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UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE MECÁNICA
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA I Medición De Presiones
Realizado por: Revisado por:D’amico Verildo Prof. Lino CamargoC.I: 20.632.656 Sección 21Martin ArianC.I: 19.184.391Vasquez ManuelC.I: 20.633.621Velis VictorC.I: 20.712.113
Barcelona, 19 de marzo del 2013
Índice
Resumen…………………..……………………………………………ii
Índice….…………………………………………………………………iii
1. Objetivos………………………………………………..…..Pag. 3
2. Introducción……………………………………...…………......... 4
3. Marco Teórico………………………………………………….. 5
4. Materiales y Equipos Utilizados……………………….…….. 13
5. Procedimiento Experimental…………………………….…… 14
6. Resultados………………………………………………….….. 15
7. Análisis de Resultados…………………………………….…. 18
8. Conclusiones y Recomendaciones……………………….… 19
9. Bibliografía……………………………………………………… 21
10.Apéndice……………………….…………………….….……… 22
2
iii
OBJETIVOS
Objetivo general:
Familiarizar al estudiante de Ingeniería Mecánica con los distintos
instrumentos usados para medir presión.
Objetivos específicos:
Aprender el principio de funcionamiento de algunos instrumentos
de medición de presión.
Identificar la aplicación más adecuada de los diferentes
instrumentos utilizados.
Seleccionar un instrumento de medición de presión según el tipo y
rango de aplicación.
Realizar la calibración de Manómetro de Bourdon con el uso del
probador de Pesos Muertos.
3
2. INTRODUCCIÓN
Para Obtener medidas de presión se debe tener un buen
conocimiento de ciertos instrumentos para ello, un medio, es un
instrumento de fácil mango que es de mucha utilidad en el ámbito de
ingeniería mecánica, ya que al controlar la medición de la presión y tener
un fácil manejo de dichos instrumentos en la industria es de gran
importancia, esto se debe a que cada tubería y/o recipiente posee una
presión máxima de seguridad, la cual va a depender del material y el
factor de seguridad de diseño del recipiente o tubería, de sobrepasar el
nivel de seguridad del materia, es decir si la presión sobrepasa el nivel de
seguridad traería como consecuencia o puede provocar una falla,
deformación o destrucción. Por dicha razón es necesario el estudio de la
manera de determinar el soporte o aguante de presión de un determinado
manómetro, con el conocimiento de los diferentes tipos de manómetros
podremos seleccionar el más adecuado para cada uno.
En la práctica realizada se hará énfasis al estudio del manómetro
de Bourdon.
4
3. MARCO TEORICO
1.- Defina:
a).- Presión de vapor: la presión de vapor o más comúnmente conocida
presión de saturación, es la presión de la fase gaseosa o vapor de un
sólido o un líquido sobre la fase líquida, para
una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se
encuentra en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las
cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas.
b).- Presión absoluta: Es la presión de un fluido medido con referencia al
vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente
cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la
proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es
muy pequeña. Este término se creó debido a que la presión
atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en
otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un
término absoluto unifica criterios.
Una definición sencilla también seria: Es la presión manométrica más
la presión atmosférica.
Para medir dicha presión se utilizan sensores de presión que
registran la flexión de una membrana producida por la presión. Para ello
se colocan sobre la membrana un puente de bandas extensométricas.
