MANOMETRÍA
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
NRC: 31077
HORARIO: Viernes 4-6 pm
Yoshiko Kano Bejarano María Del Pilar Maya Serna Kelly Tatiana Osorio Marín Daniel Zapata Villegas
DOCENTE: LUIS A. FORERO GAVIRIA ESCUELA DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA 8 DE MARZO DEL 2014
RESUMEN Experimentalmente se puede demostrar que las fuerzas poseen la capacidad de deformar objetos y que dicha capacidad deformadora depende de la magnitud o valor de la fuerza aplicada en el área sobre la cual actúa dicha fuerza, dicha capacidad se le conoce como presión, la cual es una magnitud física intensiva en el que se encuentra definido como una fuerza por unidad de área o superficie. En el presente informe se realizara una explicacion de los metodos usados en la practica de manómetros, entre los cuales se encuentran el manómetro en u, el manómetro inclinado, el manómetro Bourdon, el tubo Pitot, y la Bomba de succión. En donde se realizaron los cálculos para hallar la presión para cada caso específico.
MARCO TEORICO
Una de las características principales de un fluido es la presión, la cual es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una lineal, la presión se puede presentar en diferentes tipos:
Presión atmosférica: Es el peso que ejerce el aire de la atmósfera como consecuencia de la gravedad sobre la superficie terrestre o sobre una de sus capas de aire. La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve todo el planeta y está formado por mezcla de gases que en conjuntos llamamos aire, como todos los cuerpos, tiene peso, el cual ejerce una fuerza sobre la superficie terrestre es lo que llamamos presión atmosférica. [1] La presión atmosférica varia, no siempre es igual en los diferentes lugares de nuestro planeta y nuestro país, ni en la diferente é poca del año.
Presión manométrica:
La presión manométrica, es aquella que produce
un medio distinto al de la presión atmosférica
Presión absoluta: [2] se conoce como presión absoluta a la presión real que se ejerce sobre un punto dado. El concepto está vinculado a la presión atmosférica y la presión manométrica. Presión de vacío: presión por debajo de la presión atmosférica.
Para medir la presión se emplea diversos tipos de manometro
Manomtro de tubo inclinado [3] Se usa para presiones manométricas inferiores a 250mm de columna de agua. La rama larga de un manómetro de tintero se inclina con r especto a la vertical para alargar la escala. También se usan manómetros de tubo en U con las dos ramas inclinadas para medir diferenciales de presión muy pequeñas. Los manómetros de tubo en U y los de depósito tienen una aproximación del orden de 1mm en la columna de agua, mientras que el de tubo inclinado, con su columna más larga aprecia hasta 0.25mm de columna de agua. Esta precisión depende de la habilidad del observador y de la limpieza del líquido y el tubo. El manómetro de tubo inclinado usualmente se emplea cuando se necesita alturas pequeñas y así determinar presiones bajas, normalmente en gases.
Manómetro de Burdon [4] El manómetro de Bourdon consta de un fino tubo m etálico de paredes delgadas, de sección elíptica muy aplastada y arrollado en forma de circunferencia. Este t ubo está cerrado por un extremo que se une a una aguja móvil sobre un arco graduado. El extremo libre, comunica con una guarnición que se conectará al recipiente que contiene el gas comprimido. Cuando la presión crece en el interior del tubo, éste tiende a aumentar de volumen y a rectificarse, lo que pone en movimiento la aguja. Los manómetros Burdon se utilizan tanto para presiones manométricas que oscilan entre 0-1 2
2
Kg/cm como entre 0-10000 Kg/cm y también para vacío.
Manómetro en U: [5]La forma más tradicional de medir presión en forma pr ecisa utiliza un tubo de vidrio en forma de "U", donde se deposita una cantidad de líquido de densidad conocida (para presiones altas, se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga dimensiones razonables; sin embargo, par a presiones pequeñas el manómetro en U de merc urio sería poco sensible).
Tubo de pitot: [6] Mide dos presiones simultáneamente, la presión de impacto (pt) y presión estática (ps). La unidad para medir la presión de impacto es un tubo con el extremo doblado en
ángulo recto hacia la dirección del flujo. El extremo del tubo que mide presión estática es cerrado pero tiene una pequeña ranura de un lado. Los tubos se pueden montar separados o en una sola unidad. Su función primordial es para medir la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo. Las ecuaciones que la caracterizan son:
√
(1)
Siendo P’: densidad
(2)
La densidad se puede hallar con la fórmula de gases:
Y teniendo el valor de
(3)
podríamos tener una expresión para hallar la velocidad en:
√
(4)
Para poder obtener el dato de velocidad, se necesita calcular y medir las sigueintes datos: El Mw del aire. La presion dinamica La temperatura en la que se esta realizando el experimento (la cual se necesita para remplazar en la ecuacion de gases). La presion atmosferica en la que se esta realizando el experimento(la cual se necesita para remplazar en la ecuacion de gases para asi poder hallar
.
Bomba de Vacío: Las bombas de vacío son aquellos dispositivos que se encargan de extraer moléculas de gas de un volumen sellado, formando un vacío parcial, también llegan a extraer sustancias no deseadas en el producto, sistema o procaeso.
Ley de pascal: Dos puntos cualesquiera, situados a la misma altura y unidos por una masa continua del mismo fluido en reposo, tendrá la misma presión.
