Bar)

ExperimentalTericoMargen de error %

0.150.19940.24

0.350.2002-0.74

0.540.4004-0.34

1.141.00102-0.13

2.22.00204-0.09

Grafico N2Tablero N3Presiones(Metros Agua)

ExperimentalTericoMargen de error %

1.532.033880.24

3.572.04204-0.74

5.5084.08408-0.34

11.62810.210404-0.13

22.4420.420808-0.09

Grafico N3

Anlisis de Resultados:

El procedimiento 1 y 3 dio como resultado un error porcentual promedio de 3.3%67 y un coeficiente de correlacin igual a 1 que significan que dicho procedimiento es preciso y las valores tomados ofrecen la misma tendencia en cada una de las mediciones.El procedimiento 2 dio como resultado un error porcentual promedio y un coeficiente de correlacin de que significan que dicho procedimiento es un poco menos preciso que los anteriores pero de igual manera ofrece en los valores tomados una misma tendencia excepto en las ltimas mediciones. Lo que ocasiona una discontinuidad en la uniformidad de la curva.Por las valores de error obtenidos en la seccin de clculos, se concluye que el mtodo C. junto con el A son los ms efectivas para determinar la presin en un manmetro Bourdon. En el mtodo C se hace de importancia el uso de vibracin mediante los golpes a la mesa como un mtodo para garantizar que el dial del manmetro tienda a oscilar en el valor estimado hasta equilibrarse a diferencia del mtodo A en el cual el dial toma un valor y no tiene la opcin de ajustarse mediante oscilaciones cortas como lo tiene en el mtodo C.El mtodo B no resulto conveniente, pues cuando se van retirando las pesas, la plataforma va a ascender, pero van a existir muchos factores que se opondrn a ese movimiento como lo es el esfuerzo cortante causado por el fluido y el roce con la superficie del tubo por donde se desplaza.

Conclusiones:

Al concluir el presente informe pudimos comprender el funcionamiento de un manmetro de bourdon, para llegar a esto fue necesario dar a conocer un concepto fundamental en la mecnica de fluidos, refirindonos a la presin cuya definicin dice que llamamos presin a la fuerza que se ejerce sobre la unidad de rea, siempre que la fuerza sea perpendicular a la superficie. Para ello se dio a conocer los conceptos de barmetros y los manmetros. Los barmetros miden presin absoluta, respecto al vaco, mientras que los manmetros miden una presin relativa, diferencial, o presin manomtrica. Este manmetro puede ser calibrado de alguna forma, ya que su diferencia mayor se encuentra para bajas presiones. Este manmetro al parecer fue sometido a altas presiones (mayores de la que puede soportar), debido al siguiente razonamiento: El manmetro de Bourdon es un tubo aplanado en forma de C y que debido a la interaccin de presin en aquel tubo, este tiende a enderezarse, pero, al colocarlo en una lnea de alta presin (por ejemplo), esta C hecha de algn tipo especfico de material, sedeform plsticamenteen algn porcentaje, y este porcentaje afecta a la C, concluyendo que necesita ms presin para seguirse deformando. Por lo tanto las presiones pequeas no van a ser percibidas por el manmetro, slo, a medida que aumenta la presin (aproximadamente a 650 [Psi] real) se puede encontrar que esta tiende a ser muy precisa respecto a la lnea normal de presin. Debido a que el efecto de recuperacin es afectado por el esfuerzo cortante originado por la viscosidad del fluido.

Bibliografa:

Manmetro tipo Bourdon con diafragma MAN-R

http:/Avww.koboIdmessring.conVspan ish/t307.html

http:/Avww.se.ehu.es/sbweIVfisica/cursoJava/numerico/regresion/regresion.htm

STREETER. Vctor L. Mecnica de Fluidos. McGraw Hill. Novena Edicin

mecanica de fluidos - jorge e. carrasco delgado14