La primera práctica de laboratorio denominada “Manómetro de Bourdon”

INTRODUCCION

La primera práctica de laboratorio denominada “Manómetro de Bourdon” fue realizada el día sábado 27 de septiembre del 2014, en el Laboratorio de Hidráulica de la Facultad de Tecnología de la construcción, ubicado en el Recinto Universitario Pedro Aráuz Palacios (RUPAP).

Esta práctica consistió en medir presiones manométricas ascendente y presiones manométricas descendentes utilizando como instrumento principal el manómetro de bourdon. El presente informe contiene generalidades acerca del instrumento utilizado(manómetro),contiene la recopilación de las lecturas de las presiones que con esta información obtenida se procedió a calcular presión real presión promedio, y porcentaje de error, los resultados obtenidos se muestran detalladamente en una tabla para luego hacer el debido análisis de los respectivos resultados.

OBJETIVOS

Identificar las diferencias entre presión manométrica, barométrica y absoluta.

Aplicación practica del principio de Pascal.

Apreciar los errores que se cometen al realizar lecturas manométricas.

Determinar si el manómetro esta calibrado.

GENERALIDADES

Presión manométrica: se mide en una columna de agua con respecto a una superficie.

Presión barométrica: se mide en una columna de aire que ejerce presión sobre una superficie.

Manómetros:

Un manómetro es un tubo; casi siempre doblado en forma de U, que contienen un líquido de peso específico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presión.

Tipos de Manómetros:

Los manómetros son de dos tipos, entre los cuales tenemos:

a.-) Manómetros del tipo abierto; con una superficie atmosférica en un brazo y capaz de medir presiones manométricas.

b.-) Manómetros diferencial; sin superficie atmosférica y que sólo puede medir diferencias de presión.

Manómetro de Bourdon

Para una operación segura y eficiente, los sistemas de potencia fluida se diseñan para funcionar a una presión y/o una temperatura específicas, o dentro de una gama de presión y/o de temperaturas.

El poder lubricante de líquidos hidráulicos varía con temperatura y que temperaturas excesivamente altas reducen la vida de los líquidos hidráulicos. También hay que tener en cuenta que los materiales, las dimensiones, y el método de fabricación de los componentes potencia fluida limitan la presión y la temperatura en las cuales un sistema funciona.

Manómetro de Bourdon

En la actualidad y a pesar del pasodel tiempo y las nuevas tecnologías se sigue utilizando en la gran mayoría de los campos industriales un manómetro, como es el caso del tipo Bourdon. En 1846 un ingeniero ferroviario el alemán Schinz había descubierto que un tubo curvado cambiaría su curvatura

cuando estaba sujeta a la presión interna y en 1848 este principio funcionaba en las locomotoras en Alemania. En 1849 el ingeniero francés Eugene Bourdon (1808...1884) tuvo una gran idea de inventar un manómetro metálico el cual en esencia su principio fundamental es que el movimiento del tubo, que es proporcional a la presión; naciendo así el manómetro Bourdon. El cual una de sus primeras aplicaciones fue utilizada por la marina francesa en las calderas de vapor.

Los tubos deBourdon se puedenfabricar en casi cualquier tipo de material que tenga las características elásticas adecuadas según sea el intervalo de presión en la cual se someterá y la resistencia al medio en el cual se utilizará.

Algunos delos materiales que se usan son latón, aleación de acero, aceros inoxidables, bronce fosforado, K-monel y cobre-berilio.

Principio de Funcionamiento

Consiste en un tubo de bronce o acero, doblada en circunferencia. La presión interior del tubo tiende a enderezarlo. Como un extremo del tubo está fijo a la entrada de la presión, el otro extremo se mueve proporcionalmente a la diferencia de presiones que hay entre el interior y el exterior del tubo. Este movimiento hace girar la aguja indicadora por medio de un mecanismo de sector y piñón; para amplificar el movimiento, el curvado del tubo puede ser de varias vueltas formando elementos en “C”, torcido, espiral, o helicoidal.

Las partes de un manómetro Bourdon de puede ver en la figura siguiente en la cual se indican sus partes.

EQUIPO EMPLEADO

Calibrador de Manómetro

Juego de pesas

Agua ó Aceite

Un Beacker

Un desatornillador de ranura

Un Barómetro

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se efectuó una lectura del barómetro al inicio de la práctica.

Se quitó el pistón del cilindro.

Se llenó el cilindro con aceite hasta el rebose.

