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OBJETIVOS DE ESTA EXPERIENCIA

1. Conocer el proceso de calibracin de un manmetro mediante el calibrador de peso muerto

2. Aprender a construir las grficas de calibracin, error y correccin despus de la calibracin de un manmetro.

3. Conocer el funcionamiento y aplicacin de distintos instrumentos de medicin de presin, con la finalidad de poder interpretar los resultados que arrojan.

4. Conocer el comportamiento de la presin de un ducto de ventilador en toda su trayectoria mediante la correcta interpretacin de las mediciones de presin esttica y de velocidad.

FUNDAMENTO TERICO

MANMETRO BOURDONEn 1849 el ingeniero francs Eugene Bourdon (1808...1884) tuvo la gran idea de inventar un manmetro metlico el cual en esencia tiene como principio fundamental que el movimiento del tubo es proporcional a la presin; naciendo as el manmetro Bourdon. El cual una de sus primeras aplicaciones fue utilizado por la marina francesa en las calderas de vapor.

Consiste en un tubo de bronce o acero, doblada en circunferencia. La presin interior del tubo tiende a enderezarlo. Como un extremo del tubo est fijo a la entrada de la presin, el otro extremo se mueve proporcionalmente a la diferencia de presiones que hay entre el interior y el exterior del tubo. Este movimiento hace girar la aguja indicadora por medio de un mecanismo de sector y pin; para amplificar el movimiento, el curvado del tubo puede ser de varias vueltas formando elementos en C, torcido, espiral, o helicoidal. Las partes de un manmetro Bourdon de puede ver en la figura siguiente:

Ventajas y Desventajas de un Manmetro BourdonEste instrumento de medicin es muy verstil ya que lo puedes utilizar con algunos lquidos, aceites o gases, segn sea su campo de aplicacin. Su costo de adquisicin y mantenimiento es barato, se pueden adquirir rellenos con glicerina para evitar vibraciones en la aguja y con esto lograr una indicacin confiable, se pueden tener de patrones secundarios, de trabajo o como simples indicadores en un proceso donde solo se requiere una indicacin de referencia en el proceso, son fcil de instalar, se caracterizan por tener baja rigidez y baja frecuencia natural, pero gran sensibilidad de desplazamiento ensu propio diseo, su intervalo de trabajo (medicin) caracterstico es de 35 kPa a 100MPa.

Tambin tienen sus desventajas como: es el caso de falla por fatiga, por sobrepresin, por corrosin o por explosin. Algunos factores que afectan su funcionamiento son la temperatura ambiente en la cual est el instrumento, el material del cual est hecho, la forma en la cual se instal el instrumento, vibraciones externas en las cuales se instal el instrumento. La mayora de los puntos sealados anteriormente se pueden evitar teniendo en cuenta el conocimiento del proceso o aplicacin en donde se tendr colocado el instrumento.

PRINCIPIO DE MEDICIN DEL MANMETRO TIPO TUBO BOURDON

Los manmetros tipo tubo Bourdon contienen elementos de medicin (tubo Bourdon) que se deforman elsticamente bajo la influencia de una presin. Este movimiento se transfiere a un mecanismo de agujas. Los tubos Bourdon son de forma circular, sus secciones transversales son ovales. La presin a medir acta sobre el interior del tubo, de modo que la seccin transversal se acerca a la forma circular. A causa de la flexin del tubo Bourdon se forman tensiones en el borde que tienden a abrir el resorte. El extremo del tubo sin tensar se mueve y este movimiento representa una medida de la presin. Para presiones hasta 60 bar se utilizan normalmente tubos tipo tubo Bourdon en forma de C con un ngulo de torsin de aprox. 270, para presiones superiores se emplean tubos helicoidales con varias vueltas.

Los tubos Bourdon estn construidos normalmente de aleaciones de cobre o de aceros aleados. Por su solidez y el manejo sencillo, los manmetros se emplean mucho en la medicin tcnica de presiones.

