LABORATORIO N° 2

MANOMETRO DE BOURDON

RESUMEN

La esencia primordial de este informe es dar a conocer uno de los instrumentos más importante que interfieren en la medición de condiciones específicas de diferentes procesos; El manómetro.

En esta experiencia se usó el manómetro de Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo “aplanado” y que tiene un forma de “C”, puede resistir grandes presiones y además es el más usado.

Pero el problema que origina este laboratorio es la determinación de la curva de calibración del manómetro, ya que este manómetro está descalibrado y habrá que determinar si es posible calibrarlo.

Mediante mediciones de presiones manométricas (mediciones tomadas en el manómetro) siendo originadas por presiones reales (presiones originadas por pesas normalizadas) se determinan posteriormente la gráfica de calibración del manómetro de Bourdon.

En una de las gráfica, fue añadida una línea continua que representa una trasformación de unidades de [Psi] a [Psi], para que de esta forma se pueda hacer una comparación entre lo que se espera y los resultados obtenidos.

INTRODUCCION

Junto con la temperatura, la presión es la variable más comúnmente medida en plantas de proceso. Su persistencia se debe, entre otras razones, a que la presión pude reflejar la fuerza motriz para la reacción o transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o líquidos; la cantidad másica de un gas en un volumen determinado; etc. Debido a este concepto es necesario conocer el manómetro de Bourdon, cuyo medidor de presión industrial es usado tanto a presiones como a vacíos. El cual se dará a conocer en el presente informe. Para ello realizamos una parte teórica y practica la cual va a consistir en la calibración del manómetro de Bourdon, en cual utilizaremos un calibrador de manómetro y el manómetro de Bourdon.

PRESION

Presión es la fuerza ejercida por unidad de área en forma perpendicular y se expresa en N/m2 en el sistema internacional, esta definición se muestra en la ecuación (1) y es aplicable para la presión en sólidos (esfuerzo), líquidos (presión hidráulica) y gases (presión neumática).

(1)

Para el caso de una columna vertical de fluido líquido o gas, aplica la definición expresada en la ecuación (2), esta ecuación es la que rige a los manómetros de columna de líquido, punto de interés en este documento.

(2)

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

(3)

esta ecuación es útil para determinar la diferencia de presión generada por la columna del gas utilizado para la presurización, columna de gas que se tiene cuando existe una diferencia de altura entre el nivel de referencia de la columna de líquido (menisco inferior) y el punto de interés (calibrando).

MEDIDA DE LA PRESIÓN

Para la medida de la presión se utilizan los barómetros y los manómetros. Los barómetros miden presión absoluta, respecto al vacío, mientras que los manómetros miden una presión relativa, diferencial, o presión manométrica, generalmente una sobrepresión (o depresión) respecto de la presión atmosférica. Normalmente se llaman barómetros a los instrumentos que miden la presión atmosférica.

MANOMETRO DE BOURDON

Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma circular de sección oval. La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la sección 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 presión el cual se traslada a una aguja indicadora.

Para presiones hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de forma circular con un ángulo de torsión 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 indicación, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento, transmisores de señal límite o potenciómetros de control remoto. Los órganos de medición de tubo de Bourdon solamente pueden protegerse contra sobrecarga de manera limitada mediante el apoyo del órgano medidor con un valor límite de presión.

Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación es una constante del material, conocida como el módulo de Young: E=Carga/e. Por ende, si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según:

Carga = E*e

De modo que frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, será posible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes.

El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos que requieran medición de presiones.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

En la experiencia se desarrolló la calibración de un manómetro de Bourdon, mediante un instrumento en el que se agregan pesos equivalente a ciertas presiones que ya están determinadas (ver figura 1).

Estas pesas se colocan en un cilindro hidráulico y con un juego de válvula (válvula principal) se regula de tal forma que la marca del cilindro quede en la marca de referencia, de esa forma la presión marcada por las pesas, se muestra en el manómetro (ver detalle en la figura 2).

