Objetivos

Aclarar el concepto de presión manométrica, barométrica y absoluta.

Aplicación práctica del principio de pascal.

Determinar si el barómetro esta calibrado.

Estudiar el error que se comete al efectuar una lectura manométrica.

Equipos utilizados

1. Calibrador de barómetro.2. Juego de pesas.3. Aceite.4. Beacker.5. Un desatornillador de ranura.6. Barómetro.

IntroducciónEugene Bourdon es el casi desconocido inventor de uno de los instrumentos más conocidos por ingenieros en todo el mundo. El manómetro, o tubo de Bourbon, ha sido el equipo más utilizado para la medición de presión a escalas de laboratorio e industrial desde su introducción a mediados del siglo XIX. Su aparición en el mercado europeo, y casi inmediatamente después en el americano, se constituyó en el punto de partida para el paulatino pero firme reemplazo del por ese entonces muy común manómetro de mercurio por un elemento que respondía a la aplicación de un principio físico diferente. Su invención, para nada ajena a las usuales polémicas de prioridad de la ´época surgidas alrededor de importantes eventos científicos y tecnológicos, permitió subsecuentemente desarrollos en áreas relacionadas de instrumentación y control de procesos.

Profesionales y estudiantes de todas las ramas de la ciencia y la ingeniería frecuentemente utilizan en el desarrollo de sus actividades equipos, modelos, teorías, o ecuaciones bautizadas con el nombre de la persona responsable, o de alguna manera involucrada en su diseño o formulación, pero poco o nada conocen de ella. El manómetro, o tubo de Bourdon, es un claro ejemplo de esta situación. En la actualidad, más de siglo y medio después de la construcción de su versión original, muy probablemente no existe otro equipo más ampliamente usado en laboratorios e industrias de procesos para la medición de presiones de toda clase de fluidos, en intervalos que alcanzan prácticamente las 6800 atm. Al cumplirse recientemente el segundo centenario del nacimiento de Eugene Bourdon, este artículo tiene como propósito revelar detalles poco conocidos de su vida y obra, pero ante todo las circunstancias generales del desarrollo de su manómetro metálico.

Manómetro de BourdonManómetro:

Es un instrumento que se usa para medir la presión en los fluidos que se establece a través de la diferencia con la presión local al igual que los barómetros su unidad de medida es la atmosfera; en el sistema internacional es Newton por metro cuadrado; según la historia la aparición de los manómetros se les debe a Aristóteles y galileo quienes fueron los primeros en estudiar el comportamiento de los fluidos.

Hay varias clases de manómetros entre los cuales tenemos:

Manómetro de Bourdon. Manómetro de columna de líquido (Manómetro de tubo de U, Manómetro de

Tintero y Manómetro de Tubo inclinado.) Manómetro de McLeon. Manómetro Digita.

El manómetro de Bourdon consta de un fino tubo metálico de paredes delgadas, de sección elíptica muy aplastada y arrollado en forma de circunferencia. Este tubo (que se aprecia en la fotografía) está cerrado por un extremo que se une  a una aguja móvil sobre un arco graduado. El extremo libre, comunica con una guarnición (parte superior de la fotografía) que se conectará al recipiente que contiene el gas comprimido. Cuando la presión crece en el interior del tubo, éste tiende a aumentar de volumen y a rectificarse, lo que pone en movimiento la aguja. 

Ventajas y Desventajas de un Manómetro Bourdon.

Este instrumento de medición es muy versátil ya que lo puedes utilizar con algunos líquidos, aceites o gases, según sea su campo de aplicación. Su costo de adquisición y mantenimiento es barato, se pueden adquirir rellenos con glicerina para evitar vibraciones en la aguja y con esto lograr una indicación confiable, se pueden tener de patrones secundarios, de trabajo o como simples indicadores en un proceso donde solo se requiere una indicación de referencia en el proceso, son fácil de instalar, se caracterizan por tener baja rigidez y baja frecuencia natural, pero gran sensibilidad de desplazamiento en su propio diseño, su intervalo de trabajo (medición) característico es de 35 kPa a 100 MPa.

