Practica n2 de Mecanica de Fluido

 

PRÁCTICA N° 02: MANÓMETRO.  I.

OBJETIVOS: Identificar, comprender, diferenciar el funcionamiento y el uso de los manómetros tipo piezómetro, manómetro en “U”, manómetro diferencial y el Bourdon.  Operar y realizar mediciones con los diferentes manómetros.

II.

FUNDAMENTO TEÓRICO. 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 o diferencia de niveles a una cierta altura; etc. Debido a este concepto es necesario conocer los manómetros de Piezómetrico Piezómetricos, s, Líquidos, Metálicos y el 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 práctica la cual va a consistir en la la medición de caudal, y el reconocimie reconocimiento nto del manómetro de Bourdon,

1. PRESIÓN. 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:   y es aplicable para la presión en sólidos (esfuerzo), líquidos (presión hidráulica) y gases (presión neumática).

 = ∗

Presión medio, P, es la fuerza normal, F N, que efectúa sobre una superficie dividida entre el área de aplicación, A.

 = 

…………………………. (2.1) 

MEDIDA DE LA PRESIÓN  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.

 

1

 

2. ESCALAS DE PRESIÓN. La escala absoluta, tiene como referencial el cero absoluto o vacío completo y la presión se expresa como una diferencia entre su valor real y el cero absoluto. Figura 2.1. Escalas de presión: absoluta y relativa. Presión absoluta siempre (+)

1 atmosfera normal

Presión relativa

Presión barométrica local varía con el lugar y el tiempo

A +

Presión atmosférica normal

Presión atmosférica local

Presión relativa (-)

Succión, vacío B

Presión absoluta siempre (+)

VACÍO COMPLETO (CERO ABSOLUTO)

  =    +   =    −

   

La escala relativa, tiene como referencia la presión atmosférica normal o local y la presión se expresa como una diferencia entre su valor real y la presión atmosférica. La presión relativa puede ser positiva si la presión real se presenta sobre la presión atmosférica y negativa si se presenta por debajo de la presión atmosférica.

 

2

 

3. VARIACIÓN DE LA PRESIÓN EN UN FLU FLUIDO IDO INC INCOMPRENSIBLE. OMPRENSIBLE. Los líquidos son fluidos incomprensibles, por consiguiente en el sistema definido por la figura 2.2 la densidad del líquido permanece constante. Figura 2.2. Variación de la presión en un fluido incomprensible.

Z2

2

h

Z + Z1

1

Utilizando la ecuación fundamental de la estática,

=

……………………………………(2.2)  

DONDE:   P: presión, (Pa)   : densidad, (Kg/m3)   : altura, (m)   : aceleración de la gravedad, (m/s2)



  

 

Integrando la ecuación 2.2

    ==∫  ∫ = =    = =ℎ  Para presiones relativas, tomando el cero relativo, para la presión atmosférica local en el punto 2 se tiene.  

 =ℎ

 =  = 0

…………………………………………. (2.3) 

Donde: P1es la presión relativa en el punto 1.

 

3

 

4. MANÓMETROS. Los manómetros son aparatos o dispositivos que se emplean para medir diferencias de presiones con relación a la presión atmosférica o al vacío completo, se clasifican:  

Tubos piezométric piezométricos. os.   Manómetros de líquidos.   Manómetros metálicos.