MANMETRO DE TUBO INCLINADO

Se emplea paramediciones inferiores a 250mmde columna de agua. Se inclina la rama de un manmetro de tintero para alargar la escala, o tambin las dos ramas de un tubo en U. Debido a la precisin de los manmetros de tubos de vidrio, estos no producen un movimiento que pueda ser registrado con un medidor por lo cual se emplean manmetros de mercurio, decampana, flotador o diafragma. Los manmetros tienen diversas aplicaciones, vemos por ejemplo, su utilizacin en los tanques de oxgeno de un buceador para la medicin de la cantidad de oxigeno que queda disponible. Tambin en la medicina se emplea para registrar actividad muscular interna, con ayuda del manmetro anorectal o el manmetro esofgico.

Se usa para presiones manomtricas inferiores a 250mm de columna de agua. La rama larga de un manmetro de tintero se inclina con respecto a la vertical para alargar la escala. Tambin se usan manmetros de tubo en U con las dos ramas inclinadas para medir diferenciales de presin muy pequeas.

Si bien los manmetros de tubo de vidrio son precisos y seguros, no producen un movimiento mecnico que pueda gobernar aparatos de registro y de regulacin. Para esta aplicacin de usan manmetros de mercurio del tipo de campana, de flotador, o de diafragma. Los manmetros de tubo en U y los de depsito tienen una aproximacin del orden de 1mm en la columna de agua, mientras que el de tubo inclinado, con su columna ms larga se aprecia hasta 0.25mm de columna de agua. Esta precisin depende de la habilidad del observador y de la limpieza del lquido y el tubo.

CARACTERSTICAS Un manmetro inclinado es un tubo ligeramente curvo con un lquido adentro, generalmente una forma de mezcla deaceite. A lo largo de la porcin media del tubo estn las graduaciones. Las graduaciones son comnmente centsimas de pulgada, dependiendo del fabricante del manmetro. Unusuariocoloca el manmetro en un flujo degas. La presin ejercida por el flujo presiona contra el lquido interno. La cantidad de desplazamiento del lquido es vista y medida a travs de las graduaciones del tubo, produciendo un valor de presin.

BeneficiosEl ngulo inclinado del manmetro proporciona muchas ventajas. Una pequea o baja cantidad de presin contra el manmetro inclinado producir un gran movimiento del lquido relativo a las graduaciones del tubo. Como resultado, la escala de graduacin puede ser muy precisa, hasta una centsima de pulgada. Adems, el diseo simple del manmetro inclinado lo hace una herramienta barata pero precisa para medir la presin de gas.

SensibilidadOtras herramientas de manmetros, como el tipo en U, no pueden registrar cantidades de baja presin. El manmetro inclinado es esencial para retener los niveles de presin ms precisos para las aplicaciones industriales de gas. Un sistema industrial de gas a baja presin puede usarse para calentar o enfriar procesos de fabricacin. Un pequeo bloqueo dentro del sistema de gas puede detectarse y corregirse con un manmetro inclinado. Otros tipos de manmetros pueden no registrar el pequeo bloqueo hasta que el sistema de gas se tape completamente, garantizando una posible reparacin costosa.

CalibracinLa alta precisin del manmetro inclinado lo hace una herramienta precisa para calibrar las otras herramientas, como la presin especfica necesaria en una unidad de aire acondicionado. El trabajador puede colocar el manmetro inclinado en el flujo de presin del aire acondicionado. Despus, el trabajador puede ajustar lentamente el sistema del aire acondicionado mientras monitorea la presin reflejada en el manmetro inclinado. Como resultado, el trabajador retiene una presin de aire precisa a travs del sistema de aire acondicionado de una manera puntual.

PARTESLos manmetros inclinados no tienen ninguna parte que se pueda desgastar o envejecer, a diferencia de manmetros mecnicos o electrnicos. Sin embargo, tienen que ser protegidos de cadas accidentales. El tubo es generalmente hecho de vidrio, proporcionando una visin extremadamente transparente para el movimiento del lquido interno. Cualquier fisura o dao al tubo puede alterar la precisin del manmetro. Se debe inspeccionar bien el tubo antes de intentar medir una presin.

