MANOMETRO DE BOURDON La esencia primordial de este material es dar a conocer uno de los instrumentos más importante que interfieren en la medición de condiciones específicas de diferentes procesos; El manómetro. En esta experiencia se usó el manómetro de Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo “aplanado” y que tiene un forma de “C”, puede resistir grandes presiones y además es el más usado. Pero el problema que origina este laboratorio es la determinación de la curva de calibración del manómetro, ya que este manómetro está descalibrado y habrá que determinar si es posible calibrarlo. Mediante mediciones de presiones manométricas (mediciones tomadas en el manómetro) siendo originadas por presiones reales (presiones originadas por pesas normalizadas) se determinan posteriormente la gráfica de calibración del manómetro de Bourdon. INTRODUCCION
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; etc. Debido a este concepto es necesario conocer el manómetro 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 practica la cual va a consistir en la calibración del manómetro de Bourdon, en cual utilizaremos un calibrador de manómetro y el manómetro de Bourdon. PRESION 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 (1) y es aplicable para la presión en sólidos (esfuerzo), líquidos (presión hidráulica) y gases (presión neumática). (1)
Para el caso de una columna vertical de fluido líquido o gas, aplica la definición expresada en la ecuación (2), esta ecuación es la que rige a los manómetros de columna de líquido, punto de interés en este documento. (2)
La ecuación (3) mejor conocida como la ley de los gases, expresa la presión absoluta ejercida por un gas en un recipiente hermético a cierta temperatura, (3)
esta ecuación es útil para determinar la diferencia de presión generada por la columna del gas utilizado para la presurización, columna de gas que se tiene cuando existe una diferencia de altura entre el nivel de referencia de la columna de líquido (menisco inferior) y el punto de interés (calibrando).
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.
MANOMETRO DE BOURDON
Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma circular de sección oval. La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la sección oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo. El extremo del tubo sin tensar ejecuta un movimiento que representa una medida de la presión el cual se traslada a una aguja indicadora. Para presiones hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de forma circular con un ángulo de torsión de 270°, para presiones superiores, tubos con varias vueltas en forma de tornillo. Los tubos de Bourdon tienen una fuerza de retorno relativamente baja. Por ello, debe tenerse en cuenta su influencia en la indicación, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento, transmisores de señal límite o potenciómetros de control remoto. Los órganos de medición de tubo de Bourdon solamente pueden protegerse contra sobrecarga de manera limitada mediante el apoyo del órgano medidor con un valor límite de presión. Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación es una constante del material, conocida como el módulo de Young: E=Carga/e. Por ende, si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según: Carga = E*e De modo que frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, será posible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes. El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos que requieran medición de presiones.
DESARROLLO EXPERIMENTAL En la experiencia se desarrolló la calibración de un manómetro de Bourdon, mediante un instrumento en el que se agregan pesos equivalentes a ciertas presiones que ya están determinadas (ver figura 1).
Estas pesas se colocan en un cilindro hidráulico y con un juego de válvula (válvula principal) se regula de tal forma que la marca del cilindro quede en la marca de referencia, de esa forma la presión marcada por las pesas, se muestra en el manómetro (ver detalle en la figura 2).
Las válvulas reguladoras se encargan de regular la válvula principal. Si la válvula principal se abre mucho (llega a su tope), entonces una de ella se encarga de cortar el paso del aceite del cilindro hidráulico (del que viene de la válvula principal) y la otra se encarga de dar el paso al aceite que viene del manómetro a la válvula principal, con esto, la válvula se puede cerrar, luego se le cambia el orden de apertura de las válvulas reguladoras y el proceso para la toma de muestra continúa. Las pesas calibradas están determinadas en 50 o en 100 [Psi]. Supuestamente, al colocar una pesa en el cilindro hidráulico, el manómetro debe marcar la
cantidad agregada, si así fuera, entonces el manómetro está calibrado. El manómetro puede estar graduado en otras unidades. También deben tomarse las siguientes determinaciones: Asegurarse de que no haya burbujas de aire en las cañerías del calibrador. Incremente pesos sobre él embolo el cual ejerce una presión al sistema, y vaya anotando las presiones obtenidas. 3. Cuando se haya alcanzado la máxima presión, repita el procedimiento removiendo los pesos y anotando nuevamente las presiones obtenidas.
