UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU DETERMINACION DE LA PRESION
MEDIANTE EQUIPO GUNT HM 150.02 1 2 Objetivos: Manipular el manmetro
mecnico de Bourdon. Medir presiones hidrostticas. Calibrar un
manmetro. Determinar el error sistemtico. Introduccin y marco
terico:
Junto con la temperatura, la presin es la variable ms comnmente
medida en plantas de proceso. Su persistencia se debe, entre otras
razones, a que la presin pude reflejar la fuerza motriz para la
reaccin o transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el
transporte de gases o lquidos; la cantidad msica de un gas en un
volumen determinado; etc. Debido a este concepto es necesario
conocer el manmetro de Bourdon, cuyo medidor de presin industrial
es usado tanto a presiones como a vacos. El cual se dar a conocer
en el presente informe. Para ello realizamos una parte terica y
prctica la cual va a consistir en la calibracin del manmetro de
Bourdon, en cual utilizaremos un calibrador de manmetro y el
manmetro de Bourdon.
Presin
Presin es la fuerza ejercida por unidad de rea en forma
perpendicular y se expresa en N/m2 en el sistema internacional,
esta definicin se muestra en la ecuacin (1) y es aplicable para la
presin en slidos (esfuerzo), lquidos (presin hidrulica) y gases
(presin neumtica).
(1)Para el caso de una columna vertical de fluido lquido o gas,
aplica la definicin expresada en la ecuacin (2), esta ecuacin es la
que rige a los manmetros de columna de lquido, punto de inters en
este documento.
(2)La ecuacin (3) mejor conocida como la ley de los gases,
expresa la presin absoluta ejercida por un gas en un recipiente
hermtico a cierta temperatura,
(3)Pgina 1
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Esta ecuacin es til para determinar la diferencia de presin
generada por la columna del gas utilizado para la presurizacin,
columna de gas que se tiene cuando existe una diferencia de altura
entre el nivel de referencia de la columna de lquido (menisco
inferior) y el punto de inters (calibrando).
En esta ocasin usaremos el equipo de G.U.N.T para el calibrado
de instrumentos de medicin de la presin, que permitir comprobar y
ajustar manmetros. La presin se predetermina con pesos depositados
en un portapesos. Este posee un embolo que acta sobre el aceite
hidrulico que llena un sistema de tubos, de manera que un manmetro,
tambin conectado al sistema, tiene que indicar unas presiones
determinadas. El quipo incluye un manmetro de Bourdon provisto de
un disco graduado transparente. El mecanismo de indicacin y las
diversas posibilidades de ajuste se pueden reconocer as
perfectamente. Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma
circular de seccin oval. La presin a medir acta sobre la cara
interior del tubo, con lo que la seccin 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
presin el cual se traslada a una aguja indicadora. Para presiones
hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de forma
circular con un ngulo de torsin 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 indicacin, en los equipos
adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento,
transmisores de seal lmite o potencimetros de control remoto. Los
rganos de medicin de tubo de Bourdon solamente pueden protegerse
contra sobrecarga de manera limitada mediante el apoyo del rgano
medidor con un valor lmite de presin. Para cualquier tipo de carga,
la relacin entre la carga y la deformacin es una constante del
material, conocida como el mdulo de Young: E=Carga/e. Por ende, si
la constante de deformacin es conocida, se puede obtener la carga
segn: Carga = E*e De modo que frente a deformaciones pequeas de
materiales elsticos, ser posible obtener una cuantificacin
reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes. El manmetro de
Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales
utilizados en su construccin. Este manmetro, tal vez el ms comn en
plantas de procesos que requieran medicin de presiones. Pgina 2
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3
Descripcin y manejo del equipo
Calibrador de manmetros GUNT HM 150.02
Aceite hidrulico HLP ISO 32 Pgina 3
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Juego de anillos calibrados
Porta masas
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3.1.- Construccin del equipo El calibrador de manmetros consta
en lo esencial de don unidades: 3.1.1.- La unidad de medicin de
presin Aqu esta enroscado de forma fija, con fines de ensayo, un
manmetro 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
presin. La unidad de carga se comunica con la unidad de medicin de
presin a travs de una tubera llena de aceite, con lo que el
manmetro puede indicar el aumento de la presin.
