Laboratorio N 2 PDF

 

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL NACIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA –  ELECTROMECÁNICA   ELECTROMECÁNICA –  MECATRÓNICA LABORATORIO DE MÁQUINAS HIDRÁULICAS 

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN 

 

MEC –  2245   2245 A MECANICA DE FLUIDOS I

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN  PRESIÓN  LMH-2245-02   LMH-2245-02

DOCENTE DE LABORATORIO:  LABORATORIO:  ING. Caral Pablo INTEGRANTES: UNIV. DIAZ CONDO JOSE ROLANDO

PARALELO “B” 

UNIV. MAM MAMANI ANI MAM MAMANI ANI ERICK SANDER

PARALELO “B” 

UNIV. CRUZ FERNAN FERNANDEZ DEZ ELM ELMER ER ROBERTO

PARA PARALELO LELO “A” 

MATERIA: MEC-2245´´A´´ MATERIA:  MEC-2245´´A´´ FECHA DE ENTREGA: 9 / 12 / 20

ORURO - BOLIVIA

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN  RESUMEN

El presente laborator laboratorio io debido a la pandemia se llllevó evó a cabo cabo de maner maneraa virt virtual ual ttee ni e nd o un a reunión por zoom el día miércoles mi ércoles 12 de Diciembre de 202 2020 0 horas 18 18:30 :30 p.m. El docente de laboratorio laboratorio mediante mediante una tr transmisi ansmisión ón en vivo por la plat plataforma aforma de zoom de sd e el laboratorio laboratorio de máq máquinas uinas h hidráuli idráulicas cas explico los difer diferent entes es tipos d dee presion presiones es q ue e x iste is ten, n, como así también una explicación de los diferentes tipos de medidores de presión hay y también se pudo pudo observa observarr que est están án gr gradua aduados dos en diferente diferentess unid unidade adess de pres presii ón ta ma bi an dándonoss a conoc dándono conocer er los diferentes tipos de manómetros manómetros mecánicos y digitales que tiene el laboratorio para tener conocimie conocimientos ntos de cada uno de el ellos. los.

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN 

  1.

INTRODUCCIÓN :

Para las condiciones een n las que opera un fluid fluido o se estudian ciertos ciertos parámetros como:          

Las presiones Temperaturas Velocidades Caudales flujos fluj os másicos etc.

Para los cuales existen distintos instrumentos, su elección depende de las condiciones de Trabajo del sistema, precisión con las que se desea realizar la medición, costo económico, frecuencia de medición, me dición, accesibilidad al punto de medición, me dición, agresivi agresividad dad del eentor ntorno, no, etc. En la presente prá práctic cticaa se brindar brindaráá especial atenc atención ión a la medic medición ión de llaa presión en difer diferen ente tess condiciones condic iones pues son una las mag magnitudes nitudes más impor important tantes es en el traba trabajo jo con fluidos líqu i dos y gaseosos, tanto los recipi recipientes entes presuriza presurizados, dos, como en los conductos de transporte. 2.

OBJETIVOS:   OBJETIVOS:

- Estudiar la medi medición ción de la presión con distintos instrumento instrumentos. s. 3.

MARCO TEÓRICO:  TEÓRICO: 

Las magnitudes que más frecuentemente se miden en el flujo confinado son la presión, temperatura temperat ura y en muchos ca casos sos pr product oducto o de eestas stas pueden hallars hallarsee flujo flujoss más másicos icos y caud ca ud al e s en la presente práctica se realizará especial énfasis en la medición de la presión presi ón 3.1.

PRESION   PRESION

La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. superfi cie.

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  3.2.