Figura 2.3. Manómetro 

a. TUBOS PIEZOMÉTRICOS. Un tubo piezométrico es un tubo transparente de plástico o de vidrio, con un codo o recto que puede estar instalado en una tubería o recipiente donde se desea medir la presión mediante una toma piezométrico o un anillo piezométrico. El diámetro del tubo piezométrico debe ser de alrededor de 5mm con la cual se evita correcciones por menisco. Los piezométricos son muy precisos, sirven para medir pequeñas presiones relativas, la presión se lee en columna de líquido del fluido que está fluyendo o del líquido que contiene el recipiente done está instalado. b. MANÓMETROS DE LÍQUIDO. Los manómetros de líquido son dispositivos sencillos donde la altura o diferencia del nivel, a la que se eleva un fluido líquido en un tubo vertical abierto mide diferencias de presiones relativas con gran precisión. Estos manómetros miden directamente la presión y se utiliza con frecuencia para mostrar el nivel de líquidos en tanques o hallar la presión diferencial entre dos puntos de un flujo de un fluido en un tubo. Estos manómetros pueden ser utilizados como manómetros abiertos o como manómetros diferenciales. Los principales manómetros son:   o  o  o  o  o  o 

o

 

4

Barómetro de cubeta. Barómetro de U. Manómetro de líquido para presiones relativas. Vacuómetro de líquido para presiones absolutas. Manómetro diferencial en U. Micromanómetro Micromanóm etro de tubo recto e inclinado. Multimanómetro.

 

c. MANÓMETROS METÁLICOS. En los manómetros metálicos la fuerza de presión de fluido actúa sobre un tubo elástico, un émbolo, un resorte, o una membrana, que transmite la presión a una aguja que recorre una escala graduada, a través de un mecanismo simple de palanca y piñón. Los manómetros metálicos miden presiones de vacío (presiones relativas negativas) al 100%, y presiones positivas hasta 10000 atmósferas, son usadas para medir presiones en la ingeniería de los procesos químicos, como presiones del vapor de agua y gases comprimidos. Los principales manómetros metálicos son: o  Manómetro de émbolo. o  Manómetro de Bourdon para presiones absolutas. o  Manómetro de tubo Bourdon. o  Manómetros de fuelle metálico. o  Manómetro de membrana. o  Manómetro de grandes presiones. o  Manómetros diferencial combinado de diafragma y resorte. ALEACIONES. Una aleación aleación es  es una combinación, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.   Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), (hierro), Al (aluminio),, Cu (cobre) (aluminio) (cobre),, Pb (plomo) (plomo).. El elemento aleante puede ser no metálico, como: P (fósforo) (fósforo),, C (carbono) (carbono),, Si (silicio) (silicio),, S (azufre) (azufre),, As (arsénico) (arsénico).. Mayoritariamente las aleaciones son consideradas mezclas, mezclas,   al no producirse enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos generan compuestos químicos.  químicos.  Propiedades. -Las aleaciones presentan brillo metálico, alta conductividad alta conductividad eléctrica y térmica,  térmica, las  las aleaciones no tienen una temperatura de fusión única, dependiendo de la concentración. Aleaciones más comunes.

-  Acero:  Acero: Es  Es aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,008 y el 1,7% en peso de su composición, sobrepasando el 1.7% (hasta 6.67%) pasa a ser una fundición. -  Alpaca:  Alpaca: Es  Es una aleación ternaria compuesta por zinc (8-45%), cobre (45-70%) y níquel (8-20%) - Bronce: Bronce: Es  Es toda aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 %.

 

5

 

III.

MATERIALES Y MÉTODOS. a) Materiales.

 

DISPOSITIVOS PARA MEDIR LA PRESIÓN. Piezómetros. Manómetros de líquido. Manómetros metálicos. UBICACIÓN DE LOS MANÓMETROS. Los diferentes tipos de manómetros están instalados en los equipos de prácticas en el laboratorio de Mecánica de Fluido.

b) Métodos. Poner en funcionamiento primero el equipo de medidores de caudales y segundo el equipo de pérdidas de energía por fricción y verificar que los piezómetros miden la presión relativa con el fluido que está fluyendo.

Utilizando el manómetro metálico de Bourdon, desarmarlo para ver sus partes y su funcionamiento.

 

6

 

En el equipo de pérdida de energía por fricción identificar los manómetros de líquido agua-mercurio, observar y leer las lecturas manométricas en milímetros de mercurio. Luego realizar los cálculos de presión.