Las válvulas reguladoras se encargan de regular la válvula principal. Si la válvula principal se abre mucho (llega a su tope), entonces una de ella se encarga de cortar el paso del aceite del cilindro hidráulico (del que viene de la válvula principal) y la otra se encarga de dar el paso al aceite que viene del manómetro a la válvula principal, con esto, la válvula se puede cerrar, luego se le cambia el orden de apertura de las válvulas reguladoras y el proceso para la toma de muestra continúa.

Las pesas calibradas están determinadas en 50 o en 100 [Psi]. Supuestamente, al colocar una pesa en el cilindro hidráulico, el manómetro debe marcar la cantidad agregada, si así fuera, entonces el manómetro está calibrado. El manómetro puede estar graduado en otras unidades.

También deben tomarse las siguientes determinaciones:

Asegurarse de que no haya burbujas de aire en las cañerías del calibrador.

Incremente pesos sobre él embolo el cual ejerce una presión al sistema, y vaya anotando las presiones obtenidas.

3. Cuando se haya alcanzado la máxima presión, repita el procedimiento removiendo los pesos y anotando nuevamente las presiones obtenidas.

EXPOSICION DE LOS RESULTADOS

Para efectuar el laboratorio se procedió a agregarle las pesas de 50 en 50 [Psi] hasta llegar a completar las mediciones tomadas en el manómetro (carga). Se efectuó la misma operación pero esta vez se le fueron quitando los pesos (descarga).

Con este procedimiento se tomaron los siguientes datos resumidos en la tabla:

CARGA DESCARGA

Peso (psi) Presión (Kgf/cm2) Presión (psi) Peso (psi) Presión (Kgf/cm2) Presión (psi)

50 7,5 106,7279768 800 57 810,72183

100 9,2 130,9196515 750 53 753,82907

150 13,1 186,4181994 700 50 711,1595

200 16,1 229,1093901 650 46 654,26674

250 20 284,607938 600 42,5 604,485575

300 23,1 328,7221684 550 40 568,9276

350 26,8 381,374637 500 36,5 519,146435

400 30 426,9119074 450 33,5 476,476865

450 33,5 476,7182962 400 30 426,6957

500 37,1 527,9477251 350 26 369,80294

550 40,5 576,3310745 300 23 327,13337

600 44 626,1374464 250 19,5 277,352205

650 47,3 673,0977735 200 17 241,79423

700 51 725,750242 150 13 184,90147

750 55 782,6718296 100 9,5 135,120305

800 58,5 832,4782188 50 6 85,33914

Con estos datos se realizó la gráfica de las presiones reales (las pesas normalizadas) y las presiones manométricas (la medida del manómetro de Bourdon).

En la gráfica, las unidades [Kgf/cm2] tomadas con el manómetro, se transformaron en [Psi], aún así, la gráfica es la misma (en su forma) si se hubiera mezclado las unidades.

La calibración del manómetro de bourdon realizada en la experiencia, nos da a conocer que con los datos obtenidos al realizar la carga sobre el embolo la presión obtenida es mas exacta tomando en cuenta una línea recta, con respecto a la presión que se toma en la descarga.

La descarga sufre una pequeña variación debido a que pudo a ver sido producido por el operante al efectuar la medición.

CONCLUSION

Al concluir el presente informe pudimos comprender el funcionamiento de un manómetro de bourdon, para llegar a esto fue necesario dar a conocer un concepto fundamental en la mecánica

de fluidos, refiriéndonos a la presión cuya definición dice que llamamos presión a la fuerza que se ejerce sobre la unidad de área, siempre que la fuerza sea perpendicular a la superficie. Otra pregunta que fue necesario contestar como medimos la presión? Para ello se dio a conocer los conceptos de barómetros y los manómetros. Los barómetros miden presión absoluta, respecto al vacío, mientras que los manómetros miden una presión relativa, diferencial, o presión manométrica.

Después de haber conocido aquellos conceptos fundamentales nos referimos al manómetro de bourdon el cual es un elemento de medida depresión industrial, que es usado cuando el máximo requerido sobrepasa 25 lb/pul2 para medir presiones y vacíos combinados, para mediciones de presión mas directa o cuando se producen fluctuaciones de presión repentinas. En la parte experimental se realizo la calibración de un manómetro de bourdon, cuya experiencia consistió en agregar peso a un sistema, en el cual se va midiendo la presión, terminando este proceso se vuelve a realizar pero ahora descargando el sistema, cuya presión es medida.

