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Manometros -
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS
ALIMENTARIAS
PRÁCTICA Nº 02
“MANOMETROS”
CURSO : MECÀNICA DE FLUIDOS (AI – 344)
PROFESOR DE PRÁCTICA :
ALUMNA : - BERROCAL GONZALES, Efraín Claudio
- HEREDIA VIALOBOS, Deyvi jhemmy
GRUPO DE PRÁCTICA : Viernes 2 – 5 pm.
FECHA DE PRÁCTICA : 09/ 10 / 15
FECHA DE ENTREGA : 16 / 10 / 15
AYACUCHO – PERÚ
2015
RESUMEN
La importancia de este informe es dar a conocer, comprender y diferenciar
el funcionamiento y el uso de los instrumentos más importante que
interfieren en la medición de condiciones específicas de diferentes
procesos; El manómetro (piezómetro, manómetro en U, manómetro
diferencial y el de Bourdon). En esta experiencia se usó el manómetro de
Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo “aplanado” y que tiene
una forma de “C”, puede resistir grandes presiones y además es el más
usado. Mediante mediciones de presiones manométricas (mediciones
tomadas en el manómetro) siendo originadas por presiones reales
(presiones originadas por pesas normalizadas).
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.
I. FUNDAMENTO TEÓRICO.
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 Piezómetricos, 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 reconocimiento 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: P=M∗gA y es aplicable para la presión en sólidos (esfuerzo), líquidos
(presión hidráulica) y gases (presión neumática).
Presión medio, P, es la fuerza normal, FN, que efectúa sobre una superficie
dividida entre el área de aplicación, A.
P=FN
A…………………………. (2.1)
MEDIDA DE LA 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.
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.
P|A|=Patmlocal+Pman¿ ¿
P|B|=Patmlocal−Pman ¿¿
1 atmosfera normal
Presión absoluta siempre (+) Presión
relativa +Presión atmosférica normal
Presión barométrica local varía con el lugar y el tiempo
Presión relativa (-)
Presión absoluta siempre (+)
Succión, vacío
Presión atmosférica local
A
B
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.
VARIACIÓN DE LA PRESIÓN EN UN FLUIDO INCOMPRENSIBLE.
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.
Utilizando la ecuación fundamental de la estática,
dP=−ρgdZ……………………………………(2.2)
DONDE:
P: presión, (Pa)
ρ: densidad, (Kg/m3)
Z: altura, (m)
g: aceleración de la gravedad, (m/s2)
Z (+)
Z2
Z1
h
2
1
Integrando la ecuación 2.2
∫P1
P 2
dP=−ρg∫Z1
Z2
dZ
P2−P1=−ρg (Z2−Z1)
P2−P1=−ρg (h )
Para presiones relativas, tomando el cero relativo, para la presión atmosférica
local en el punto 2 se tiene.
P2=Patm=0
P1=gρh…………………………………………. (2.3)
Dónde:
P1 es la presión relativa en el punto 1.
3. 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 piezométricos.
Manómetros de líquidos.
Manómetros metálicos.
Figura nª01Manómetro
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:
Barómetro de cubeta.
Barómetro de U.
Manómetro de líquido para presiones relativas.
Vacuómetro de líquido para presiones absolutas.
Manómetro diferencial en U.
Micromanómetro 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:
Manómetro de émbolo.
Manómetro de Bourdon para presiones absolutas.
Manómetro de tubo Bourdon.
Manómetros de fuelle metálico.
Manómetro de membrana.
Manómetro de grandes presiones.
Manómetros diferencial combinado de diafragma y resorte.
ALEACIONES.Una aleación 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), Al
(aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo). El elemento aleante puede ser no metálico,
como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).
Mayoritariamente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse
enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados.
Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.[]
PROPIEDADES.
Las aleaciones presentan brillo metálico, alta conductividad eléctrica y térmica, las
aleaciones no tienen una temperatura de fusión única, dependiendo de la
concentración.
TIPOS DE ALEACIONES
Acero: 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: Es una aleación ternaria compuesta por zinc (8-45%), cobre (45-70%)
y níquel (8-20%).
Bronce: 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 %.