MEDICION DE PRESION

Veamos el concepto de Presión Estática. Tomemos como base la figura 3, donde hay un recipiente con un líquido que ejerce una p presió resión n en determi determinado nado pu punto nto proporc proporcion ional al al pe so del líquido y a distancia desde el punto a la superficie. El principio de Arquímedes dice: un cuerpo sumergido sumergido en un líquido queda sujeto a una fuerza, conocida conocida por empuje, igual al pes o del líquido desplazado. desplazado. Por ejemplo, con ba base se en este principio, se puede determin determinar ar el ni ve l, con el uso de un fflotador lotador sometid sometido o al empuje de un líquido, tra transmi nsmitiend tiendo o este movi movimi mi en ento to a un indicador indicador,, a tra través vés de un tubo de torq torque. ue. El medidor debe tener un dispositivo dispositivo de ajuste de de densidad densi dad del líquido, cuyo nivel eest stáá siendo medido, pues el empuje varía según la densidad.  densidad.   La presión estática estática P se define como la rrazón azón entre entre la fuerza F, aplicada perp perpendic endicularment ularmentee a una superficie superfi cie de área A: P = FF/A /A [N/ ,2].

Figura 3 –  Presión  Presión en un punto pun to P sume sumergido rgido

Figura 4 –  Presión  Presión en un cuerpo sumergido Dado un paralelepípedo, según la figura 4, donde se tiene el área del lado A y largura L, la presión en su cara superior y su cara in inferior ferior es dada respectivamente por P  = hρg e P  = (h + D U L) ρg. La presión resultante resul tante sobre el mismo es igual a PU - PD = Lpg. La presió presión nq que ue ejerc e un a

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fuerza perpendicul perpendicular ar a la superficie del fluid fluido o se llama presión est estáti ática. ca. El princip principii o de P as cal ca l dice que cualquier aumento de presión en el líquido se transmitirá igualmente a todos los puntos del líquido. Se usa ese principio en los sistemas sistemas hidrául hidráulicos icos (por ejemp ejemplo, lo, los freno s de los autos) autos) y se ilustra por la fi figura gura 5. En otras palabr palabras: as: las fuer fuerzas zas aaplicadas plicadas tienen inten intensi sida da d proporcional a las áreas respectivas. Téngase aún en cuenta la Ley de Stevin (1548 - 1620): en un fluido homogéneo e incompresible incompr esible equilibrado bajo llaa ac acción ción de la gra gravedad, vedad, la presión cr crece ece linealmente con la profundidad; la diferenci dif erenciaa de pr presió esión n entre dos puntos es igual al producto del pe peso so específico del flui f luido do por la diferencia de ni nivel vel entre los puntos conside considerados. rados.

Figura 5 –  La  La presión eess perpendicular a la sup superficie erficie y las fuerzas aplicadas tienen intensidad  proporcional a las respe respectivas ctivas áreas Veamos ahora la l a presión ejercida por fluidos en movimiento een n la sección transversa transversall de un tubo. Tomemos la figura 6, dond donde: e: F1 = fuerza aplicada a la superficie A1 P1 = razón entre F1 y A1;  ΔL1 = distancia desplazada por po r el flui fluido; do; v1 = veloci v elocidad dad de desplazamiento; h1 = altura rel relativa ativa a la referencia gravitaci gravitacional onal y F2 = fuerza aplicada a la superficie A2 P2 = razón entre F2 y A2;  ΔL2 = distancia distancia desplazada por el fluido;  

V2 = veloci velocidad dad de desplazamiento; h2 = altura relativa a la referencia gravitacional

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Figura 6 –  Ecuación  Ecuación de Bernoulli Bernoulli –  Presión  Presión ejercida por los l os fluidos en movimient movimiento o en la sección ttransversal ransversal de un tubo. tubo.   Suponiéndose un fluido f luido iideal, deal, sin viscosidad viscosidad,, se sabe que eell se desplaza sin atr atritos itos y por lo tanto tant o sin pérdida de energía. energía. El El tra trabajo bajo rresultante esultante de las fuerza fuerzass que aactúa ctúan n en un si st e ma e s igual a la vvariación ariación de la energía cciné inética, tica, teorema traba trabajo jo-energía. -energía. Con esto, tene tenemos: mos: 1+ (1/2) ρ.v12 + ρ. g . h1 = P2 + (1/2)ρ. v22 + ρ. g . h2  P 1+ h2 