Finalmente realizar reconocimiento de los tiposde deacuerdo manómetros que se encuentran en el el laboratorio, anotando sus diferentes características al cuadro presentando en los resultados.

IV.

DATOS. LECTURA DE LÍQUIDOS

 

Lectura Del Rotómetro

Lectura Del Manómetro De Mercurio

10 15

180 – 160 190 – 150

7

Diferencia De Presiones Del Mercurio (mL)

R=20mL R=40mL

R/2=10 R/2=20

Diferencia De Presiones Del Mercurio (m3) 2*10-5 4*10-5 

 

20 25 30 35

210 – 130 235 – 105 265 – 75 300 – 40

Lectura Del Rotómetro 10 15 20 25 30 35

V.

R=80mL R=130mL R=190mL R= 260mL

Lectura Del Manómetro De Líquido 495 – 445 545 – 435 610 – 420 680 – 400 765 – 365 860 - 330

R/2=40 R/2=65 R/2=95 R/2=130

Diferencia De Presiones Del Líquido R=50mL R=110mL R=190Ml R=280mL R=400Ml R=530Ml

R/2=25 R/2=55 R/2=95 R/2=140 R/2=200 R/2=265

8*10-5  1.3*10-4  1.9*10-4  2.6*10-4 

Diferencia De Presiones Del Líquido (m3) 5*10-5  1.1*10-4  1.9*10-4  2.8*10-4  4*10-4  5.3*10-4 

CÁLCULOS Y RESULTADOS. A. RESULTADOS. MANÓMETRO

TIPO

CARACTERÍSTICAS

1

Piezométric Piezométrico o

-trabaja con un solo líquido. - se utiliza a presiones bajas.

2

Manómetro en líquido en “U” 

3

Manómetro diferencial

4

Bourdon

-como mínimo utiliza dos líquidos. -se hacen los cálculos para hallar la presión. -mide la variación de presiones. -este manómetro mide a temperaturas muy altas.

B. CÁLCULOS. 1) Calcular las diferencias d dee presiones en los m manómetros anómetros diferenciales en U agua-mercurio, con los datos obtenidos en el e l laboratorio. Donde:   Donde:

 =1000   = 13 606000   

 

8

 

 

P6

P5

P4

H2

P2

P3 

H1

Pb

Pa=P1

 =     = = ∗∗ ∗∗ℎ  =     =    ∗∗  

 

 

 

   

 =   =  ∗∗ℎ    =  ∗∗   ∗∗     =  ∗   ∗  ∗    ( )       a. A 35     =  ∗ ( ∗ − ∗ )  −    =9.81  ∗ 13600∗2.6∗10 1000∗5.3∗10    :    =29.488860/  29.488860 ./ )  :  :=61459.    =53195  ∗  / b. A 30     =9.81  ∗ 13600∗1.9∗10 − 1000∗4∗10−   :    =21.425040/   / )  :    = 21.425040  ∗ ./  :    =44653.23279   c. A 25

 

9

 

    =9.81  ∗ 13600∗1.3∗10− 1000∗2. 8 ∗10−  :    =14.597280/ 

 

 

/   :    = 14.597280  ∗ ./

)

   d. A 20 :    =30423.08168     =9.81  ∗ 13600∗8∗10− 1000∗1.9∗10−   :    =8.809380/  / )  :    = 8.809380 ∗ ./  :    =18360.16623/  e. A 15

      − −      :  =9. 811=4. ∗257540/ 13600∗4∗10 1000∗1.1∗10  ) .    /   :    = . ∗   /  :    =88733.98824 / 

   =9.81  ∗ 13600∗2∗10− 1000∗5∗10−  ./ :    =2.: 177820/ .      =  ∗  /  :    =4538.927509 /

f. A 10

 

 

)

 

Discusión: en la diferencias de presiones se llegó a que la presión “a” es mayor que la presión “b”, en los cuatro valores de la lectura del rotámetro.