Modifican su resistencia eléctrica debido al efecto piezorresistente en el
caso de flexión, presión o tracción. Antes se fabricaban a base de capas
de constantana o de platino - iridio. Hoy en día se emplean resistencias
implantadas de silicio la mayoría de las veces. El sustrato de silicio sirve
al tiempo de membrana. Su ventaja consiste en una fabricación más
5
económica y una sensibilidad mayor que el factor 10. Pero su
inconveniente es un coeficiente de temperatura más elevado. Con el
sensor de presión diferencial domina la presión p1 a un lado de la
membrana y del otro lado p2. Para esta desviación de la membrana
contamos sólo con la diferencia de presión como dato significativo ∆p =
p1 - p2. Con el sensor de presión absoluta se conforma el lado de la
membrana como cámara de vacío. Sobre la membrana se colocan
cuatro bandas extensométricas conexionadas como puente de
resistencia. Son unidas de tal modo que las resistencias cambian en
sentido contrario en los ramales del puente. Por medio de esta
disposición sucede que, como se reconoce en las imágenes 2 y 3,
compensan una señal de salida especialmente grande efectos de igual
sentido, como el valor absoluto de las resistencias y su coeficiente de
temperatura. Debido a los escasos cambios de resistencia ∆R, la señal
de salida sigue siendo baja. Según el sensor usado, la presión máxima
se encuentra entre 25 y 250 mV con una tensión de operación de Uref =
5 V. El cambio relativo de resistencia se encuentra entre 0,5 y 5 %.
c).- Presión Manométrica: Se llama presión manométrica a la diferencia
entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan
solo en aquellos casos en los que la presión es superior a la presión
atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativa se llama presión de
vacío.
La variación de presión con la altura es mucho mayor que la
variación horizontal, de modo que para hacer comparable mediciones en
lugares distintos hay que referirlas a un nivel común (usualmente el nivel
del mar).
Para medir está presión un aparato muy común es el manómetro
de tubo abierto. El manómetro consiste en un tubo en forma de U q
contiene un liquido, q generalmente es mercurio. Cuando ambos
6
extremos del tubo están abiertos, el mercurio busca su propio nivel ya q
se ejerce a 1 atm de presión en cada uno de los extremos abiertos.
Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el
mercurio se eleva en el tubo abierto hasta q las presiones se igualan. La
diferencia entre los dos niveles de mercurio es una medida de la presión
manométrica: la diferencia entre la presión absoluta en la cámara y la
presión atmosférica en el extremo abierto. El manómetro se usa con
tanta frecuencia en situaciones de laboratorio que la presión atmosférica
y otras presiones se expresan a menudo en centímetros de mercurio o
pulgadas de mercurio.
d). Presión de vacío (barométrica): Se refiere a presiones
manométricamente menores que la atmosférica que normalmente se
miden mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las
presiones superiores a la atmosférica.
Es decir que por diferencias entre el valor desconocido y la presión
atmosférica existente la presión absoluta que corresponden al vacío
aumenta al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de
centímetros de mercurio.
Para medir la presión de vacío se utiliza un medidor de vacío con
sonda de temperatura constante, este sirve un poco con ejercicio de
calentamiento, pero realmente es poco sensible. No obstante la sonda
construida se puede emplear con un circuito electrónico bastante sencillo
que incrementa notablemente las prestaciones de la sonda.
e).- Presión estática: es la que tiene un fluido, independientemente de la
velocidad del mismo, y que se puede medir mediante la utilización de
tubos piezométricos. La presión total que ejerce un fluido -bien
7
sea gaseoso o líquido- se define como la suma de la presión estática y
la presión dinámica.
El tubo piezométrico es, como su nombre indica, un tubo en el que,
estando conectado por uno de los lados a un recipiente en el cual se
encuentra un fluido, el nivel se eleva hasta una altura equivalente a
la presión del fluido en el punto de conexión u orificio piezométrico, es
decir hasta el nivel de carga del mismo.
f).- Presión dinámica: Es la presión total ejercida por el fluido en
movimiento, sobre un plano perpendicular a la dirección del movimiento.
La presión dinámica depende de la velocidad y la densidad del fluido.
g).- Presión de estancamiento: La presión de estancamiento es la onda de
presión que se produce como consecuencia de reducir súbitamente la
velocidad de circulación de un líquido en una tubería mediante el cierre
brusco de una válvula; al reducirse la velocidad (o impulso) el líquido
(idealmente compresible) se comprime incrementándose la presión, la
energía cinética se transforma en presión y se genera una onda de
presión.
h).- Rango de un instrumento de presión: Es el conjunto de valores
comprendidos entre los límites (Superior e Inferior) que es capaz de medir
el instrumento al que nos referimos, dentro de los límites de exactitud que
se indican para el mismo.