Esta es la ecuación de Bernoull Bernoullii que comprueba que la suma de las p presione resioness a lo largo de un tubo es siempre si empre constante para un sistema ideal. Lo interesante es que aquí se puede pueden n reconocer las siguientes sigui entes pre pressiones: •

 

•

 

P1= Presión Aplicada (1/2) ρ.v 12  = Presión Dinámica

•

 

ρ. g.  h1 = Presión Estática

Reorganizando esa relación llegamo l legamoss a la eecuación: cuación:

Ec. 1.1 Esa relación es muy útil para el cálculo de la velocidad velo cidad del fluido, dada dadass la presión de impacto y la presión pre sión estática. A par partir tir de esa rrelación, elación, se pue puede de calcular, por eje ejemplo, mplo, el flujo del fl fluid uido: o:

Ec. 1.2 Donde C = flujo fl ujo real/flujo teórico

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Los valores de C son resultados experimen experimental tales es y p para ara ca cada da tipo de el elemento emento deprimó geno ge no y sistema de toma de impulso, C varía según el diámetro (D) de la pipería, del número de Reynolds (Rd) ( Rd) y de la relación de diáme diámetros tros referente referentess a la secc sección ión A1 y A2

(

)

C = f (D,Rd,β)

3.3 UNIDADES UNI DADES D DEE PRESIÓN EN EL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) (SI)   El Pascal [Pa] es la unidad de presión del Sistema Si stema Internacional de Unidades (SI). Un Pa es e s la presión gen generada erada por la fuerza de 1 Ne Newton wton actua actuando ndo sobre una superfi superficie cie de 1 metro cuadrado a Pa = N/m2. La tabl tablaa 1 muestra las principale principaless unida unidades des y la conversión de las mismas.

inH2O @20oC

atm

bar

kPa

inH2O @20oC

1

0,0025

0,00249

atm

407,513

1

bar

402,185

kPa

kgf/cm2 mmH2O @20oC

mmHg inHg psi @0 @0oC oC @32oF

0,24864

0,00254

25,4000

1,86497

0,07342

0,03606

1,01325

101,325

1,03323

10350,8

759,999

29,9213

14,6959

0,98692

1

100,000

1,01972

10215,5

750,062

29,5300

14,5038

4,02185

0,00987

0,01000

1

0,01020

102,155

7,50062

0,29530

0,14504

kgf/cm2

394,407

0,96784

0,98066

98,0662

1

10017,9

735,558

28,9590

14,2233

mmH2O @20oC

0,03937

0,00010

0,00010

0,00979

0,00010

1

0,07342

0,00289

0,00142

mmHg @0oC

0,53620

0,00132

0,00133

0,13332

0,00136

13,6195

1

0,03937

0,01934

inHg @ 32oF

13,6195

0,03342

0,03386

3,38638

0,03453

345,935

25,4000

1

0,49115

psi

27,7296

0,06805

0,06895

6,89475

0,07031

704, 704,333 333

51,7149

2,03602

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  3.3.

MEDICIÓN DE LA PRESIÓN  

Los instrumentos i nstrumentos que mi miden den la presión pueden clasifica clasificarse: rse: Según la naturaleza de la presión medida me dida como: 3.4.1. BARÓMETROS:  Un barómetro es un instrumento de me medición dición que sirve para evaluar la presi presión ón atmosférica. Es Es decir detecta la presión ejerc ejercida ida por la atm atmósfera ósfera ssobre obre algú algún n punto determi determinado. nado. Su uni da d de medida es el hectopa hectopasca scall (hPa) llaa unidad hecto hecto signific significaa cien. Al ser invent inventado ado por el físico y matemático llamado Torricelli, también se le l e conoce como tubo de Torricelli. Torricelli .

