LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS N° 4 MANOMETRIA: USO DEL MANOMETROO DE TUBO EN “U”
SIMPLE Y COMPUESTO PARA MEDIR PRESION
INTEGRANTES: Jonathan Alexander Paz Luis Alberto Lopez Norvey Imbaquin Miguel Angel Bedoya Darwin Paspuezan Sergio
INTRODUCCIÓN La manometría es la medición de presiones (o diferencia de presiones) por medio de desplazamientos de columnas fluidas. Para dicho propósito se usan los manómetros, que son tubos adaptados tuberías o canales con el propósito de medir presiones de fluidos en reposo o en movimiento. Y en consecuencia son una aplicación directa del principio de pascal 1 .Para los manómetros de tubo en u, la diferencia de presión entre p1 y p2 se detecta como la diferencia de altura entre los niveles del fluido en los tubos verticales . 2 En el caso del manómetro metálico o Bourdon, por un lado abierto y conectado a la corriente en la que se desea medir la presión y cerrado por el otro extremo, el cual posee cierta curvatura. Cuando aumenta la presión en el interior del tubo, este tiende a estirarlo. Este movimiento es proporcional a la presión, y se transmite mediante un mecanismo de aguja. OBJETIVO GENERAL Determinar la presión manométrica de algunos fluidos, mediante diferentes manómetros como manómetro en u, y manómetro de Bourdon.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar la presión del aire mediante un manómetro de tubo en u, y una bomba de pistón. Determinar la presión del agua mediante un manómetro de tubo en u, con ayuda del calibrador de pesos.
Calcular la presión manométrica ejercida por el aire tanto positiva como negativa, mediante una bomba de pistón. Determinar la diferencia de presiones en un sistema agua-aire, mediante un manómetro de tubo en u.
DESCRIPCION DE APARATOS Para el desarrollo de la práctica se utilizaron los siguientes instrumentos: Manómetro en u, con un diámetro interno de 5,0 mm Manómetro de Bourdon precisión de 0,25 psi Bombín de pistón de peso 308,24 g Calibrador de pesos muertos líquidos manométricos( agua, mercurio) Dos pesas de 524,1 gramo y 261,15 gramos. Válvulas y conductos de vidrio.
PROCEDIMIENTO Para determinación de la presión del aire: Primero se cerró la válvula que comunica co n el manómetro de mercurio de tubo en u, luego se conectó una bomba de pistón, al acople del segundo manómetro, después se abrió la válvula que comunica a la bomba de pistón con el manómetro, y se generó la presión con la bomba de pistón, luego se observó el cambio de los niveles en los tubos, para posteriormente determinar la presión del aire.
Para las mediciones de presión de agua con un manómetro de tubo en u:
Ensayo6 Δh= 3,8 – 18,9 = -15,1
Primero se cerró la válvula que conecta el manómetro de Bourdon con el manómetro del tubo en u, luego se nivelo el calibrador de pesos muertos, y se llenó con agua, y se introdujo el pistón respectivo. Después de depuro el manómetro de Bourdon, y luego se depositó agua en el calibrador y se in trodujo el pisto que previamente había sido pesado (380,24g). Posteriormente se observó la presión que marcaba el manómetro de Bourdon, y se repitió el proceso dos veces más, agregando cada vez un peso diferente, primero se agregó un peso de 524,1 g y después se cambió el peso a 261,15g. Para la medición del diferencial de presión del agua con un manómetro de mercurio del tubo en u: Primero se verifico con el montaje del medidor que caudal tipo orificio, luego se dejó circular agua por la tubería, una vez estabilizada se observó del nivel del agua. Posteriormente se varió el caudal del agua y se repitió el procedimiento.