También tienen sus desventajas como: es el caso de falla por fatiga, por sobrepresión,Por corrosión o por explosión. Algunos factores que afectan su funcionamiento son la temperatura ambiente en la cual está el instrumento, el material el cual está hecho, la forma en la cual se instaló el instrumento, vibraciones externas en las cual se instaló el instrumento. La mayoría de los puntos señalados anteriormente se pueden evitar teniendo

En cuenta el conocimiento del proceso o aplicación en donde se tendrá colocado el instrumento.

GeneralidadesUno d ellos objetivos de este laboratorio, es chequear si la lectura que se efectúa en el manómetro es correcta. Para ello comparemos la presión que producen pesas conocidas, colocadas sobre un pistón de sección conocida, con la presión que marca el manómetro. La presión que producen las pesas se trasmiten al manómetro por medio del agua o aceite de acuerdo al principio de pascal.

Tabla de datos

TABLA DE DATOSLectura WA (Kg) Pma Wd (Kg) Pmd

Kn/m2 PSI Kn/m2 PSI1 1 27 4 1 30 4.62 2 52 7.6 2 58 8.53 3 79 11.5 3 85 12.3

40 4 101 15 4 110 165 5 130 19.1 5 143 196 6 152 22.5 6 152 22.5

Formulas a utilizar.

Pr= ℘+WaAp

Pmp= Pma+Pmd2

%E= Pmp−PrPr

×100

Donde:

Wp= Peso del Pistón.

Pr= Presión real.

Wa= Peso ascendente.

Ap= Área del Pistón.

Pmp= Presión manométrica promedio.

Pma= Presión manométrica ascendente.

Pmd= Presión manométrica descendente.

% error= Porcentaje de error.