2.- Nombra y describa los diferentes instrumentos medidores de
presión.
a).- Manómetro tipo u: Este instrumento expresa la diferencia de presión
entre dos puntos P1-P2. Como la diferencia de niveles h. Si P2 esta
expuesta a la atmósfera entonces la lectura sobre el manómetro indica la
8
presión manométrica de P1. Si se hace vacío en el tubo P2 y se cierra
(P2=0), entonces indicará la presión absoluta de P1. Este manómetro
tiene un rango de operación de 0 a 2 kg/cm2.
b).- Manómetro tipo Bourdon: Consiste en un tubo de sección elástica que
forma anillo casi completo, cerrado por un extremo, al aumentar la presión
en el interior del tubo, este tiende a enderezarse y el movimiento es
transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón.
c).- Manómetro inclinado: Consiste en medir pequeñas diferencias de
presión en gases, ajustados para leer ceros moviendo su escala inclinada.
Por el desplazamiento en el mecanismo en la inclinación se obtiene una
mayor precisión al leer la escala.
d).-Manómetro de tubo abierto: Consiste en un tubo de vidrio doblado en
forma de U, con una de las ramas muy larga y abierto al exterior, mientras
que la otra es mas corta y se conecta al sistema que se le desea medir la
presión.
e).- Manómetro de campana: Este tipo de sensor es una campana
invertida dentro de un recipiente que contiene un líquido sellante. La
campana está parcialmente sumergida en el líquido. La señal de mayor
presión se aplica sobre el interior de la campana invertida, la señal de
menor presión se aplica sobre el interior del recipiente que contiene el
líquido. El movimiento vertical de la campana es proporcional al
diferencial de presión.
f).-Tubo de Pilot: Este consta de un tuvo curvado en un ángulo de 90º,
una parte del tubo por lo general la sección mas corta se coloca en
dirección de la línea de corriente y la otra perpendicular a esa línea de
corriente ocasionalmente de la velocidad y así poder conseguir la presión
de estancamiento de un fluido.
9
g).- Barómetro de mercurio: Consta de un tubo de vidrio lleno de mercurio
he invertido donde un extremo está cerrado y el otro se sumerge en un
recipiente de mercurio.
h). Micromanómetro: Estos utilizan dos líquidos manométricos no
miscibles, uno pesado por otro liviano. Para medir pequeñas o grandes
diferencias de presión con gran exactitud, de allí su nombre. Consta de
pequeños telescopios con hilos horizontales montados a lo largo de los
tubos sobre una plataforma que sube y baja, a través de un piñón y un
tornillo de ajuste, tal que, los hilos se colocan en forma precisa y se puede
leer la diferencia manométrica utilizando vernieres.
i).- Manómetro de pozo: En este tipo de manómetro una de las columnas
del tubo en U ha sido sustituida por un reservorio o pozo de gran
diámetro, de forma tal que la presión diferencial es inclinada únicamente
por la altura del líquido en la rama no eliminada del tubo en U.
3.- En que consiste la calibración por “pesos muertos”
Consiste en un flujo hidráulico de aceite con dos conexiones de
salida, una conectada al manómetro patrón que se está comprobando y la
otra a un cuerpo cilíndrico dentro del cual esta deslizando un pistón de
sección calibrada que luego se le van incorporando una seria de pesas
las cuales serán los pesos muertos, la calibración se leva a cabo
adicionando pero calibradas al pistón para hacer funcionar el manómetro,
luego se hacen girar las pesas con la mano ligeramente para saber cual
es la presión adecuada, y allí el manómetro debería reflejar la misma
presión que se le esta adicionando con las pesas, de no ser así se sabría
que el manómetro está descalibrado, y así con una pequeña válvula de
alivio se conseguiría la calibración del mismo.
10
4.- ¿Qué es un transductor de presión, tipos de transductores y
describa cada uno de ellos?
Los transductores de presión son instrumentos capaces de recibir
una señal mecánica generada por fuerzas de presión y transformarla en
una señal eléctrica o electrónica y así utilizarte en la medición o el control.
