2 Lab Fluidos Manometría

E.F.P. Ingeniería Civil Laboratorio II “Manometría”

Mecánica de Fluidos I IC - 347

MANOMETRÍA PRESIÓN HIDROSTÁTICA

I. OBJETIVOS: 

Determinar la diferencia de presiones entre dos puntos.  Verificar los desniveles de diferentes líquidos.  Determinar la presión relativa negativa. II. MATERIALES:       

Manguera transparente. transparente. Agua. Aceite. Recipiente. Flexómetro. Probeta graduada. Balanza.

III. MARCO TEÓRICO:

MEDICIÓN DE PRESIÓN

La presión se define como la cantidad de fuerza ejercida sobre un área unitaria de una sustancia. Esto se puede establecer con la ecuación:  =  Blaise Pascal definió dos importantes principios acerca de la presión:  La presión actúa uniformemente en todas direcciones sobre un pequeño volumen de fluido .  En un fluido confinado entre fronteras sólidas, la presión actúa perpendicularmente a la frontera . “

”

“

”

Docente : Ing. Jaime Leonardo Bendezú Prado


Conducto de horno


Tubo

Recipiente

Presa

La unidad estándar para la presión en unidades del SI es el pascal (Pa) o ⁄ . Mientras que la unidad estándar par la presión en el Sistema Británico de Unidades es ⁄ , pero la unidad ⁄ es más conveniente y se le utiliza más a menudo. PRESIÓN ABSOLUTA Y MENOMÉTRICA:

Cuando se realizan cálculos que implicas la presión de un fluido, se debe hacer la medición en relación con alguna presión de referencia. Normalmente, la presión de referencia es la presión atmosférica , y la presión resultante que se mide se conoce como presión manométrica . La presión que se mide en relación con el vacío perfecto se conoce como presión absoluta. Una sencilla ecuación relaciona los dos sistemas de medición de presión:  =    Donde:  : presión absoluta  : presión manométrica  : presión atmosférica




Algunos conceptos básicos que pueden ser de utilidad:     



Un vacío perfecto es la presión más baja posible. Por consiguiente, una presión absoluta será siempre positiva. Una presión manométrica que esté por encima de la presión atmosférica es positiva. Una presión manométrica que esté por debajo de la atmósfera es negativa, en ocasiones de la conoce como vacío. La presión manométrica se representará en unidades Pa o ⁄ absoluta. La magnitud real de la presión atmosférica varía con el lugar y con las condiciones climatológicas. La presión barométrica que se informa en los reportes de radio es una indicación de la presión atmosférica que varía continuamente. El intervalo de variación normal de la presión atmosférica cerca de la superficie terrestre es aproximadamente de 95 kPa (abs) a 105 kPa (abs). A nivel del mar, la presión atmosférica estándar es de 101.3 kPa (abs).

RELACIÓN ENTRE PRESIÓN Y ELEVACIÓN:

Cuando un cuerpo se sumerge cada vez más en un fluido, como en una piscina. La presión aumenta, existen muchas situaciones en las que es importante saber exactamente de qué manera varía la presión con un cambio de profundidad o de elevación. El término elevación es la distancia vertical a partir de un nivel de referencia hasta el punto de interés, y se la llama z al cambio en la elevación entre dos puntos se le denomina h. la elevación se medirá siempre positivamente en la dirección hacia arriba. En otras palabras, un punto más alto tiene una mayor elevación que un punto más bajo. El nivel de referencia puede tomarse en cualquier punto, como tenemos en la figura; que muestra a un objeto bajo el agua, en la parte (a) de la figura en el fondo del mar es tomado como referencia. Mientras que en la parte (b) la posición del objeto es el nivel de referencia. Puesto que los cálculos en mecánica de fluidos, por lo general. Consideran diferencias en elevación, es aconsejable seleccionar el punto de interés más bajo de un problema cono el nivel de referencia, con el fin de eliminar el uso de valores negativos de z.




Superficie del agua

z = 90 m

z = 150 m Referencia (z=0)

z = 60 m Referencia (z=0)

z = 60 m Fondo del mar

(a)

(b)

El cambio de presión en un líquido homogéneo en reposo debido al cambio en elevación se puede calcular a partir de:

=∙ℎ

Donde:   ℎ     



: : :

presión peso específico del líquido elevación

La ecuación anterior es válida solamente para un líquido homogéneo en reposo. los puntos que se encuentran sobre el mismo nivel horizontal tienen la misma presión. El cambio de presión es directamente proporcional al peso específico del líquido. La presión varía linealmente con el cambio de elevación o de profundidad. Una disminución en la elevación ocasiona un aumento en le presión (esto es lo que sucede cuando alguien se sumerge en una piscina). Un aumento en la elevación ocasiona una disminución en la presión.

Esta ecuación no se aplica a los gases debido a que el peso específico de un gas cambia con la presión. Sin embargo, se requiere un gran cambio en elevación para producir un cambio significativo en la presión de un gas.