-

si la lectura del rotámetro baja también disminuye en la lectura manométrica.

2) Determinar la presión y la densidad de aire a 9000 pies pies y a una atmósfera 2 isotérmica de 4 °C, si la presión al nivel del mar es e s de 1Kg /cm . f 

  10

 

 =  ∗ 

Dónde: -  -  -  

: ℎ:::

∗   

h= 9000pies   T=4°C   P0= 1Kgf /cm /cm2 

  presión presión del aire presión inicial.

peso específico del aire. altura.



  Si T=es12.1N/m 4°C, el peso 3 del aaire . específico

Hallando la presión del aire.

. ∗. .        ∗   .     .     .         

 = 1 ∗  1  =  1∗   =  ∗   =0.7128 

 

Hallando la densidad del aire a 4°C  4°C 

∗  .      =  

Con la siguiente fórmula:

Dónde: : peso molecular del aire (N2=0.92 , O2=0.21)

=

= 0.7128   presión inicial= 1Kgf /cm /cm2   A condiciones condiciones normale normales= s= 22.4 L/mo L/moll

 =

0. 7 128 1. 3 1∗  = 22.4 1  =0. 0 417⁄ 

 

 

VI.

  11

CONCLUSIONES.

[/ /]

 

 

Se llegó a determinar, comprender, diferenciar el funcionamiento y el uso de los manómetros tipo: piezómetrico, manómetro de en “U”, manómetro diferencial y el

de Bourdon. También operamos y realizamos las mediciones con los diferentes manómetros.

VII.

CUESTIONARIO.

1. Explique los manómetros u utilizados tilizados en la práctica de laborato laboratorio. rio.  

Manómetro de piezométrico: son piezométrico: son tubos transparentes de cristal o plástico, recto o con un codo, de diámetro que no debe ser a 5mm para evitar los efectos de capilaridades debido a la tensión superficial. Este tubo se conecta al punto en que se quiere medir la presión, practicando cuidadosamente en la pared del recipiente o tubería un orificio, que se llama orificio piezométrico. Tubopiezométrico

∆ℎ

  Re la radu raduad adaa

PO Orificio

Los tubos piezométricos sirven para medir la presión en un líquido midiendo la altura de ascensión del mismo líquido en el tubo y no requieren el empleo de otro líquido manométrico distinto. El nivel que alcanza el tubo en el líquido determinando el plano piezométrico. El orificio piezométirco en los líquidos en reposo (tanque, cisterna) no requiere cuidado especial. Ojo: En los fluidos en movimiento se han de tomar las precauciones siguientes: para evitar que se produzcan perturbaciones que transformarían parte de la energía enperpendicular presión en aenergía dinámica y falsearían la disminuir medida: el el efecto tubodea determinar la corriente; conveniente, a fin de   12

 

la capilaridad y tensión superficial, que el diámetro del tubo sea al menos de 10 a 12mm; se ha de eliminar cualquier rebaba remanente del metal en la perforación del tubo, etc.  

Manómetro de líquido: este líquido:  este manómetro se emplea con gran variedad de líquidos como agua, alcohol, mercurio, etc. Manómetro en U: nos ayuda a medir las presiones relativas, para esto se escoge como líquido manométrico uno de Densidad adecuada a la spresiones a cuya medición se destina el manómetro.

 

Manómetro diferencial: diferencial: mide las diferencias de presiones entre dos puntos. De ahí su nombre manómetro diferencial.

 

Manómetro de metálico de Bourdon: sirve Bourdon: sirve para medir presiones muy altas, en el interior tiene un tubo elíptico cuando bajo el influjo de la presión exterior la sección elíptica del tubo se deforma. La deformación se transmite a la aguja, él dicho tubo, y transmitida por el sector y piñón a la aguja indicadora, es función de la presión absoluta.