Algunos tipos de traductores son:
o Transductores de resistencia: Estos traductores operan bajo el
principio de que un cambio en la presión produce un cambio en la
resistencia del elemento sensor. Están constituidos por un
elemento elástico, el cual hace variar la resistencia de un
potenciómetro en función de la presión.
o Transductores capacitivos: Estos por lo general son usados por
condensadores, la presión que se desea medir actúa sobre las
placas del condensador deformándolas y variando su capacidad
con la distancia entre las placas, esta variación es proporcional a la
variación de presión y es medida eléctricamente.
o Transductores de inducción: Consiste en recibir la presión por un
lado del brazo de una palabra creando una corriente por inducción
que luego será amplificada y fluirá a la bobina móvil que se
introduce en el electroimán originada una fuerza restauradora que
restituye la palanca a la posición de equilibrio, la corriente que fluye
11
la bobina es función de la fuerza y esta representa la presión
aplicada.
o Transductores piezoeléctricos: Este transductor trabaja
directamente con dos cristales piezoeléctricas generalmente de
cuarzo, los cuales crearan una diferencia de potencial que será la
fuerza aplicada sobre la cara de uno de esos cuarzos y de allí esta
fuerza se multiplica por el área del cuarzo se consigue la presión.
o Transductores potenciometricos: Se utilizan con frecuencia en
conexión con los manómetros elásticos, la aguja del manómetro
esta acoplada con el cursor del potenciómetro, la cual recibe la
señal y luego la muestra en la carátula del manómetro.
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4. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZANDOS
4.1 Equipos
a) Manómetro de Bourdon
Marca: Gunf Hamburg
Apreciación: ±0,05 bar
Fabricación N°: 183462
NB:48103
b) Tubería de descarga
c) 2 válvulas de descarga
d) Soporte de peso
e) 4 Pesos muertos de 0,5 bar y 1 peso muerto de 0,166 bar
4.2Materiales
a) Aceite: del cual se desconoce el tipo y su densidad relativa debido
a que no es importante para la práctica.
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5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Verificar que el manómetro indique una presión de cero bar.
Colocar el primer peso muerto, anotar la presión leída, verificar
que el peso muerto no tenga contacto con la tubería de referencia,
entonces se debe hacer girar el peso muerto y no debería haber
roce entre la tubería y el peso muerto.
Si no tiene roce o contacto con la tubería de referencia, tomar nota
de la lectura del manómetro, al tener o ver algún contacto se debe
cerrar la válvula que impulsa una cantidad de aceite para que el
peso muerto no tenga contacto con la tubería de referencia y luego
tomar la lectura.
Continuar agregando cada uno de los pesos muertos y seguir
repitiendo la explicación en los pasos anteriores.
Tomar nota de la presión aplicada por los pesos muertos y de la
presión leída en el manómetro de Bourdon.
Retirar los pesos muertos uno por uno e ir tomando notas de sus
respectivas lecturas de las presiones, mientras se realiza esto cada
vez que se retire un peso muerto recordar abrir la válvula para
evitar un derrame de aceite.
Graficar los datos obtenidos de presión leída Vs. Presión aplicada
tanto para el proceso de carga como para el proceso de descarga
de los pesos muertos.
Analizar y concluir lo resuelto en la práctica.
14
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Presion aplicada (bar)
Pre
sio
n l
eid
a (b
ar)
6. RESULTADOS.
Tabla 6.1: Datos que se obtuvieron de la práctica
CARGA DESCARGA
Presión aplicada
(bar)
Presión leída
(bar)
Presión aplicada
(bar)
Presión leída
(bar)
0,344 0,35 2,51 2,50
0,51 0,5 2,01 2,0
1,01 1 1,51 1,5
1,51 1,5 1,01 1
2,01 2,0 0,51 0,5
2,51 2,5 0,344 0,35
Figura 6.1 proceso de carga
15
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Presion aplicada (bar)
Pre
sio
n L
eid
a (
ba
r)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 1 2 3 4 5 6 7
Curva de error de carga Curva de error de descarga
}}
Figura 6.2 Proceso de descarga
Figura 6.3 Gráfica de %Error contra número de medidas.
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7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En la gráfica de calibración del manómetro (Carga) se observa la
línea de tendencia de los puntos pertenecientes a esta gráfica, la cual nos
certifica que manómetro se encuentra en buenas condiciones de
calibración ya que la curva se asemeja a la recta del ajuste. Esto se debe
a que los valores obtenidos son muy similares, es decir por cada presión
aplicada, el manómetro leída la presión igual o similar a la aplicada, sin
presentar desviación del valor real.