PRESIN ESTTICAEste tipo de presin es especficamente de los fluidos, se puede medir mediante instrumentos como los tubos piezomtricos. La presin esttica es toda presin ejercida por un fluido, la cual no se genera por velocidad del fluido o movimiento.Cuando un fluido se encuentra en reposo, se dice que la presin dinmica es nula, mientras que la presin esttica es igual a la presin total.Este tipo de presin acta por igual en todas las direcciones de la superficie que contenga el fluido, siempre en un ngulo recto.Un claro ejemplo, es cuando un avin se encuentra parado sobre el suelo, esta est siendo sometido a la presin atmosfrica normal, la cual se aplica sobre cada una de las parte del avin por igual. La presin del ambiente se le conoce como presin esttica.

Registradores de presin estticaHoy en da, existen varias empresas enfocadas a ofrecer instrumentos dinmicos y confiables capaces de medir la presin esttica. Los registradores de presin esttica son instrumentos empleados en diferentes industrias, tales como: alimenticia, farmacutica y aplicaciones de laboratorio.Un registrador de presin esttica no slo mide sino tambin se encarga de almacenar los datos para, posteriormente, realizar un estudio o anlisis de la medicin.PROCEDIMIENTO DE LAS PRUEBAS DE LABORATORIO

MATERIALES1. Calibrador de manmetro de peso muerto Marca Chandler Engineers (calibrado la ltima vez por Itintec, ao 2008) Discos de presin de 5,10,20,100 Psi2. Llave de Boca 9/163. Manmetro descalibrado Rango: 350 Psi Precisin: 5 Psi4. Micromanmetro de columna inclinada de agua Marca: Dwyer Rango:10de agua Precisin: 0,1 de agua5. Micromanmetro y anemmetro Fluke 922 Precisin: 0.001 pulgadas de agua6. Mangueras de goma flexible para transmitir la presin desde el conducto del ventilador.7. Tubo de Pitot 8. Regla medidora de distancia del tubo de Pitot en el dimetro de la tubera.

DATOS DE LA ZONA DE TRABAJO

Presin baromtrica: 752 mmHg Temperatura de bulbo seco: 23.31 C Temperatura de bulbo hmedo: 21.64 C Humedad relativa: 85 %

Con estos datos calculamos:

Densidad del aire: = =1.225 /3 Presin: 100.96 Kpa Temperatura: 297.6 K R (Constante de los gases): 0.287 KJ/Kg*K Densidad del agua: De las tablas termodinmicas: Estados de Lquido Comprimido del Agua =998 /3

ENSAYO DE CALIBRACIN DE MANMETRO DE BOURDON

PROCEDIMIENTO

1) Colocamos el calibrador en la mesa de trabajo donde al quitar la tapa protectora observamos las piezas que conforman dicho instrumento. Sacamos con cuidado cada una de las pesas que conforman el sistema de presin que utilizaremos. Notaremos que en vez del peso que tienen cada una de ellas tienen la presin que ejercen sobre el embolo calibrador. Procedemos a limpiar el aparato de cualquier fuga de aceite que pueda tener para dejarlo apto para la experiencia.2) Una vez que el calibrador est libre, lo nivelamos mediante los tornillos que tiene en cada una de las esquinas de la base hasta que la burbuja del nivel est en el centro del indicador de equilibrio.

3) Sacamos el adaptador de la boquilla del manmetro y colocamos en l un manmetro descalibrado o antiguo y enroscamos el conector del manmetro para que no haya fugas de aceite, apuntamos la mxima medicin que tiene el manmetro y la precisin en nuestra hoja de datos.