RESULTADOS 1. Ensayo manometría para presión con aire: Para calcular la diferencia de lecturas (mm de Hg) se restó el ramal 1 menos ramal 2 para cada ensayo respectivamente, así: Ensayo1 Δh=15-7,5 =7,5 mm de Hg
Ensayo2 Δh= 18,2-4,6= 13,6 mm de Hg Ensayo3 Δh=14,8 – 8 = 6,8 m
Ensayo4 Δh= 8,9 – 13,8 = -4,9
Ensayo5 Δh= 6,5 – 16,2 = -9,7
Para determinar la presión aplicada se utilizo la siguiente ecuación P=yΔh Donde: y=Sg Hg * yh2o = 13.54 * 9810 N/m 3 y=132827.4 N/m3 2
=. ×. ) ×( =. = .
Ensayo 2:
=. ×, ) ×( =. =. Ensayo 3 : =. ×. ) ×( =. = . Ensayo 4 :
=. ×. ) ×( =. =.
Ensayo 5
=. ×. ) ×( =, =,
Ensayo 6
=. ×. ) ×( =. =.
Las presiones anteriores se calcularon en diferentes unidades, para ello se utilizaron los factores de conversión respectivos y los resultados se diligenciaron en la siguiente tabla 1: FACTOR DE CONVERSION TABLA 1 1 Pa 1 Pa 1 Pa 1 Pa 1 N/m2
1,45x10-4 Psi 0,00001 Bar 0,10197 mmH2O 1 N/m2 1,01019Kgf/1002 Cm2
P= 0,22 KgF/Cm2 En el caso de las presiones medidas con el manómetro de Bourton (cuyo error de la precisión es de ± 0,25 psi) se observó que estas no permanecían estables en un solo punto, por lo que se estableció un rango entre las mismas: Ensayo1: Presión entre 3,75 y 4 psi Ensayo 2: Presión entre 2,77 y 3 psi Para facilitar los cálculos y la determinación del porcentaje de error se hizo un promedio entre dichas presiones:
Ensayo 1:
Ensayo manometría para presión con agua Diámetro del pistón: 18.15 mm Radio del pistón: 9.075mm = 9.075x10 3m Área del pistón:
= =9. 0 75 × − − 10 =2.59×10
Peso del pistón: 308,24 g Para calcular la presión teórica de cada uno de los ensayos se utilizó la ecuación
= Donde = × y = 2,59×10− así:
̅ = ,+ = , % = |,,| , ×=,%
Ensayo 2:
̅ = ,+ = , % = |,,| , ×=,%
Las presiones medidas con el manometro en U se calcularon usando la siguiente ecuación:
=∆ℎ =132827,4
Ensayo 1 F= 0,832Kg x 9,8 m/s 2 = 8,15N P=8,15N/2,59 x 10-4 = 31467,18 Pa P=31467,18 Pa P= 4,56 Psi P= 0,32 KgF/Cm2 Ensayo 2 F= 0,569 Kg x 9,8 m/s 2 = 5,58N P=5,58/2,59 x 10 -4 = 21529,73 Pa P= 21529,73 Pa P= 3,12Psi
Ensayo 1:
∆ = . = , , ×( ) = ,
=, ×, ) ×( =, − ×,× = , % = |5,024,56| 5,02 ×100=9,61% Ensayo 2:
∆=,,= , ) ×(, = , =, ×, ) ×( =, − ,× × = , 2 % = |3,513,12| 3,51 ×100=11,11%
Tabla 2 Registro de datos de valores leídos y calculados ensayo manometría presión con agua:
2. Presión de un fluido en movimiento:
La ecuación para el manómetro diferencial se determinó de la siguiente manera:
=∆ℎ ∆=∆ℎ 1=2ℎ1ℎ 1,70 1=9,8/ 1=+16,66 21= 132,96 ×0,6441,7 2= 1140, 1 2 2 = 123, 46 9, 8 2= 00,644 =26,31
==129,77 123,46 6,31 = 129,77× 1000 1 1,45×10 × 1− = 18,82 ANALISIS DE RESULTADOS En la medicion de presion del aire con el manometro de mercurio de tubo en U, dr tiene que para los 3 primeros ensayos la presion en el manometro es mayor al a ejercida por la atmosfera, ya que el mercurio alcanza mayor altura en el ramal 1, el flujo en este sistema a travez de la bomba de aire va de izquierda a derecha, notandose que el nivel en el ramal 2 ( izquierda) es mas bajo comparado con el ramal 1, indicando que la presion del liquido es menor en este punto, lo cual es indicativo de la caida de presion normal en el liquido debido a que al agregarle aire se van a generar un gran numero de choques de moleculas sobre la unidad de superficie del mercurio, y este friccion es la causa de la perdida de presion del mercurio en el ramal 2, todo lo anterior considerado que los diametros del ramal 1 y 2 son iguales y que la presion es directamente proporcional al peso especifico del mercurio. Para los tres ultimos ensayos se observa que la altura mayor se encuentra en el ramal 2, es decir, que para estos ensayos se da una presion de vacio puesto que al calcular el Δh