Al determinar la gráfica de calibración del manómetro, se puede determinar algunas conclusiones o importantes puntos observados:

Este manómetro puede ser calibrado de alguna forma, ya que su diferencia mayor se encuentra para bajas presiones.

Este manómetro al parecer fue sometido a altas presiones (mayores de la que puede soportar), debido al siguiente razonamiento: El manómetro de Bourdon es un tubo “aplanado” en forma de “C” y que debido a la interacción de presión en aquel tubo, este tiende a enderezarse, pero, al colocarlo en una línea de alta presión (por ejemplo), esta “C” hecha de algún tipo específico de material, se deformó plásticamente en algún porcentaje, y este porcentaje afecta a la “C”, concluyendo que necesita más presión para seguirse deformando. Por lo tanto las presiones pequeñas no van a ser percibidas por el manómetro, sólo, a medida que aumenta la presión (aproximadamente a 650 [Psi] real) se puede encontrar que esta tiende a ser muy precisa respecto a la línea normal de presión.

Construcción y uso del manómetro

 

El manómetro es un tubo transparente en forma de U que contiene agua fijado a una tabla vertical sobre la que hay una escala para medir la diferencia de alturas que hay entre los niveles de ambos brazos del tubo. En uno de los extremos del tubo se conecta una manguera para en ella conectar el globo.

El tubo puede ser de plástico acrílico, como el de la fotografía, o flexible, como manguera de plástico transparente. También puede ser hecho en partes, con dos segmentos de tubo recto y un segmento de manguera doblado en forma de U.

Una presión de 1 atmósfera es igual a 1034 centímetros de agua. Los globos de juguete comunes llegan a una presión máxima de alrededor de 60 centímetros de agua. Si el manómetro sólo va a ser usado para medir la presión de globos, la longitud del tubo antes de doblarlo puede ser de 1.25 m y el sitio del doblez estará a unos 45 cm de uno de los extremos.

Un tubo de plástico acrílico de 2 cm de diámetro de pared delgada se hace flexible al aumentar su temperatura. El tubo puede calentarse sumergiéndolo en agua muy caliente o exponiéndolo al chorro de aire caliente de una secadora de pelo. En ambos casos es conveniente usar una lata cilíndrica vacía para moldear la curva.

El chorro de aire caliente se dirige alrededor del tubo en la región que se dobla. Debe tenerse cuidado de no estrangular al tubo.

La tabla de la figura es de 90 X 20 cm de madera delgada. Para mantenerse vertical tiene una base que consiste de un par de piezas de madera clavadas a un bloque al que también se clava la tabla.

El tubo puede fijarse a la tabla con cinta que pasa a través de ella por perforaciones hechas con taladro.

En el extremo corto del tubo se ajusta un tapón de hule horadado para conectar en él un tubo con forma de T al que se fijan mangueras o tubos. Estos componentes se venden en las tiendas de accesorios para acuarios.

El globo se ajusta en un tapón perforado fijado al extremo de la manguera.

La escala sobre la tabla puede ser para medir la presión en "centímetros de agua". Para ello cada centímetro de la escala medirá dos centímetros de agua. Esto es porque por cada centímetro que sube el nivel de uno de los brazos, el nivel del otro brazo baja otro  y la diferencia entre los niveles es de dos centímetros. La diferencia entre los niveles, que es la que mide la presión, siempre es lo doble de lo que ha subido el nivel en un brazo.

El agua se puede colorear con unas gotas de tinta o de pintura vegetal para alimentos.

Cuando no está conectado el globo el nivel de ambos brazos del tubo es el mismo y ese es el sitio del cero de la escala.

Al soplar, el aire entra al globo y al tubo en U, el globo se va inflando y el nivel del agua en el tubo en U va cambiando. Las medidas de presión son confiables cuando el nivel está en reposo, es decir cuando no circula aire. Esto se logra constriñendo la manguera por la que se sopla una vez que el globo está inflado.