3.4.2. MANÓMETROS: 

Aquellos que miden sobrepresiones o presiones positivas con relación a la atmosfera. Un manómetro manómetro es un instrum instrumento ento emplead empleado o para medir la presi ón de un fluido o gas gas en el interior de un circ circuito. uito. En En las insta install aci ac i on e s de aire comprimido, comprimido, son instr instrumento umentoss vitale vitaless par paraa la inform informac acii ón , regulación y control de los compresores, secadores o filtros. fil tros. 3.4.3. VACUÓMETROS:  

Los que miden depresione depresioness o pr presiones esiones n negati egativas vas rrespe espect cto o a la presión atmosféric atmosfé rica. a. El vac vacuómetro uómetro de M McL cLeod eod es un vac vacuómetro uómetro qu quee mide con gra n precisión presiones inferiores a la presión atmosférica (ver vacío). Se utiliza tanto en la industria como en el campo de la investigación inve stigación científic científicaa y técnica.

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN  3.4.4. MANÓMETROS DE PRESIÓN ABSOLUTA:  

Los que miden la presión absoluta es decir la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica La medición de presión absoluta es el método empleado habitualmente para medir la presión en un sistema cerrado, por ejemplo, al purgar una instalación con una bomba de vacío vací o o al evacuar instalaciones de refrigeració refrigeración n o bombas de calor. calor.

3.4.5.. MANÓMETROS D 3.4.5 DIFERENCIALES: IFERENCIALES:   El manómetro diferencia dife renciall mide la dife diferencia rencia de pr presión esión manométr manométrica ica entre dos puntos puntos (P1 y P2) de allí su

3.5. MICRO MANÓMETROS: MANÓMETROS: los que miden mi den presiones muy pequeñas. Según su principio principi o de funcio funcionamien namiento to puede trata tratarse rse de: 3.5.1. MANÓMETROS ELECTRÓNICOS:  ELECTRÓNICOS:  Son instrumentos muy utilizados como medidores de presión en la industria y en muchas actividades relacionadas con la I+D I+D y eell análisis análisi s técnicocien técnicocientífic tífico. o. 3.5.2. MANÓMETROS DE DE C COLUMNA OLUMNA DE LÍQUIDO: LÍQUIDO:   Las columnas columnas d dee líquido sson on el instr instrumento umento d dee me medi di ció n primaria de presión más difundido y simple, la simplicidad de su método de medición permite que pueda ser fabricado para su uso como patrón de

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referencia refere ncia de alta exactitud para la calibración de manómetros. manóme tros.

MECÁNICOS OS O DE RELOJ:  3.5.3. MANÓMETROS MECÁNIC

4. PRESIÒN HIDROSTATICA Proporciona la pr Proporciona presión esión relativa a u una na pr profundidad ofundidad dad dada, a, en una ma masa sa continua de fl ui do e n reposo, como función f unción de la densidad del fluido y de la profundida profundidad d a la que se encuentra encuentra.. Este resultado es lo que se conoce como la ecuación fundamental de la En el elemento de fluido situado a una profundida profundidad d h bajo la sup superficie erficie lilibre bre sobr sobree la que actúa una presión de referencia refe rencia se tiene que que::

Para un fluido incomprensible la densidad es constante y la ecuación 2 puede integrarse respecto a la profundidad h 1 obteniéndose:  =   ∙  ∙ ℎ 

Ec. (3)

Que

es

la

ecuac ecuación ión

fundamentall de la fundamenta

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hidrostáticapara flu flujo jo incomprensible, incomprensi ble, llaa presión así ccalculada alculada es la pr presió esión n manométrica o presión relativa relati va o la presión de ref referencia erencia la superfi superficie cie p01  qu  quee muy muy a menud menudo o coinci coincide de con l a presión atmosféric atmosfé rica. a. El instrumento que trabaja trabaja utilizando este principio es eell manómetro en en U  U mide la l a presión relativa a llaa atmos atmosfera fera

simple y

La presión absoluta a una profundidad h vie viene ne dada por: .  = .0 + .  =  . +  ∙  ∙ ℎ 

