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DETERMINACION DE LA PRESION MEDIANTE EQUIPO GUNT HM 150.02 1
Objetivos:
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Manipular el manómetro mecánico de Bourdon. Medir presiones hidrostáticas. Calibrar un manómetro. Determinar el error sistemático.
Introducción y marco teórico:
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 práctica la cual va a consistir en la calibración del manómetro de Bourdon, en cual utilizaremos un calibrador de manómetro y el manómetro de Bourdon.
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 (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)
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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).
En esta ocasión usaremos el equipo de G.U.N.T para el calibrado de instrumentos de medición de la presión, que permitirá comprobar y ajustar manómetros. La presión se predetermina con pesos depositados en un portapesos. Este posee un embolo que actúa sobre el aceite hidráulico que llena un sistema de tubos, de manera que un manómetro, también conectado al sistema, tiene que indicar unas presiones determinadas. El quipo incluye un manómetro de Bourdon provisto de un disco graduado transparente. El mecanismo de indicación y las diversas posibilidades de ajuste se pueden reconocer así perfectamente. 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. Página 2
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Descripción y manejo del equipo
Calibrador de manómetros GUNT HM 150.02
Aceite hidráulico HLP ISO 32 Página 3
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Juego de anillos calibrados
Porta masas
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3.1.- Construcción del equipo El calibrador de manómetros consta en lo esencial de don unidades:
3.1.1.- La unidad de medición de presión Aquí esta enroscado de forma fija, con fines de ensayo, un manómetro de Bourdon que se debe calibrar.
3.1.2. La unidad de carga La unidad de carga consta de varios pesos y un cilindro con embolo. Un aumento de la carga tiene como consecuencia un aumento de la presión. La unidad de carga se comunica con la unidad de medición de presión a través de una tubería llena de aceite, con lo que el manómetro puede indicar el aumento de la presión.
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Placa de base Pesos Portapesos
4 Manómetro 5 Tapón roscado
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La comunicación entre la unidad de carga y la de presión se puede en el siguiente esquema en sección:
Como puede verse, ambas unidades se comunicas entre sí a través de una tubería. Si se colocan pesos en el portapesos, aumente la presión del aceite en el sistema. La estanqueización entre el embolo y el cilindro tiene lugar de forma metálica y no necesita otros elementos de junta. El ajuste aplicado se ha efectuado con gran meticulosidad, de modo que el émbolo se desplaza prácticamente sin rozamiento con unas pérdidas de aceite mínimas. Los pesos se han concebido de forma que sean posibles saltos de presión de 0.5 bar. Depositar primero el peso pequeño en el portapesos. Para mantener la posición se ha previsto una espiga guía. De lo contrario, Los demás pesos quedarías torcidos sobre el pistón y las mediciones se falsearían debido a diferencias en el rozamiento. El aceite sobrante que se pueda producir al actuar el pistón se recoge en la concavidad que hay antes de la camisa. Con el cilindro de compensación se puede hacer subir y bajar la carga del peso sobre el cojín de aceite hidráulico. Para la medición se tiene que mantener la carga sobre el cojín de aceite, de manera que haya presión en el sistema hidráulico. Desenroscando el cilindro de compensación se puede hacer bajar la carga del peso hasta el tope. El sistema hidráulico esta entonces sin carga. Además, con el cilindro de compensación se puede controlar y corregir de manera sencilla el nivel de aceite.
Atención ; No sustituir el manómetro. Solo se puede rellenar aceite con ayuda de un vacio.
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Puesta en servicio
Retirada del capuchón para transporte Si es necesario, rellenar aceite y controlar el punto cero Colocar el embolo
3.3
Ajuste del punto cero: Página 6
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Para comprobar el punto cero del manómetro se tiene que procedes en los siguientes pasos:
Enroscar el volante del cilindro de compensación para hacer salir el embolo del cilindro
Retirar el émbolo y el portapesos. Regular el nivel del aceite en el cilindro abierto de manera que el cilindro quede lleno hasta el borde.
3.4
El manómetro a comprobar tiene que indicar ahora cero, ya que sólo está sometido a la presión del aire ambiente. De no ser así. La aguja del manómetro se puede ajustar con un destornillador pequeño. Se puede acceder al tornillo de ajuste a través de un orificio existente en el disco graduado del manómetro.
Rellenado de aceite hidráulico:
Si a pesar de haber enroscado por completo el volante no está totalmente lleno el cilindro. Se tiene que rellenar aceite. Para ello, desenroscar el volante aproximadamente 10-25 e introducir aceite en el cilindro hasta que esté totalmente lleno.
3.5
Calibrado de un manómetro (comprobación):
Una vez comprobado el punto cero de un manómetro, se coloca de nuevo el portapesos en el cilindro de la unidad de medición de presión. Al hacerlo, el émbolo se hace bajar lentamente desenroscando el cilindro de compensación, hasta que solo falta sobre el aceite con un guiado suficiente. Para evitar un rozamiento de adherencia, imprimir al portapesos un ligero movimiento de giro, la masa del portapesos es de 385 g. Teniendo en cuenta el diámetro del émbolo de 12 mm, se puede determinar el aumento de la presión de acuerdo con las formulas básicas siguientes.
A: Sección transversal del émbolo, d: Diámetro del émbolo, F: Fuerza, p: presión, m:masa de los cuerpos de carga, g: contante de la aceleración de la gravedad.