Se expulsó el aire entrampado inclinando y golpeando suavemente el dispositivo, utilizando el tornillo del cilindro del manómetro.

Se colocó el pistón de peso y conociendo el área se anotó la lectura del manómetro de Bourdon.

Incrementando el peso sobre el pistón, se anotó la lectura manométrica.

Retirando gradualmente las pesas se anotó las nuevas lecturas para cada peso a la par de la anterior correspondiente.

Posteriormente se efectuó una lectura en el barómetro al finalizar la práctica.

TABLAS Y CALCULOS

Fórmulas a utilizar

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.

Tabla de recolección de datos

Lectura Wa(g) Pma(psi) Wd(g) Pmd(psi)

1 0.50 3.8 3 12.1

2 1 5.5 2.5 10.8

3 1.5 7.5 2 9.3

4 2 9.4 1.5 7.8

5 2.5 11.3 1 5.9

6 3 12.1 0.5 4

Presión Manométrica Promedio en PSI

Pmp1=

Pmp2=

Pmp3=

Pmp4=

Pmp5=

Pmp6=

Presión Real:

Pr=

Ap=3.33*10-4m2, Wp= 0.5Kg Wa=0.5Kg

Pr1= Pr1=3003.003 kgf/m2

(3003.003 Kgf)/m^2 *(〖9.8*10〗^(-3) KN)/1Kgf= Pr1=29.423KN/m2

(3003.003 Kgf)/m^2 *(2.205lb/1Kgf)*((1m^2)/(39.37〖Pulg〗^2 ))= Pr1= 4.270PSI

Ap=3.33*10-4m2, Wp= 0.5Kg Wa=1Kg

Pr2= Pr2=4504.505 kgf/m2

(4504.505 Kgf)/m^2 *(〖9.8*10〗^(-3) KN)/1Kgf= Pr2=44.144KN/m2

(4504.505 Kgf)/m^2 *(2.205lb/1Kgf)*((1m^2)/(39.37〖Pulg〗^2 ))= Pr2=6.408PSI

Ap=3.33*10-4m2, Wp= 0.5Kg Wa=1.5Kg

Pr3= Pr3=6006.006 kgf/m2

(6006.006 Kgf)/m^2 *(〖9.8*10〗^(-3) KN)/1Kgf= Pr3=58.859KN/m2

(6006.006 Kgf)/m^2 *(2.205lb/1Kgf)*((1m^2)/(39.37〖Pulg〗^2 ))= Pr3=8.544PSI

Ap=3.33*10-4m2, Wp= 0.5Kg Wa=2Kg

Pr4= Pr4=7507.508 kgf/m2

(7507.508 Kgf)/m^2 *(〖9.8*10〗^(-3) KN)/1Kgf= Pr4=73.574KN/m2

(7507.508 Kgf)/m^2 *(2.205lb/1Kgf)*((1m^2)/(39.37〖Pulg〗^2 ))= Pr4= 10.680PSI

Ap=3.33*10-4m2, Wp= 0.5Kg Wa=2.5Kg

Pr5= Pr5=9009.009kgf/m2

9009.009Kgf/m^2 *(〖9.8*10〗^(-3) KN)/1Kgf= Pr5=88.288KN/m2

(9009.009 kgf)/m^2 *(2.205lb/1Kgf)*((1m^2)/(39.37〖Pulg〗^2 ))= Pr6=12.816PSI

Ap=3.33*10-4m2, Wp= 0.5Kg Wa=3Kg

Pr6= Pr6=10510.511kgf/m2

10510.511Kgf/m^2 *(〖9.8*10〗^(-3) KN)/1Kgf= Pr6=103.003KN/m2

(10510.511 kgf)/m^2 *(2.205lb/1Kgf)*((1m^2)/(39.37〖Pulg〗^2 ))= Pr6=14.952PSI

PORCENTAJE DE ERROR (% E) EN (psi)

%error=

%error1 =

%error1 = -7.30%

%error2 =

%error2 = -11.05%

%error3 =

%error3 = -10.46%

%error4 =

%error4 = -11.86. %

%error5 =

%error5 = -13.78%

%error6 =

%error6 = -19%

Tabla de Resultados

Lectura Pr Pmp Error

PSI PSI %

1 6.408 3.9 -7.30

2 8.544 5.7 -11.05

3 10.680 7.65 -10.46

4 12.811 9.35 -11.86

5 14.952 11.05 -13.78

6 17.088 12.1 -19

DESEMPEÑO DE COMPRENSION

Cuestionario

¿Cuáles son las fuentes de error?