Anemómetro Los anemómetros miden la velocidad instantánea del viento, pero las ráfagas de viento desvirtúan la medida. [7]
Velocidad del viento (KmPH)
Término
Descripción
0-5
Calma
El humo sube verticalmente
6-20
Ligero
Se siente el viento en la cara; las veletas giran; las hojas se mueven ligeramente
21-39
Moderado
Levanta polvo; las banderas ondean
40-61
Fuerte
Las gamas grandes se mueven; las sombrillas se vuelven al revés
62 o más
ventarrón
Existe gran diversidad de anemómetros:
Rotación está dada por hélices unidas a un eje central cuyo giro, proporcional a la velocidad del viento, es registrado convenientemente; en los anemómetros magnéticos, dicho g iro activa un diminuto generador eléctrico que facilita una medida precisa.
Compresión se basa en el tubo de Pitot y está formado por dos pequeños t ubos, uno de ellos con orificio frontal (que mide la presión dinámica) y lateral (que mide la presión estática), y el otro sólo con un orificio lateral. La diferencia entre las presiones medidas permite determinar la velocidad del viento.
Resultados Experimentales:
Parte 1: Manómetro de Bourdon
Datos:
atm
P
Pvacío(kPa)(Máximo Vacío)
84,6
73,15
Mínima Presión Absoluta (kPa) 11,45
= 24,98inHg*(25,4mmHg/1inHg)*(1atm/760mmHg)*(101,325kPa/1atm)= 84,6kPa
vacío
P
Patm (kPa)
=21,6inHg*(25,4mmHg/1inHg)*(1atm/760mmHg)*(101,325kPa/1atm)= 73,15 kPa
Máximo vacío= P
atm
-P
vacío
153,38inHg*(25,4mmHg/1inHg)*(1atm/760mmHg)*(101,325kPa/1atm)= 11,44kPa
Parte 2: Manómetro Inclinado
Datosy cálculos: T (K)
Ps-P1 (mmH2O) Presión Dinámica
296,85
0,6321
Vreferencia (m/s)
Vexp(m/s)
%Error relativo
3,96
2,16%
Parte 3: Manómetro en U
densdadHg(kg/m3)
13500
densdadH 2O(kg/m3)
1000
gravedad (m/s2) h(m)
9,8 0,466
h1 (m)
0,33
h2 (m)
0,046
h3 (m)
0,14
P(P1-Patm)teorica (kPa) 4,5668
P(P1-Patm)exp(kPa) 4,2238
%Error Relativo 7,51%
Para calcular la velocidad y la presión dinámica en el manómetro inclinado y para determinar P(P1-Patm) en el manómetro en se realizaron los siguientes procedimientos:
=6,1942kg/(m*s2)
Utilizando la ecuación (4) se determinó la velocidad experimental:
Análisis de los resultados: - Se midió la presión en el manómetro en U y el manómetro Bourdon obteniendo mayor exactitud en el manómetro en u debido a la escala de medición del manómetro Bourdon, con valor mínimo de 0,5, el cual dificultaba la lectura exacta y precisa de dicho medidor. - Para realizar los cálculos en el manómetro en U se tenían que hallar algunas alturas, utilizando el flexómetro, el cual tiene la mínima medida de 1mm, el cual puede causar diferencias apreciables en el resultado final, y más aun si el fluido es distinto, como era en la práctica, que teníamos dos, el cual se trataba del mercurio y del agua. Si hacemos una diferencia de presión con un h=1mm nos mostrara el error mínimo que puede c ausar una medición del flexómetro.
Este valor de 9,8 Pa es debido al error que presenta el flexómetro que es de 1mm, pero este valor es para el agua, si fuera para el mercurio el valor seria el siguiente:
Este valor de 133,28 pa es muy significante, porque muestra que el error que causa la mínima medida del flexómetro es muy grande, el cual nos dice que es más preciso tener una medida en un fluido que tenga una densidad menor a una mayor.
De los diferentes experimentos se puede mencionar lo siguiente: La capacidad de vacío de la Bomba e n el experimento de Manómetro de Bourdon es buena, ya que es aproximadamente el 80% de la capacidad neta de la bomba. Se observa que el etano contenido e n el sistema comienza a ebullir a la presión de máximo vacío (estabilizada), esto ocurre ya que a menor pre sión, disminuye la temperatura de ebullición. Para el experimento del manómetro inclinado, se puede inferir que una fuente de error para el proceso de medición es la estabilidad de la mesa, y a que puede afectar el nivel del equipo, que es una variable crítica para el principio estudiado. El % de error para la velocidad es bajo (1.5%). Indica que la medida con e l aerómetro es confiable. Para el tercer experimento, se puede determinar que hay diferentes causas de error en el procedimiento, como el equipo de medida (metro) y la poca capacidad de observar a nivel cada punto del sistema (cambio de medio - diferencias de alturas de columna) debido a la altura del sistema.
Conclusiones: Los experimentos realizados, permiten tener una idea r eal de los conceptos vistos en el c urso teórico. Son métodos confiables y aplicables a muchos procesos.
Referencias [1] http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/CORDOBA/1324/trabajo/presionatmosferica.html [2] http://definicion.de/presion-absoluta/ [3] http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometro.html [4] http://www4.ujaen.es/~jamaroto/F13.HTML [5] http://www.cec.uchile.cl/~iq54a/apuntes/instrumentos/10_manom_u/manom_u.html [6] http://es.scribd.com/doc/57926219/Tubo-de-Pitot