Cálculos

Pr= ℘+WaAp 1Kgf= 9.8N

Pr1= 1kg+1kg

3.33×10−4 = 6006.006kgf/m2

Pr1= 6,006.006kgf/m2 * 9.8N= 58,858.858N/m2

Pr2= 1kg+2kg

3.33×10−4 = 9,009.009kgf/m2

Pr2= 9,009.009kgf/m2 * 9.8N= 88,288.288 N/m2

Pr3= 1kg+3kg

3.33×10−4 = 12,012.012kgf/m2

Pr3= 12,012.012kgf/m2 * 9.8N= 117,717.717 N/m2

Pr4= 1kg+4kg

3.33×10−4 = 15,015.015kgf/m2

Pr4= 15,015.015kgf/m2 * 9.8N= 147,147.147 N/m2

Pr5= 1kg+5 kg

3.33×10−4 = 18,018.018kgf/m2

Pr5= 18,018.018kgf/m2 * 9.8N= 176,576.576 N/m2

Pr6= 1kg+6 kg

3.33×10−4 = 21,021.021kgf/m2

Pr6= 21,021.021kgf/m2 * 9.8N= 206,006.005 N/m2

Pmp= Pma+Pmd2 1Kn = 1000N

Pmp1= 27+30

2 = 28.5 Kn/m2 Pmp1= 28.5 KN * 1000N= 25,500N/m2

Pmp2= 52+58

2 = 55 Kn/m2 Pmp2= 55 KN * 1000N= 55,000N/m2

Pmp3= 79+85

2 = 82Kn/m2 Pmp3= 82KN * 1000N= 82,000N/m2

Pmp4= 101+110

2 = 105.5 Kn/m2 Pmp4= 105.5KN* 1000N= 105500N/m2

Pmp5= 130+143

2 = 136.5 Kn/m2 Pmp5= 136.5KN * 1000N= 136000N/m2

Pmp6= 152+152

2 = 152 Kn/m2 Pmp6= 152KN * 1000N= 152000N/ m2

Pmp1= 25500N/M2 / 9.81M/S2 =2599.39 KGF/M2

Pmp2=55,000N/m2 / 9.81M/S2 =5606.52 KGF/M2

Pmp3=82,000N/m2 / 9.81 M/S2=8358.82 KGF/M2

Pmp4=105500N/m2/9.81M/S2=10754.332 KGF/M2

Pmp5=136000N/m2/9.81m/s2=13863.405 kgf/M2

Pmp6=152000N/ m2/9.81M/S2=15494.393 KGF/M2

%E= Pmp−PrPr

×100

%E1= 25500−58858.858

58858.858×100=-56.68

%E2= 55000−88828.828

88828.828×100=-38.08

%E3= 82000−11777.717

117717.717×100=59.65

%E4= 105500−147147.147

147147.147×100=-28.30

%E5= 136000−176576.576

176576.576×100=-22.98

%E6= 152000−206006.005

206006.005×100=26.22

TABLA DE RESULTADOSLectura

NO.Pr Pmp %

ErrorKgf/m2 N/m2 Kgf/m2 N/m2

1 6006.006 58,858.858 2599.39 25,500 -56.68

2 9,009.009 88,288.288 5606.52 55,000 -38.08

3 12,012.012 117,717.717 8358.82 82,000 59.65

4 15,015.015 147,147.147 10754.332 105500 -28.30

5 18,018.018 176,576.576 13863.405 136000 -22.98

6 21,021.021 206,006.005 15494.393 152000 26.22

Cuestionario1. ¿Cuáles son las fuentes de error?

La aproximación decimal al momento de realizar las lecturas, tolerancias de fabricación, resolución de visualización, lo que nos lleva a malas lecturas del aparato o el manómetro de Bourdon no está calibrado.

2. ¿Qué otras formas de medir presión conoce?

Por el manómetro en forma de U y manómetro de espiral aunque existen muchos más con mayores precisión que sería importante que fuéramos conociendo.

3. ¿Exprese la ley de pascal y un ejemplo de la vida real en ella?

De forma sencilla la ley de pascal expresa “la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido”.

Un ejemplo muy sencillo es del tan conocido gato hidráulico su funcionamiento consiste en dos cilindros conectados uno más pequeño y corto que el otro, al aplicar una pequeña fuerza al cilindro menor, esto resultará en una presión dada. Mediante el principio de Pascal, se dicen entonces que dicha presión sería la misma en el cilindro más grande, pero al tener éste más área, la fuerza emitida por el segundo cilindro será mayor.

4. ¿Es la presión atmosférica constante?

La presión atmosférica en condiciones normales a nivel del mar es de 101.325 pascales, sin embargo las condiciones atmosféricas de la zona (humedad temperatura) determinan pequeñas variaciones relativas en dicho valor Por lo general hay variaciones que hacen oscilar el valor normal en valores comprendidos entre los 99.000 pascales y 103.500 pascales En los ojos de los huracanes o tornados dicha diferencia es aún mayor En tiempo frio la presión atmosférica es mayor, con tiempo cálido es menor Se confeccionan mapas de zonas de igual presión unidas por líneas (isobaras) 

5. Grafique y haga el análisis correspondiente:

Pr vs Pma

20 40 60 80 100 120 140 1600.00

50,000.00

100,000.00

150,000.00

200,000.00

250,000.00

f(x) = 1168.02039104711 x + 27115.9265739192R² = 0.999025208487554

pr vs pma

Se puede observar en el grafico que la recta con pendiente positiva presenta ligeras curvas que fácilmente se demuestra que los datos tomados en las presiones ascendentes en el laboratorio difieren por poco a los que hechos en cálculos.

Pr vs pmd

20 40 60 80 100 120 140 1600.00

50,000.00

100,000.00

150,000.00

200,000.00

250,000.00

f(x) = 1142.63286010935 x + 22358.799642799R² = 0.987294755688932

pr vs pmd

Al igual que en la presión ascendente el grafico presión real contra presión descendente presenta curvas suaves apenas perceptibles lo que representa que los datos tomados en la realidad se asemejan muchos a los que deberían de ser.