En la gráfica de calibración del manómetro (descarga) es muy
similar a la gráfica anterior, debido a que los resultados obtenidos
mediante la medición por descarga fueron iguales.
En la gráfica de errores se observa un incremento de error, el cual
sucede después de aplicar la primera presión y se observa también que
luego del incremento el mismo comienzo a descender a un valor mucho
menor. Se puede decir que el incremento se da debido la diferencia de
presión aplicada, ya que se aplico primero una presión de 0,344 bar un
error elevado. Después de esto las presiones aplicadas fueron hechas en
un mismo rango, y es a partir de aquí de él error disminuye.
17
8. ANALISIS DE RESULTADOS
D’amico Verildo:
En la práctica de laboratorio correspondiente a la medición de presiones
fuimos testigos de cómo la presión que registraba el manómetro de
bourdon aumentaba a medida que se incrementaba el número de pesa en
el área de prueba.
También vimos que al mantener la misma área de prueba y agregar
sistemáticamente el mismo peso de forma acumulada la presión
aumentaba de manera lineal obedeciendo la formula de presión, P=F/A.
Así como al ir quitando las pesas la presión baja también de forma lineal
18
Martin Arian:
Utilizando un manómetro de bourdon conectado a un pistón atravez de
una tubería, observamos que al agregar peso sobre el pistón la lectura de
presión aumentaba, conociendo las propiedades del fluido y los
instrumentos manejados mas internamente podemos saber que al
agregar peso (una fuerza aplicada) esta comprime el fluido interno de la
tubería, como toda materia el fluido muestra resistencia a esta
compresión la cual tiende a aumentar de manera lineal con la fuerza
aplicada. Esta resistencia se muestra como una lectura de aumento de
presión en el manómetro.
De todo esto podemos concluir que el aumento de la presión de un fluido
es directamente proporcional al aumento de la fuerza aplicada sobre este.
19
Velis Víctor:
La presión es una función directamente proporcional a la fuerza aplicada
en un área específica, en este experimento se puede verificar este
fenómeno. Es decir, a medida que fue creciendo la fuerza en este caso
las diferentes pesas. La presión fue aumentando de forma lineal. Debido
a que no se alteró de ningún modo el área de medida. Las presiones que
se tomaron en la práctica no se vieron afectada por el cambio de altura
que otro factor que influye directamente sobre el valor de la misma, ya
que el manómetro en ningún instante presento cambio de altura.
20
Vásquez Manuel
La figura 6.1 y 6.2 representa la calibración del instrumento las gráficas son muy similares, las medidas del manómetro fueron muy cercanas a las verdaderas, se observa la directa proporcionalidad que hay entre las pesas aplicadas al probador y la lectura del manómetro.
La figura 6.3 representa el porcentaje de error en función de las medidas realizadas, sin embargo el primer punto de la gráfica no sigue este comportamiento de la función que describe a la misma, se debe a la sensibilidad del manómetro, no se podía observar un valor exacto o cercano al valor aplicado si no un valor entre 0.30 y 0.35bar, la aguja registraba una medida cerca de los 0.35bar, es decir, era la cifra que se podía observar.
21
9. BIBLIOGRAFIA
9.1 Impresas
1. Mataix Claudio, mecánica de los fluidos y maquinarias
hidráulicas, segunda edición (1982). Editorial Alfaomega-
Oxford.
9.2 Electrónicas
1www.Monografias.com
2. www.wikipedia.com
22
APENDICE
EJEMPLOS DE CÁLCULOS
a.- Ajuste de la curva de calibración del manómetro (CARGA y
DESCARGA)
X Y X2 X.Y
0,344 0,35 0,118336 0,1204
0,51 0,5 0,2601 0,255
1,01 1 1,0201 1,01
1,51 1,5 2,2801 2,265
2,01 2,0 4,0401 4,02
2,51 2,5 6,3001 6,275
∑=7,894 ∑=7,85 ∑=14,018836 ∑=13,9454
23
b.- Determinación de errores (Carga)
Tabla 2: Errores obtenidos con los datos de la práctica
X Y
1 1,74%
24
2 1,96%
3 0,99%
4 0,66%
5 0,4975%
6 0,398%
25