4) Abrimos la vlvula de ingreso de aceite del embolo calibrador al mbolo del tornillo y dejamos que entre el aceite hasta que subamos totalmente el tornillo hacia arriba. Una vez que subamos el tornillo cerramos la vlvula y abrimos la vlvula que va hacia el manmetro y el tornillo, y definimos la distancia del embolo calibrador que medir el equilibrio de presiones, la presin inicial del mbolo es de 5 psi por lo que tenemos presente esta medida al momento de aadir presin al mbolo5) Colocamos los discos indicadores de presin en el mbolo de calibracin, procuramos combinar los discos para que se logre una progresin de 10 psi entre medida y medida, y as vamos midiendo ascendentemente y apuntando la presin verdadera y la presin del instrumento en nuestra hoja de datos, hasta llegar a una medida de presin que marque el mximo de la lectura del manmetro.6) Una vez que llega a la medida mxima volvemos a tomar medidas ahora descendentemente, segn las medidas que tomamos ascendentemente hasta llegar a la medida inicial y apuntamos los resultados en nuestra hoja de datos. 7) Una vez que acabamos de medir sacamos todos los pesos del mbolo calibrador. Abrimos la vlvula que une el embolo del tornillo con el calibrador y subimos el tornillo hasta arriba cerramos la vlvula que va hacia del embolo de tornillo hacia el manmetro y el calibrador y as podemos sacar el manmetro. 8) Colocamos el adaptador en la boquilla donde estaba el manmetro, limpiamos el instrumento de calibracin, colocamos los pesos y la tapa protectora. 9) Apuntamos los resultados de las mediciones teniendo en cuenta si son verdaderas o del instrumento, sin son ascendentes o descendentes y usamos el promedio de ambas lecturas para usarlo en nuestras tablas.

ENSAYO DE MEDICION DE PRESIONES ESTATICAS EN UN DUCTO DEL VENTILADOR

Para esta medicin se utiliza un manmetro de columna de agua, el ensayo consiste en medir la presin esttica en distintos puntos de una tubera observando cmo es que disminuye la presin en funcin del tramo de tubera recorrido por el fluido debido a las perdidas por friccin en el ducto o si hubiera algn elemento de prdida de presin.

1. Inicialmente debemos colocar nuestro manmetro inclinado sobre la mesa de trabajo y mediante un tornillo que sostiene su base procedemos a nivelarlo horizontalmente utilizando un indicador de nivel horizontal con la finalidad de que la columna de agua se halle formando 30 grados con la horizontal.

2. Verificamos que el menisco del manmetro este exactamente en 0 ya que de all partir la medicin, adems una de las ramas del manmetro debe estar abierta a la atmosfera.

3. Colocando un extremo de la manguera de goma flexible en una rama del manmetro y el otro extremo en un punto de la tubera procedemos a realizar las mediciones de la presin segn la longitud que ha descendido el lquido en la rama inclinada del manmetro.4. De esta misma manera medimos la presin para 18 puntos en el ducto del ventilador. Es necesario que luego de realizar una medicin y retirar el tubo de goma de la tubera, verificar que el menisco de aceite regrese a la posicin 0.5. Finalmente copiamos los datos de presin versus longitud del ducto recorrido en nuestra hoja de datos.ENSAYO DE MEDICION DE PRESION DE VELOCIDAD EN EL DUCTO DEL VENTILADOR

1. Como usamos un micromanmetro electrnico, no ha sido necesario calibrar el aparato aunque si vemos si tiene algn error positivo o negativo en la medicin.

2. Conectamos en una rama del micromanmetro un tubo de goma flexible que a su vez estar conectado a un tubo de Pitot que se deslizara perpendicularmente al flujo de aire para medir la de velocidad del flujo en distintos puntos del dimetro.

3. Para poder conocer la posicin de la boquilla del tubo de Pitot dentro de la tubera, se ha instalado una regla graduada en pulgadas la cual est unida al tubo de Pitot y puede moverse horizontalmente y en direccin diametral en la tubera, esta regla debe ser utilizada desde su posicin 0 pulgadas hasta 12 pulgadas que coincide con la longitud del dimetro de la tubera.

4. Finalmente tabulamos los valores de velocidad que nos mide el micromanmetro a lo largo del dimetro del ducto. Realizamos dos medidas , de la mayor y menor presin regsitrada en cada punto, cada uno de estos valores de velocidad los apuntamos para construir nuestra curva de velocidades y su promedio ser nuestra velocidad media para hallar la presin de velocidad y si lo queremos el caudal de aire.