MANÓMETROS: El tipo más sencillo de manómetro es el tubo U un extremo del tubo U está conectado a la presión que se va a medir, mientras que el otro se deja abierto a la atmósfera. El tubo contiene un líquido conocido como fluido manométrico. Que no se mescla con el fluido cuya presión se va a determinar. Los fluidos manométricos típicos son agua, mercurio y aceites ligeros coloreados. Bajo la acción de la presión que se va a determinar, el fluido manométrico es desplazado de su posición normal. Puesto que los fluidos dentro del manómetro están en reposo, la ecuación  =  ∙ ℎ puede utilizarse para escribir expresiones para los cambios de presión que se muestran a través del manómetro. Estas expresiones pueden combinarse y resolverse algebraicamente para la expresión deseada. IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 

Determinar el peso específico de los líquidos de prueba:

1. Se vierte cierta cantidad e líquidos independientemente en un recipiente y se pesa esta para determinar sus pesos. 2. Se determina los volúmenes de los líquidos pesados. 3. Se determina el peso específico de los líquidos de prueba. 

Diferencia de presiones en dos puntos y niveles de superficie libre:

1. Se vierte agua en la manguera transparente y se verifica los niveles de la superficie libre en ambos extremos de la manguera (A y B).

A

B

Agua




2. Se introduce uno de los extremos de la manguera en un recipiente con agua; el otro extremo queda libre. Esperamos unos segundos a que se estabilice el líquido que se encuentra dentro de la manguera y luego tomamos las medidas de las diferencias de nivel en loa puntos A, B, C, D (como muestra la figura).

Aire

A

B 49.6 cm

C

15.4 cm

34.7 cm

Agua

Agua

3. Se vierte agua en la manguera transparente y sobre esta en uno de los extremos se vierte aceite en dicha manguera hasta tener desniveles en los límites de líquidos. V. CUESTRIONARIO:

1. Demostrar ¿Por qué los niveles de A y B están en un mismo plano horizontal en el primer caso?

A

h A

B

hB




Sabemos que:  =  ∙ ℎ

;

 =  ∙ ℎ

Luego: =

 ℎ

=

 ℎ

Si  =  entonces ℎ = ℎ Luego A y B se encuentran en el mismo plano. Si  ≠  entonces ℎ = ℎ Luego existe desnivel en las alturas entre A y B. 2. Determinar la presión en el extremo A del caso 2.

Gas

A h

2

=0.149 m

1

B 1

C h 1 =0.154 m

1

Tenemos como dato el peso específico del agua:  = 1000  ⁄

Hallamos primero la presión en el punto 1:  =  ∙ ℎ = 1000(0.154) = 154  ⁄




Luego para masas pequeñas sabemos que la presión el los gases se desplaza libremente entonces la presión en el punto 1 (  ) llega hasta la sección B. Luego esta presión 1 llega hasta su plano en el tubo manométrico final. Finalmente con esto podemos hallar la presión en el punto A:  =    ∙ ℎ = 154  1000(0.149) = 5 ⁄

3. Comprobar matemáticamente las diferencias de niveles de los líquidos y verifica con los valores medidos durante el experimento.

B

h2 A

Aceite

1

h 1 =16.3 cm 1

Agua

Matemáticamente:  = ℎ ∙  = ℎ ∙ 

ℎ =

ℎ ∙  

Ahora hallaremos el peso específico del aceite con los datos obtenidos en el laboratorio, los cuales son: Datos de laboratorio: .í = 29.65 .+ = 110.0  = 100




Teóricamente sabemos:  =

 

=

 ∙  

Hallamos masa del aceite:  = .+  . = 110.2  29.65  = 80.55  = 0.081 

Luego:  =

0.081 × 9.81 10−

= 7946.1 ⁄

Finalmente reemplazamos: ℎ =

0.163 × 7946.1

= 0.01295  1000 ℎ = 1.295 

B

A

Aceite

1

16.3 cm 1

Agua

VI. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS:

Los materiales que utilizamos en el experimento deben estar limpios para obtener mejores resultados, sin permitir que entren impurezas en los líquidos de prueba. En el primer y segundo experimento se utilizó un manómetro estable lo cual mejora en la obtención de la lectura de las diferencias de altura en los lados del manómetro.




En el tercer experimento se obtuvieron datos algo confusos pues no tuvimos adecuada precaución en la toma de datos; la manguera transparente estuvo doblándose cosa que no pudimos evitar ocasionando cierto error. VII. BIBLIOGRAFÍA: 

Oscar Miranda H. Dante Campos A.



Cortijo Rivera



Robert L. Mott



Manual de Laboratorio de Hidráulica de la Universidad de los Andes.



Enciclopedia Virtual, WIKIPEDIA.

Problemas de Mecánica de Fluidos e Hidráulica Mecánica de Fluidos Mecánica de Fluidos Aplicada


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