Calibración de Manómetro

Laboratorio Instrumentación Básica

“CALIBRACIÓN DE UN MANÓMETRO (TIPO BOURDON)”

14 de Noviembre de 2018, 2do Término

Tixilima Rodríguez Fernando Andrée

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)

Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)

Guayaquil – Ecuador

feratixi@espol.edu.ec

RESUMEN

Esta práctica fue realizada en el Laboratorio de Mecatrónica, el cual tiene como objetivos calibrar un manómetro tipo Bourdon usando el Calibrador de Manómetros por pesos muertos, además de elaborar la curva característica lineal del instrumento. Para el desarrollo de la práctica será necesario medir el diámetro del embolo por debajo del pistón, se deberá hacer un promedio de las mediciones de dicho diámetro, con esto se determina el área axial donde se aplicará una fuerza gravitacional debido al peso de las masas, además será posible determinar la presión que se ejerce al manómetro debido a dichas fuerzas, dicha presión se genera sobre un fluido de trabajo (agua). Para el desarrollo de la práctica se deberá ir aumentando las masas gradualmente más o menos (0.5kg) hasta llegar a los 5kg, para tomar lectura de la presión que se ejerce, después se deberá disminuir las masas nuevamente se debe tomar datos de las lectura de la presión, esto se realiza para saber que tanto cambia la lectura y así observar si existe alguna clase de histéresis entre los valores obtenidos. Se presentará la tabla de datos, ejemplo de cálculos, tabla de resultados y gráficas correspondientes de F vs Presión, se espera obtener una relación lineal y analizar todo lo relacionado con la práctica.

Palabras clave: calibración, pesos muertos, histéresis.

INTRODUCCIÓN

La calibración de instrumentos es de suma importancia para el campo de la ingeniería, ya que el ingeniero se ve en la necesidad de tomar mediciones correctas y que se asemejen con la realidad.

La calibración estática de indicadores o transductores de presión se utiliza el calibrador de pesos muertos, que consiste en un sistema de vasos comunicantes y un embolo donde se aplica una fuerza conocida. Al tener una fuerza y el área del pistón actuando sobre el fluido de trabajo (agua), la presión que se genera sobre el fluido se transmite al medidor cuando se abre una válvula, está presión varia dependiendo de las cargas. La fricción viscosa entre el pistón y el cilindro en la dirección axial se puede reducir haciendo girar lentamente el pistón con sus pesos mientras se toma la medida.

[pic 1]

Figura 1. Manómetro

El uso del pistón y pesos con el cilindro generan una presión de referencia medible, donde se presentan las siguientes ecuaciones para el desarrollo de la práctica:

[pic 2]

Donde P es la presión [Pa], m es la masa [kg] y g es la aceleración de la gravedad [m/s^2].

Considerando que se tiene un área axial circular, se tiene la siguiente ecuación:

[pic 3]

Si se desea realizar el cálculo de las desviación residual estándar se necesita de la siguiente ecuación:

[pic 4]

Donde dn es la diferencia entre la curva ajustada y los n valores observados, n1 número de incrementos de presión, m1 es el grado del polinomio de la curva característica de calibración del instrumento de manera lineal.

Además será necesario de la ecuación de desviación media residual, se tiene:

[pic 5]

EQUIPOS E INSTRUMENTACIÓN

Para el desarrollo de la práctica fue necesario los siguientes instrumentos, que se detallan a continuación:

Tabla 1. Especificaciones del Calibrador de manómetro

Tabla 2. Especificaciones Manómetro Bourdon

- Calibrador Vernier; incertidumbre ± 0.05 [mm]

PROCEDIMIENTO

Para el desarrollo de la práctica, se verifica que el peso individual de las masas a utilizar tenga el peso adecuado que está marcado, se coloca el equipo en la mesa de trabajo asegurando que la base del pistón este completamente horizontal con la ayuda de una burbuja como indicador de nivelador provisto en la base, ajustando los tornillos y tener una buena nivelación. Conectar los tubos disponibles en la base del medidor, se debe eliminar las burbujas de aire dentro de las tuberías.

Con el pistón al tope de su posición en el interior del cilindro, rote o gire el pistón para reducir la inercia del fluido, la presión ejercida sobre el pistón es leída en el medidor tipo Bourdon, se coloca un peso inicial de 0.5kg sobre el pistón, entonces se mueve el pistón con el peso asegurándose de que el pistón rote libremente. Se añade secuencialmente pesos de 0.5kg moviendo el pistón y anotando las lecturas del medidor de presión, si el pistón alcanza el fondo de su trayectoria en el interior del cilindro entonces se debe añadir más agua para que el pistón pueda moverse libremente en el interior del cilindro. Se repite el proceso, pero esta vez retirando sucesivamente los pesos añadidos al pistón, anotando los valores de presión medidos con el Bourdon.

RESULTADOS

En la sección de anexos, se muestra la tabla de datos medidos durante el desarrollo de la práctica, además se realiza un ejemplo de cálculo dado las ecuaciones mencionadas anteriormente, se muestra las gráficas de Presión Manométrica [kPa] vs Presión Calculada [kPa] y se muestra el respectivo cálculo de error absoluto y la desviación estándar para la diferencia de valores de la presión debido a las lecturas, cálculos y debido a la ecuación de tendencia lineal.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Tabla de Datos

Dado la tabla de datos adjunta en la sección de anexos, se observa que durante la toma de datos de las lecturas de correspondientes a la presión, se puso comentarios “arriba y abajo”, haciendo referencia a la aguja de medición del manómetro se colocaba por encima o por debajo de las lecturas estándar del equipo.

Gráfica 1 y Gráfica 2

Dado las gráficas de Presión Manométrica [kPa] vs Presión Calculada [kPa] tanto de forma creciente como decreciente, si juntamos ambas gráficas, se puede observar que no existe alguna especie de histéresis entre los valores obtenidos durante el desarrollo de la práctica, además se observa que los valores de R=0.9998 indica que existe excelente relación de linealidad, esto quiere decir que el equipo tiene una buena exactitud en la toma de datos.

Tabla de resultados

Dado la ecuaciones lineales correspondientes a las gráficas 1 y 2 mostradas en la sección de anexos, al ser evaluadas por la lectura del manómetro, se obtiene valores de presión casi similares a los valores calculados, esto se debe quizás al redondeo de decimales de la recta características.

Errores Absolutos, desviación estándar

Dado la tabla de resultados en la sección de anexos, se puede observar que el error absoluto correspondiente a la diferencia de las lecturas de presión respecto a la presión calculada no existe porcentajes de error superiores al 2%, sin embargo para las lecturas de presión respecto a los valores de presión debido a la ecuación de la recta, existe un único porcentaje de error de 5%, quiere decir que la diferencia de toma de datos se excede en una unidad.

Por último en los cálculos de la sección de anexos, podemos observar los resultados de la desviación estándar para cada lectura, se muestra que existe una distancia entre valores de por lo menos 0.4 por cada toma de datos obtenidos por la lectura de presiones y presiones calculadas por medio de las ecuaciones mencionadas.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

- Se puede concluir que el instrumento está correctamente calibrado, ya que su curva característica tiene una tendencia lineal.

- Se puede concluir que al existir errores porcentajes menores al 2%, la toma de datos fue realizada con una excelente exactitud.

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