Ec. (4)

Fig.7

El manómetro dife diferenc rencial ial se emplea para medir las dife diferencias rencias de presiones entre dos puntos y es muy utilizado en la medición de velocidades y caudales de flujo mediante el tubo de Venturi,, tobera, orificio calibrad Venturi calibrado o y tubo de Pitod: ∆ = 1 + 2  

Ec. (5)

Donde la p1 y p2 son las presiones absol absolutas utas o manométricas en 1 y 2 rrespectiv espectivamente amente en llaa presente práctica se estudiara el comportamiento de la presión absoluta, manométrica y diferencial. 4.1.

PRESION DINAMICA:

Es generada por la velocidad que llev lle va el fl fluido uido al al interior del conducto pu puede ede obten obtenerse erse d dee l a presión total registrada regi strada mediante el transductor del tubo de Pitod que registra la presión total:  =   +  

5.

METODOLOGÍA DE LA EXPERIMENTACIÓN.

MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS: IN STRUMENTOS: Antes de la inicio de la prác práctica tica deben verificar verificarse se si se cuenta con los siguientes materiales, materiales, equipos equi pos e instrumentos y si estos están en condiciones de trabajar ccon on precisión, confi confiab abilidad ilidad y seguridad. 5.1.

Banco de pruebas. o  Piezómetro Pie zómetro o Ma Manómetros nómetros U de columna de agua. o Manómetro Ma nómetro de presione presioness absolutas di digital gital.. o Ma Manómetro nómetro mecánico mecánico.. o  Contador volumé volumétrico. trico.  

o

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  5.2.

FICHAS TECNICAS:

N° DESCRIPCIÓN DESCRIPCIÓN   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

NOMBRE MARCA INDUSTRIA UNIDAD DE MEDCION ALCANC ALCANCEE MAX. ALCACE MIN. INCERTIDUMBRE PRESICION MATERIAL COLOR 

Manómetro digi digital  tal  

N°

DESCRIPCIÓN   DESCRIPCIÓN

1

NOMBRE

2

MARCA

Contador DN13-15-25  Accysa

3

PRECISIÓN

Precisión R200, en cualquier

testo

USA hPa, mbar 200 0 ± 0.1 ±0.1 Plástico secado secado du duro ro NEGRO

volumétrico

 posición de instalaci instalación. ón.

4

PERDIDA

Minima perdida perdida de carga

5

CARACTERISTICAS

Tapa de incorporada.

plástico

N° DESCRIPCIÓN DESCRIPCIÓN   1 NOMBRE

Manómetro mecánico  

2

MARCA

CRITHERM

3

INDUSTRIA

USA

4  ,5

UNIDADES ALCANCE MAX.

mbar 60[mbar]

6

ALCACE MIN.

0[mbar]

7

CAPACI CAPACIDAD DAD

60[mbar]

8 9

INCERTIDUMBRE PRESICION

± 0.05 ±1

10

MATERIAL

Plástico secado secado du duro ro

11

COLOR 

Plomo

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N°

DESCRIPCIÓN   DESCRIPCIÓN

1

NOMBRE

Piezómetros estánda estándarr Modelos 4500S (H), 4500AL (V)

2

RANGOS RANG OS ESTÁNDAR

4500B 4500B  

4500C   4500C 350, 700 kPa

3

SOBRE RANGO

350, 700 kkPa; 350, Pa; 1, 1, 2, 3 MPa 2 × rango de presión

4

RESOLUCIÓN

0.025% F.S. (mínimo)

0.05% F.S. (mínimo)

 ,5 6

EXACTITUD LINEARIDAD¹

±0.1% F.S.