dan valores negativos, y se asume que la presion atmosferica es mayor que la presion manometrica, esto sucede porque en la practica se extrajo el aire presente en el sistema provocando el ascenso del mercurio por el ramal 2 y disminuyendo la presion manometrica en el ramal 1 haciendo que este descienda. En el segundo ensayo de manometria se empleo como fluido hidraulico el agua para transmitir la presion, inicialmente se agrego al calibrador de pesos muertos un peso de 524,1 g y posteriormente una segunda
muestra de 261,17 g, al agregar estos pesos el poston bombea con un tornillo que persiona dentro del cilindro al fluido que contiene, en este caso el agua, de tal forma que esta tenga la capacidad de transmitir la energia necesaria para mover y hacer funcionar el manometro de bourdon, en donde la presion se translada a la aguja indicadora, respecto a los datos de la tabla 2 se puede apresiar que al agregar mayor peso, mas preion se va a ejercer en el fluido hidraulico; y en cuanto al porcentaje de error estos se pueden considerar bajos, no obstante la causa de stos errores se debe a la inexactitud en la toma de datos, ya que la aguja indicadora permanecia en constante movimiento dificultando la medicion. Por ultimo los valores de la presion teorica, la presion de Bourdon y la presion del manometro en U tienen un porcentaje de error aceptable, es decir que los datos obtenidos en la practica son confiables. El manometro diferencial mide la diferencia de presion entre dos puntos (P1 y P2) de alli su nombre. Se usa para medir la diferencia de presion que hay en un sistema dado. Dos liquidos manometricos comunes son agua y mercurio. Ambos poseen un menisco bien definido y propiedades bien conocidas. El fluido manometrico debe ser inmiscible con los demas fluidos con los que este en contacto. Para obtener mediciones exacatas es necesario medir la temperatura, ya que los diversos pesos especificos de los fluidos manometricos varian con ella. CONCLUSIONES
Los porcentajes de errores en los ensayos realizados son aceptables, y las diferencias presentadas por estos se pudo deber a errores cometidos en las mediciones. La presion depende de la altura, a mayor altura menor presion y viceversa. Los instrumentos para medir presion son losmanometros
que pueden ser en U, Bourdon, en donde los fluidos utilizados pueden ser mercurio y agua. El manometro diferencial mide la diferencia de presion entre dos puntos (p1 y p2) este se uso para medir la diferencia de presionque hay entre dos recipientes o dos puntos de un sistema dado, en este caso nos dio como resultado -18,8 psi lo que significa que la presion ejercida por B es mayor.
BIBLIOGRAFIA Duarte, C. A., & Niño, J. R. (2001). Introducción a la mecánica de fluidos. Univ. Nacional de Colombia. Mott, R. L. (1996). Mecánica de fluidos aplicada. Pearson Educación. Gerhart, P. M., Gross, R. J., & Hochstein, J. I. (1995). Fundamentos de mecánica de fluidos. Addison-Wesley Iberoamericana. Smits, A. J. (2003). Mecánica de fluidos. Una introducción física., Editorial Alfaomega, México.
Vaca Mier, M., & López Callejas, R. (1992). Mecánica de fluidos. Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco, División de Ciencias Básicas e Ingeniería, Departamento de Energía.