GRFICAS Y RESULTADOSDATOS DE CALIBRACIN DE MANMETROLectura verdadera (Psi)Lectura del ManmetroError (%)Correccin (%)

Lectura ascendente (Psi)Lectura descendente(Psi)Lectura promedio(Psi)

10212020.5105.00-105.00

20323131.557.50-57.50

30424342.541.67-41.67

4053535332.50-32.50

50646363.527.00-27.00

6074747423.33-23.33

70848383.519.29-19.29

80949393.516.88-16.88

9010410410415.56-15.56

10011511511515.00-15.00

11012412412412.73-12.73

12013513513512.50-12.50

13014414414410.77-10.77

140154155154.510.36-10.36

1501641641649.33-9.33

160174173173.58.44-8.44

170184183183.57.94-7.94

1801941941947.78-7.78

1902042002026.32-6.32

200213214213.56.75-6.75

2202312292304.55-4.55

2402502502504.17-4.17

260272271271.54.42-4.42

2802952852903.57-3.57

3003123123124.00-4.00

320331334332.53.91-3.91

3403503503502.94-2.94

CLCULO DE PRESIN ESTTICA, DINMICA Y TOTAL.Con los datos del manmetro inclinado, se hace la equivalencia de pulgadas de agua a Pascales mediante el siguiente proceso, se convierten las pulgadas de agua a metros de agua, y de ah se convierten los metros de agua a pascales, se obtienen los siguientes resultados.

PosicinL(cm)Presin Esttica(inH2O)PresinEsttica (Pa)

zona de succin05.50.000.000

130.5-0.27-67.2540

260.7-0.255-63.5177

397.5-0.25-62.2722

4122-0.25-62.2722

5152.6-0.27-67.2540

6183.3-0.275-68.4994

7244.1-0.27-67.2540

zona de descarga82740.3279.7084

9335.40.374.7267

10396.70.0819.9271

114580.1127.3998

12488.70.1229.8907

135800.1229.8907

14610.80.1127.3998

15640.80.11528.6452

16671.40.124.9089

177020.1127.3998

18762.70.124.9089

Presin Esttica segn la trayectoria del ducto (inH2O)

Presin Esttica segn la trayectoria del ducto (Pa)

CLCULO DE LA PRESIN DE VELOCIDAD:

La presin dinmica depende de la velocidad media en el conducto, la cual est directamente ligada con el caudal; el cual lo consideramos constante. Es por ello que la presin dinmica ser constante.

Medicin de las velocidades a lo largo de la salida del ventilador

L(m)VmaxVminVprom

0.1028.5457.998.2675

0.1279.1828.7038.9425

0.1529.38.899.095

0.1789.3178.8999.108

0.2039.5169.0259.2705

0.2299.5499.0899.319

0.2549.8489.4459.6465

0.27910.0599.7899.924

0.30510.2519.81510.033

0.33010.0229.4119.7165

0.3569.3538.7539.053

0.3818.0847.3227.703

= =1.225Kg/m3Vmedia=9.1733m/sPor lo tanto:=51.54Pa

Con lo cual al unir ambas presiones tenemos el siguiente resultado de presiones segn la distancia del ducto y su respectiva grfica.PosicinL(cm)Presin Esttica(inH2O)Presin Esttica (Pa.)Presin Velocidad (Pa.)Presin Total

zona de succin05.5-051.5451.54

130.5-0.27-67.25451.54-15.714

260.7-0.255-63.517751.54-11.9777

397.5-0.25-62.272251.54-10.7322

4122-0.25-62.272251.54-10.7322

5152.6-0.27-67.25451.54-15.714

6183.3-0.275-68.499451.54-16.9594

7244.1-0.27-67.25451.54-15.714

zona de descarga82740.3279.708451.54131.2484

9335.40.374.726751.54126.2667

10396.70.0819.927151.5471.4671

114580.1127.399851.5478.9398

12488.70.1229.890751.5481.4307

135800.1229.890751.5481.4307

14610.80.1127.399851.5478.9398

15640.80.11528.645251.5480.1852

16671.40.124.908951.5476.4489

177020.1127.399851.5478.9398

18762.70.124.908951.5476.4489

OBSERVACIONES1. Hemos observado en el trascurso de la experiencia que el calibrador tiene fugas de aceite en el mbolo de calibracin. Pensamos que es debido a que hace tiempo el instrumento no es mandado a calibrar, ya que la etiqueta de la ltima calibracin data del ao 2008.