2. Revisar en las referencias bibliográ bibliográficas ficas que es un micromanómetro con dos líquidos manómetricos y obtener una ecuación para hallar la diferencia de presión, si está instalado en una tubería con un fluido que está fluyendo. El Micro manómetromide presiones muy pequeñas, cuya inmiscibilidad corresponde a uno en otro, y en el líquido cuya diferencia de presiones se va a medir. En uno de estos líquidos se produce una gran diferencia de altura R para pequeñas diferencias de presiones. El líquido más denso, inicialmente ocupa la parte inferior del tubo en U, hasta la línea (o-o); entonces se añade el líquido menos denso en las dos ramas de la U llenándose los depósitos hasta la línea. Esto se utiliza cuando se necesita medir una presión con gran precisión.

Presión A

Presión B

C

D

A

B

A=Área

A=Área  

 

   13

h



 



Donde:    

 

 

: peso específico del mercurio. : peso específico del líquido.

  Llegando así a una ecuación de:

     −  −   ℎ=

3. ¿cómo se po podría dría medir la presión abso absoluta luta en la ciudad de Q Quinua? uinua? Sería de obtener el valor de la presión manométrica, haciendo el uso de un manómetro diferencial en aquella ciudad, por lo tanto tendríamos el valor de la presión manométrica, pero si sabemos que la presión atmosférica es de 1.033 kg/m3. Pero sería conveniente medir la presión a nivel del mar, por supuesto que con ayuda de un manómetro de medidas relativas: La presión de referencia es la atmósfera ya que la presión manométrica se mide con respecto a la presión atmosférica local.y la presión resultante que semide se conoce como presión manométrica. La relación entre la presión absoluta, presión atmosférica y presión manométrica (o presión relativa) es:

 = é  é

 

4. ¿qué es un fluido manométrico? En qu quéé consiste un manó manómetro metro diferencial en U. 4 El fluido manómetro manómetro  seconfiguración llama fluido mostrada manométrico (puede que: ser pHg CCl, aceitedelagua etc ) En  la se cumple p1  y  Hg, p2=  A= CCl p3.Además,  

   =      ℎ  =   óℎ.

Es decir:p A  = h1 

  14

γmanómetroh2 –γ1 

 

El manómetro diferencial en “U” consiste

en en:: Se usa para medir la diferencia depresión que hay entre dosrecipientes o dos puntos de unsistema dado. Dos líquidos manométricos comunesson agua y mercurio. Ambos poseenun menisco bien definido ypropiedades bien conocidas. El fluido manométrico debe serinmiscible con los demás fluidos conlos que esté en contacto. Para obtener mediciones exactas esnecesario medir la temperatura, yaque los diversos pesos específicosde los fluidos manométricos varían con ella.

5. Explique cómo funciona un manómetro de émbolo o d dee peso muer muerto. to. Los manómetros de émbolo son instrumentos de gran precisión y por otra parte se prestan fácilmente a la medición de grandes presiones. Por la primera propiedad se emplean mucho como taradores los manómetros metálicos de todo tipo que requieren una verificación de tiempo en tiempo. Manómetro de émbolo como tarador de manómetro. El tarador de manómetro tiene una exactitud del 1/1.000 hasta el 1/10 000 de la presión medida, según el tipo de construcción. La formula es: -

  15

 = +

 

DONDE: Ge: peso de émbolo. GW: peso de los discos 5 añadidos. Ae: área de pistón.

 

6. REFERNECIA BIBLIOGRÁFICA MATAIX G. “Mecánica de Fluido y Maquinas Hidráulicas”. Segunda Edición.

Editorial Harper&RowPublishers INC. New York, 1982. SHAMES J.H.: “Mecánica de Fluidos” Editorial Libros Mc Graw-Hill. University of Buffalo, 1970. VELIZ FLORES, Ricardo  –  “Mecánica de Fluidos”, Ayacucho UNSCH 1990, código: PI 620.106073/V44

  16