Error vs pmp

0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

f(x) = 0.000413706580893439 x − 48.365143162792R² = 0.206204024115214

% error vs pmp

6. Complete la siguiente tabla de conversiones de unidades.

N/m2 Kgf/cm2 PSI m.c.a. mmHgN/m2 1 1.019x10-5 1.451x10-4 1.020x10-4 7.503x10-3Kgf/cm2 98 000 1 14.225 10 73.529PSI 6.889x103 7.029x10-2 1 0.7029 51.684m.c.a. 9803.922 1.00x10-1 1.423 1 73.559mmHg 133.280 0.0136 0.0193 0.014 1

7. Se suspende un diminuto cubo de acero en agua por medio de un cable. Si la longitud de los lados del cubo son muy pequeños, ¿Qué comparación entre las magnitudes de las presiones sobre la parte superior, el fondo y las superficies laterales de ese cubo?

Para el caso presentado, las presiones en todas las direcciones son las mismas.

Como el cubo es muy pequeño, este se considerar como un punto, y como en un punto la presión es la misma en todas las direcciones, P1=P2=P3=P4

8. Un manómetro de vacio conectado a una cámara da una lectura de 24 Kpa, en un lugar donde la presión atmosférica es de 92 Kpa. Determine la presión absoluta en la cámara.

Pabsoluta=24Kpa+92Kpa=116kpa

9. Determine la presión atmosférica en un lugar donde la lectura barométrica es de 750mmHg. Tome la densidad de mercurio como 13600 kg/m3.

Según la tabla del inciso 6 para pasar mmHg es tan solo multiplicarlo por 133.280 que sería:

P atmosférica=750×133.280=99.96kpa

10. Se puede usar un barómetro básico para medir la altura de un edificio. Si las lecturas barométricas en las partes superior e inferior del edificio son de 730mmHg y 755mmHg respectivamente, determine la altura del edificio suponga una densidad promedio del aire de 1.18kg/m3.

Para calcular la altura es necesario pasar los mmHg a kg/m2 a pascales

1 mm de hg = 133.8947 pa

por lo tanto

760mm de hg= 101000 pa730mm de hg= xx=97013.157 pa

760mm de hg =101000 pa755mm de hg =xx=100335.526 pa

H=100335.526 pa−97013.157 pa

(9.81m / s2)(1.18kg

m3 )

H=287.0009m

Conclusión

En conclusión pudimos observar de forma practica el principio de pascal de la

incomprensibilidad de los líquidos y la presión que estos ejercen al tratar de buscar una

salida, también aprendimos a cómo utilizar el manómetro de Bourdon que es fácil de

utilizar y mide de forma directa a diferencia de los demás manómetros.

Debido a esta gran ventaja el manómetro de bordón es el más utilizado, otra de las ventajas

que se pudo observar es su fácil montaje y que puede resistir presiones muy altas que

pueden ser de gran utilidad en diferentes ramas ingeniería.

De las desventajas que se pudo ver que existe cierta imprecisión del manómetro si este no

está correctamente calibrado, se hizo muy notable al comparar con los cálculos hechos con

lo obtenido por el manómetro.

Fig.3. Manómetro de Bourdon. Fig.4 Tubo Curvado

Anexos

Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad Tecnología de la Construcción.(F.T.C)

Departamento de Hidráulica y Medio Ambiente.

Mecánica de Fluidos.

Práctica 1

“Manómetro de Bourdon”

Integrante No de Carné

Fernando José meza molina. 2013-61231

Jerson Joel videa García

Grupo de Teoría: Ic-33D

Grupo de Práctica: Grupo

Docente de Teoría: Ing. NOEL HENANDEZ.

Docente de Práctica: Ing. .

Fecha de Realización: 29/04/2015

Fecha de Entrega: 04/05/2015

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