2. Hemos notado que las lecturas ascendente y descendente coinciden mucho, llegando a ser iguales en muchos casos, cuando deberan ser distintas aunque sea por poco, pensamos que la fuga de aceite pueda hacer que el error sea variable.

3. Notamos que el error es variable y se comporta como una curva hacia abajo, lo cual nos dice que el manmetro tiene un rango medio de medidas para la cual fue hecho mientras que los extremos tienen un error distinto.

4. La presin en el ducto de succin es negativa, esto es, menor que la presin atmosfrica. Esta consideracin debe tenerse en cuenta al usar el manmetro diferencial, pues se debe colocar la manguera de presin en el lado que nos permita tomar la lectura de la diferencia de presin.

5. Debe procurarse que nada ni nadie obstruya la entrada o salida del ventilador, pues, de esta forma, afectara el resultado a obtener.

RECOMENDACIONES1. Pensamos que sera bueno calibrar el calibrador de peso muerto por si las fugas de aceite hacen que pierda exactitud en las medidas

2. Recomendamos tomar ms puntos de medidas en la prueba de calibracin, lo cual podr dar una medida ms exacta del error en el manmetro.

3. Tener cuidado con la manipulacin de los instrumentos de medicin, sobre todo con el manmetro inclinado, ya que minsculos detalles pueden modificar significativamente los resultados a examinar.

4. Debido a la cantidad de factores que podran alterar los resultados calculados, se ve por conveniente realizar una mayor recoleccin de datos en cada punto para tener un promedio ms exacto.

5. Un giro en el tubo de Pitot puede ocasionar lecturas falsas de la presin por lo cual hay que observar la forma de tomar las medidas.

6. Es importante en los manmetros de Bourdon fijarse si hay algn error negativo o positvo en la lectura de la aguja en cero.

CONCLUSIONES1. Concluimos que es importante la calibracin peridica de un instrumento y la construccin de sus respectivas tablas de calibracin correccin y error porque vemos que un error en la presin de una mquina que trabaja con presiones altas puede traer no solo prdidas materiales como tambin prdidas humanas.

2. Al observar la curva de Error y correccin vemos que el error se vuelve constante en las presiones mayores del manmetro, por lo que concluimos que para esas presiones medias en el rango el manmetro fue pensado, mientras que para las medidas extremas la deformacin del muelle de Bourdon puede ser poca, distinta.

3. Dado que en un mismo punto se presentan variaciones en su velocidad podemos decir que una tubera que transporta aire a altas velocidades experimenta siempre un flujo turbulento.

4. La amplia variacin de velocidades en cada punto nos hace pensar que el promedio de las velocidades mximas y mnimas podra presentar imprecisin en el clculo de la velocidad media.

5. Hemos visto que la variacin de presin en un ducto de ventilador es negativa en la parte de succin y positiva en la parte de descarga, esto quiere decir que en cualquier ducto con cualquier fluido y una bomba o ventilador funcionando, siempre la presin esttica del flujo ser mayor a la de velocidad ya que la presin de velocidad es siempre positiva.

BIBLIOGRAFA

SEYMOUR, Jesse El Laboratorio del Ingeniero Mecnico, Ed Hispano Americana 1957 Primera Edicin, Buenos Aires CREUS, A. Instrumentacin Industrial. Quinta edicin, Editorial: Alfaomega, Mxico 1993 HIDROSTAL Manual de Manmetros. Tercera edicin, Per 1998

http: //www.quiminet.com http: //www.afriso.de

ANEXO:FOTOS DE LA EXPERIENCIA