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Con número resultan los siguientes valores: Por ejemplo La masa del portapesos es de ( )( ) ( )
Igualmente se pueden determinar otras presiones que se originen por un aumento del peso sobre el portapesos. La indicación de 0.5 bar se consigue depositando un peso con una masa de 193g sobre el portapesos. Los demás pesos son de 578g, lo que equivale para cada uno a un aumento de la presión de 0.5 bar.
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Seguridad
4.1
Peligros para el equipo y su funcionamiento: Para el transporte se deberá retirar el pistón de la unidad de carga. Se debe prestar atención a que el cilindro de se dañe con rayas ni, menos aun. Con estrías. De suceder esto ya no estaría garantizada la estanqueización metálica. La unidad de carga se debería proteger con el capuchón adjunto para su transporte, a fin de que no se pierda aceite. Para colocar y retirar el capuchón es posible que se tenga que accionar el cilindro de compensación.
Precaución: Por la abertura podría salir aceite a presión. El disco graduado del manómetro de Bourdon es de vidrio y se puede romper.
4.2
Cambio de aceite:
Quitar el tampón roscado
Evacuar el aceite usado, ventilar si es necesario.
Con el rasco restra establecer la conexión con la llave distribuidora de tres vías y la bomba del vacío.
Generar vacio con la bomba de vacio a través de la llave distribuidora de tres vías
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Hacer entrar aceite en el sistema conmutando la llave distribuidora de tres vías.
A continuación, cerrar el sistema hidráulico.
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Experimentos y Procedimiento: Registro de la curva característica de transmisión del manómetro. Curva característica: Presión = f (peso)
5.1
Preparativos:
Retirar el capuchón para transporte.
Si es necesario, rellenar aceite y controlar la señal cero.
5.2
Realización del ensayo:
Leer la señal cero del manómetro, controlarla y anotarla.
Colocar el portapesos para 0.334 bar con el émbolo en el cilindro de la unidad de carga, al hacerlo, el émbolo se hace bajar lentamente desenroscando el cilindro de compensación, hasta que solo falta sobre el aceite con un guiado suficiente. Para evitar un rozamiento de adherencia. Imprimir la portapesos un ligero movimiento de giro. Anotar la señal de presión del manómetro.
Colocar en el portapesos el anillo de carga para 0.166 bar. Atender a que el portapesos flote libremente sobre el aceite. Para producir a un mínimo la influencia del rozamiento de adherencia también en esta medición, imprimir al portapesos un ligero movimiento de giro. Anotar la señal de presión del manómetro.
Repetir el punto descrito con los restantes cuatro anillos de carga para 0.5 bar y anotar los valores de la presión.
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6
Análisis:
6.1
Caculos.
A continuación hacemos los respectivos cálculos matemáticos para hallar las presiones teóricas acumuladas:
( )(
)
( )(
( )(
)
)
)
()(
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( )(
6.2
)
( )(
)
Muestra de cuadros. Entonces:
Peso de las cargas con indicación de la presión (Kg), acumulado.
Presión medida en bares Según el manómetro de Bourdon, acumulada.
Presión teórica en bares, acumulada.
0.000 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890
0.000 0.330 0.490 0.974 1.450 1.945 2.465
0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506
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Carga (con dato impreso)
Presión medida
Valores limites inferiores -1%
Presión teórica
en Kg 0.000 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890
en bar 0.000 0.330 0.490 0.974 1.450 1.945 2.465
en bar -0.025 +0.309 +0.475 +0.975 +1.475 +1.975 +2.475
en bar 0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506
6.3
Valores límites superiores +1% en bar +0.025 +0.359 +0.525 +1.025 +1.525 +2.025 +2.525
Graficas:
Para el análisis grafico, las presiones medidas y los valores limites se tienen que anotar en un diagrama x, y (carga-presión); a continuación plasmaremos tres graficas:
Masa (kg) vs Error absoluto (bar), Masa acumulada (Kg) vs Presión teórica (bar), Masa acumulada vs Presión experimental bar. Presión Experimental En el laboratorio con ayuda del manómetro obtuvimos las siguientes presiones (ver tabla); luego según la ecuación siguiente, calculamos el error absoluto: Error Absoluto = P teórica acumulada – P experimental acumulada promedio
Masa acumulada (Kg)
0.000 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890
Presión teórica acumulada
0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506
Presión Experimental Acumulada prueba 1 (bar) 0.0 0.335 0.485 0.975 1.450 1.940 2.455
Acumulada prueba 2 (bar) 0.0 0.325 0.495 0.972 1.450 1.950 2.470
Acumulada promedio (bar) 0.0 0.33 0.49 0.974 1.450 1.945 2.4625
Error Absoluto (bar)
0.000 0.004 0.011 0.028 0.053 0.060 0.043
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Entonces la grafica, Masa (kg) vs Error absoluto (bar), sería la siguiente:
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Masa acumulada (Kg) vs Presión teórica (bar):
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Masa acumulada vs Presión experimental bar:
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7.
Conclusiones:
Al concluir el presente informe pudimos 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. 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/pul 2 para medir presiones y vacíos combinados, para mediciones de presión más 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. Mediante este experimento pudimos aprender el principio de pascal experimentalmente. Con ayuda de las graficas concluimos que existen distintas relaciones que pueden estudiarse en función a una ecuación matemática para luego ser plasmadas en una grafica.
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Bibliografía.
http://www.gunt.de/static/s1_1.php
http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro
http://html.rincondelvago.com/manometro.html
http://www.gunt.de/networks/gunt/sites/s1/mmcontent/produktbilder/070150 02/Datenblatt/07015002%204.pdf
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