II. MATERIALES Y MÉTODOS.
a) Materiales.
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.
IMAGEN Nª01
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 el reconocimiento de los diferentes tipos de manómetros que
se encuentran en el laboratorio, anotando sus características de acuerdo al cuadro
presentando en los resultados.
III. DATOS
lectura del rotámetro
lectura del manómetro de líquido tubería azul,(mm,c,Hg)
lectura del manómetro de líquido tubería celeste,(mm,c,Hg)
Lado derecho
Lado izquierdo
Lectura manométrica
Lado derecho
Lado izquierdo
Lectura manométrica
15 46 47 165 177
20 46 47 160 183
25 45 49 152 189
30 46 48 145 195
35 45 49 135 204
LECTURA DE LÍQUIDOS
Lectura Del Rotómetro
Lectura Del Manómetro De
Mercurio
Diferencia De Presiones Del Mercurio (mL)
Diferencia De Presiones Del Mercurio (m3)
15 47-46 R=1mL R/2=0.5 2*10-5
20 47-46 R=1mL R/2=0.5 4*10-5
25 49-45 R=4mL R/2=2 8*10-5
30 48-46 R=2mL R/2=1 1.3*10-4
35 49-45 R=4mL R/2=2 1.9*10-4
Lectura Del Rotómetro
Lectura Del Manómetro De Líquido
Diferencia De Presiones Del Líquido
Diferencia De Presiones Del Líquido (m3)
10 47 - 2 0.001
15
20
25
30
IV. CÁLCULOS Y RESULTADOS.
A. RESULTADOS.
MANÓMETRO TIPO CARACTERÍSTICAS
1 Piezométrico trabaja con un solo
líquido.
se utiliza a presiones
bajas.
2 Manómetro en líquido en “U” como mínimo utiliza
dos líquidos.
se hacen los cálculos
para hallar la presión.
3 Manómetro diferencial mide la variación de
presiones.
4 Bourdon este manómetro mide
a temperaturas muy
altas.
B. CÁLCULOS.
1) Calcular las diferencias de presiones en los manómetros diferenciales en U agua-mercurio, con los datos obtenidos en el laboratorio.Dónde:
ρagua=1000kgm3
ρmercurio=13600kgm3
P1=PaP2=P1+ρagua∗g∗h
P3=P2+ρagua∗g∗RaguaP4=P3
P5=P4−ρHg∗g∗RHg
P6=P5−ρagua∗g∗h
Pb=P6
Pa−Pb=ρHg∗g∗RHg−ρagua∗g∗Ragua
Pa−Pb=g∗(ρHgRHg∗−ρagua∗Ragua)
ROTOMETRO a 35
Pa−Pb=g∗(ρHgRHg∗−ρagua∗Ragua)
Pa−Pb=9.81ms2
∗(13600∗1∗10−3−1000∗0.0205 )
sistemaingles :Pa−Pb=−67.689 kgf /cm2
Pa=P1Pb
P2P3P4
P5P6
H1
H2
sistemainternacional :Pa−Pb=−67.689cm2 x ¿)
sistemainternacional :Pa−Pb=−141074.7739 lbfpie2
ROTOMETRO a 30
Pa−Pb=9.81ms2
∗(13600∗1.9∗10−4−1000∗4∗10−4 )
siste ingles :Pa−Pb=21.425040 kgf /cm2
sistemainternacional :Pa−Pb=21.425040kgf
cm2 ∗¿)
istemainternacional :Pa−Pb=44653.23279lbfpie2
ROTOMETRO a 25
Pa−Pb=9.81ms2
∗(13600∗1.3∗10−4−1000∗2.8∗10−4 )
sistemaingles :Pa−Pb=14.597280 kgf /cm2
sistemainternacional :Pa−Pb=14.597280 kgf
cm2∗¿)
sistemainternacional :Pa−Pb=30423.08168lbfpie2
ROTOMETRO a 20
Pa−Pb=9.81ms2
∗(13600∗8∗10−5−1000∗1.9∗10−4 )
sistemaingles :Pa−Pb=8.809380 kgf /cm2
sistemainternacional :Pa−Pb=8.809380kgf
cm2 ∗¿)
sistemainternacional :Pa−Pb=18360.16623 lbf / pie2
ROTOMETRO a15
Pa−Pb=9.81ms2
∗(13600∗4∗10−5−1000∗1.1∗10−4 )
sistemaingles :Pa−Pb=4.257540 kgf /cm2
sistemainternacional :Pa−Pb=4.257540 kgf
cm2∗¿)
sistemainternacional :Pa−Pb=88733.98824lbf / pie2
3) Determinar la presión y la densidad de aire a 9000 pies y a una atmósfera isotérmica de 4 °C, si la presión al nivel del mar es de 1Kgf/cm2.