EXPOSICION DE LOS RESULTADOS Para efectuar el laboratorio se procedió a agregarle las pesas de 50 en 50 [Psi] hasta llegar a completar las mediciones tomadas en el manómetro ( carga). Se efectuó la misma operación pero esta vez se le fueron quitando los pesos (descarga).
Con este procedimiento se tomaron los siguientes datos resumidos en la tabla: CARGA DESCARGA
Peso (psi)
Presión (Kgf/cm2)
Presión (psi)
Peso (psi)
Presión (Kgf/cm2)
Presión (psi)
50
7,5 106,7279768
800
57 810,72183
100
9,2 130,9196515
750
53 753,82907
150
13,1 186,4181994
700
50
200
16,1 229,1093901
650
46 654,26674
250
20 284,607938
600
42,5 604,485575
300
23,1 328,7221684
550
350
26,8 381,374637
500
36,5 519,146435
400
30 426,9119074
450
33,5 476,476865
450
33,5 476,7182962
400
30
500
37,1 527,9477251
350
26 369,80294
550
40,5 576,3310745
300
23 327,13337
600
44 626,1374464
250
19,5 277,352205
650
47,3 673,0977735
200
17 241,79423
700
51 725,750242
150
13 184,90147
750
55 782,6718296
100
9,5 135,120305
800
58,5 832,4782188
50
40
6
711,1595
568,9276
426,6957
85,33914
Con estos datos se realizó la gráfica de las presiones reales (las pesas normalizadas) y las presiones manométricas (la medida del manómetro de Bourdon). En la gráfica, las unidades [Kgf/cm2] tomadas con el manómetro, se transformaron en [Psi], aún así, la gráfica es la misma (en su forma) si se hubiera mezclado las unidades. La calibración del Manómetro de Bourdon realizada en la experiencia, nos da a conocer que con los datos obtenidos al realizar la carga sobre el embolo la presión obtenida es mas exacta tomando en cuenta una línea recta, con respecto a la presión que se toma en la descarga. La descarga sufre una pequeña variación debido a que pudo a ver sido producido por el operante al efectuar la medición.
CONCLUSION
Al concluir el presente Material, se puede comprender el funcionamiento de un manómetro de bourdon, para llegar a esto fue necesario dar a conocer un concepto fundamental en la mecánica de fluidos, refiriéndonos a la presión cuya definición dice que llamamos presión a la fuerza que se ejerce sobre la unidad de área, siempre que la fuerza sea perpendicular a la superficie. Otra pregunta que fue necesario contestar como medimos la presión? Para ello se dio a conocer los conceptos de barómetros y los manómetros. Los barómetros miden presión absoluta, respecto al vacío, mientras que los manómetros miden una presión relativa, diferencial, o presión manométrica. Después de haber conocido aquellos conceptos fundamentales nos referimos al manómetro de bourdon el cual es un elemento de medida de presión industrial, que es usado cuando el máximo requerido sobrepasa 25 lb/pul2 para medir presiones y vacíos combinados, para mediciones de presión mas directa o cuando se producen fluctuaciones de presión repentinas. En la parte experimental se realizo la calibración de un manómetro de bourdon, cuya experiencia consistió en agregar peso a un sistema, en el cual se va midiendo la presión, terminando este proceso se vuelve a realizar pero ahora descargando el sistema, cuya presión es medida. Al determinar la gráfica de calibración del manómetro, se puede determinar algunas conclusiones o importantes puntos observados: Este manómetro puede ser calibrado de alguna forma, ya que su diferencia mayor se encuentra para bajas presiones. Este manómetro al parecer fue sometido a altas presiones (mayores de la que puede soportar), debido al siguiente razonamiento: El manómetro de Bourdon es un tubo “aplanado” en forma de “C” y que debido a la interacción de presión en aquel tubo, este tiende a enderezarse, pero, al colocarlo en una línea de alta presión (por ejemplo), esta “C” hecha de algún tipo específico de material, se deformó plásticamente en algún porcentaje, y este porcentaje afecta a la “C”, concluyendo que necesita más presión para seguirse deformando. Por lo tanto las presiones pequeñas no van a ser percibidas por el manómetro, sólo, a medida que aumenta la presión (aproximadamente a 650 [Psi] real) se puede encontrar que esta tiende a ser muy precisa respecto a la línea normal de presión.