R=La aproximación decimal al momento de realizar las lecturas.

Tolerancias de fabricación.

Resolución de visualización, lo que conlleva a malas lecturas del aparato.

El Manómetro de Bourdon no está calibrado.

¿Que otras formas de medir presión conoce?

R= El tubo de Pitotque es utilizado para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica).

Exprese la ley de pascal y de u ejemplo de ella.

Ejemplo:

Aunque los dos sean fluidos hay una diferencia importante entre los gases y los líquidos, mientras que los líquidos no se pueden comprimir en los gases sí es posible. Esto lo puedes comprobar fácilmente con una jeringuilla, llénala de aire, empuja el émbolo y veras cómo se comprime el aire que está en su interior, a continuación llénala de agua (sin que quede ninguna burbuja de aire) observarás que por mucho esfuerzo que hagas no hay manera de mover en émbolo, los líquidos son incompresibles.

Ley de pascal

Esta incompresibilidad de los líquidos tiene como consecuencia el principio de Pascal (s. XVII), que dice que si se hace presión en un punto de una masa de líquido esta presión se transmite a toda la masa del líquido.

Como puedes ver en esta experiencia si se hace presión con la jeringuilla en un punto del líquido que contiene la esfera, esta presión se transmite y hace salir el líquido a presión por todos los orificios.

La aplicación mas importante de este principio es la prensa hidráulica, ésta consta de dos émbolos de diferente superficie unidos mediante un líquido, de tal manera que toda presión aplicada en uno de ellos será transmitida al otro. Se utiliza para obtener grandes fuerzas en el émbolo mayor al hacer fuerzas pequeñas en el menor.

La presión ejercida en el émbolo 1 se transmitirá al émbolo 2, así pues p1 = p2 y por tanto que constituye la fórmula de la prensa hidráulica, siendo F y S fuerza y superficie respectivamente. Como S2 es grande, la fuerza obtenida en ese émbolo F2 también lo será.

¿Es la presión atmosférica constante?

R= La presión atmosférica sobre el nivel del mar si es constante , Por otra parte, en un lugar determinado, la presión atmosférica disminuye con la altitud,La presión atmosférica decrece a razón de 1 mmHg o Torr por cada 10 m de elevación en los niveles próximos al del mar.

Graficar

Complete la siguiente tabla de conversiones de unidades.

N/m2 Kgf/cm2 PSI m.c.a. mm.Hg

N/m2 1 0.102*10-5 1.45*10-4 1.019*10-4 7.499*10-3

Kgf/cm2 98100 1 14.223 10.000 735.721

PSI 7142 0.0703 1 0.703 51.723

m.c.a. 9813.543 0.1 1.422 1 73.572

mm.Hg 133 1.359*10-3 0.019 0.014 1

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El Manómetro es utilizado para medir presiones aproximadas ya que siempre existirá un margen de error al comparar las presiones medidas con dicho instrumento con las presiones reales, las cuales se producen por pesas conocidas sobre el área conocida del pistón. En nuestra practica al realizar las comparaciones entre dichas presiones primeramente encontramos una considerable diferencia entre las presiones manométricas ascendentes (Pma) y las presiones manométricas descendentes (Pmd), luego pudimos constatar que también existe una considerable diferencia al comparar el promedio entre las dos presiones mencionadas anteriormente con las presiones reales, obteniendo de esta manera un porcentaje de error que supera el 5%. Existen diversos factores que pudieron haber sido la causa de que se presentara estos márgenes de errores, tales como: El mal uso y manejo del manómetro, las pesas no fueron colocadas y retiradas adecuadamente, también otra de las causas pudo haber sido la calibración de la aguja del instrumento ya que trabajamos con un manómetro con muchos años de uso. La única excepción en donde el margen de error no supera el 5% fue en el primer caso en donde se midió la presión únicamente con el peso del pistón que al comparar esta con la presión real correspondiente obtuvimos un porcentaje de error del 1.6% esto se debe a que sobre el pistón no existe ninguna pesa encima de este , porque cada vez que se coloca una pesa sobre el pistón existe el factor de colocarla o retirarla de la manera no adecuada y este factor va aumentando a mediado que se coloquen o retiren mas pesas sobre el pistón siendo este uno de los factores que tiende a aumentar los márgenes de errores.

Recomendaciones:

Cuidar y hacer un buen uso del instrumento mientras se están utilizando

Colocar y retirar de manera adecuada las pesas para no tener problemas al anotar las lecturas de las presiones.

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