Paire=P0∗e−γairePo
∗h
Dónde:
Pa : Presión del aire
Po :Presión inicial.
γaire :Peso específico del aire.
h :Altura.
Hallando la presión del aire.
Paire=1kg fcm2∗e
−( 12.1Nm3
)
1kgfcm2
∗9000 pies( 0.01m0.032808 pies )
Paire=1kg fcm2∗e
−(33143.12N
m2)
1kgfcm2
∗(1kgfcm2
98066.5Nm2
)
Paire=1kg fcm2∗e
−(0.3385 kgf
cm2)
1kg fcm2
h= 9000pies
T=4°C
P0= 1Kgf/cm2
Si a T= 4°C, el peso específico del aire es12.1N/m3.
Paire=0.7128kg fcm2
Hallando la densidad del aire a 4°C
Con la siguiente fórmula:ρaire=
M aire∗(P1P0
)
22.4
Dónde:
M aire: Peso molecular del aire (N2=0.92 , O2=0.21)[Kg /Kg−mol ]
P1=Paire= 0.7128kgfcm2
P0=¿Presión inicial= 1Kgf/cm2
A condiciones normales= 22.4 L/mol
ρaire=1.31∗(0.7128
1)
22.4
ρaire=0.0417 kg/m3
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.
V. 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.
se operamos y realizamos las mediciones con los diferentes manómetros.
VI. CUESTIONARIO.
1. Explique los manómetros utilizados en la práctica de laboratorio.
Manómetro de 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.
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
PO
∆ h
Tubopiezométrico
Regla graduada
Orificio piezométrico
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.
En los fluidos en movimiento se han de tomar las precauciones siguientes: para
evitar que se produzcan perturbaciones que transformarían parte de la energía en
presión en energía dinámica y falsearían la medida: el tubo a determinar
perpendicular a la corriente; conveniente, a fin de disminuir el efecto de 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: 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: Mide las diferencias de presiones entre dos puntos. De
ahí su nombre manómetro diferencial.
Manómetro de metálico de 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 bibliográficas 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.
Dónde:
γ2: peso específico del mercurio.
γ1: peso específico del líquido.
Llegando así a una ecuación de: h=Pa−Pbγ 1−γ 2
3. ¿cómo se podría medir la presión absoluta en la ciudad de Quinua?
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.
A B
C D
γ1 γ1
γ2
A=ÁreaA=Área
h
Presión APresión B
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:
Pabsoluta=Pmanométrica+Patmosférica
4. ¿qué es un fluido manométrico? En qué consiste un manómetro diferencial en U.
El fluido del manómetro se llama fluido manométrico (puede ser Hg CCl4 Hg,
CCl, aceite agua etc ) En la configuración mostrada se cumple que: pA= p1 y p2=
p3.Además, p2=p1+γAh1 y p3=p0+γmanómetroh2 .
Es decir:pA = γmanómetroh2–γ1 h1
El manómetro diferencial en “U” consiste en: Se usa para medir la diferencia
depresión que hay entre dos recipientes o dos puntos de un sistema dado.
Dos líquidos manométricos comunes son agua y mercurio. Ambos poseen un
menisco bien definido y propiedades bien conocidas.
El fluido manométrico debe ser inmiscible con los demás fluidos con los que esté
en contacto.
Para obtener mediciones exactas es necesario medir la temperatura, yaqué los
diversos pesos específicos de los fluidos manométricos varían con ella.
5. Explique cómo funciona un manómetro de émbolo o de peso muerto.
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 fórmula es: P=Ge+GW
AeDONDE:
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
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