1 2 3
Placa de base Pesos Portapesos
4 Manmetro 5 Tapn roscado
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La comunicacin entre la unidad de carga y la de presin se puede
en el siguiente esquema en seccin:
Como puede verse, ambas unidades se comunicas entre s a travs de
una tubera. Si se colocan pesos en el portapesos, aumente la presin
del aceite en el sistema. La estanqueizacin entre el embolo y el
cilindro tiene lugar de forma metlica y no necesita otros elementos
de junta. El ajuste aplicado se ha efectuado con gran
meticulosidad, de modo que el mbolo se desplaza prcticamente sin
rozamiento con unas prdidas de aceite mnimas. Los pesos se han
concebido de forma que sean posibles saltos de presin de 0.5 bar.
Depositar primero el peso pequeo en el portapesos. Para mantener la
posicin se ha previsto una espiga gua. De lo contrario, Los dems
pesos quedaras torcidos sobre el pistn y las mediciones se
falsearan debido a diferencias en el rozamiento. El aceite sobrante
que se pueda producir al actuar el pistn se recoge en la concavidad
que hay antes de la camisa. Con el cilindro de compensacin se puede
hacer subir y bajar la carga del peso sobre el cojn de aceite
hidrulico. Para la medicin se tiene que mantener la carga sobre el
cojn de aceite, de manera que haya presin en el sistema hidrulico.
Desenroscando el cilindro de compensacin se puede hacer bajar la
carga del peso hasta el tope. El sistema hidrulico esta entonces
sin carga. Adems, con el cilindro de compensacin se puede controlar
y corregir de manera sencilla el nivel de aceite. Atencin; No
sustituir el manmetro. Solo se puede rellenar aceite con ayuda de
un vacio. 3.2 Puesta en servicio
Retirada del capuchn para transporte Si es necesario, rellenar
aceite y controlar el punto cero Colocar el embolo
3.3
Ajuste del punto cero: Pgina 6
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Para comprobar el punto cero del manmetro se tiene que procedes
en los siguientes pasos: Enroscar el volante del cilindro de
compensacin para hacer salir el embolo del cilindro Retirar el
mbolo y el portapesos. Regular el nivel del aceite en el cilindro
abierto de manera que el cilindro quede lleno hasta el borde. El
manmetro a comprobar tiene que indicar ahora cero, ya que slo est
sometido a la presin del aire ambiente. De no ser as. La aguja del
manmetro se puede ajustar con un destornillador pequeo. Se puede
acceder al tornillo de ajuste a travs de un orificio existente en
el disco graduado del manmetro. 3.4 Rellenado de aceite
hidrulico:
Si a pesar de haber enroscado por completo el volante no est
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 est totalmente lleno. 3.5 Calibrado
de un manmetro (comprobacin):
Una vez comprobado el punto cero de un manmetro, se coloca de
nuevo el portapesos en el cilindro de la unidad de medicin de
presin. Al hacerlo, el mbolo se hace bajar lentamente desenroscando
el cilindro de compensacin, 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 dimetro del mbolo de
12 mm, se puede determinar el aumento de la presin de acuerdo con
las formulas bsicas siguientes.
A: Seccin transversal del mbolo, d: Dimetro del mbolo, F:
Fuerza, p: presin, m:masa de los cuerpos de carga, g: contante de
la aceleracin de la gravedad.
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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU Con nmero 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 indicacin de 0.5
bar se consigue depositando un peso con una masa de 193g sobre el
portapesos. Los dems pesos son de 578g, lo que equivale para cada
uno a un aumento de la presin de 0.5 bar. 4 4.1 Seguridad Peligros
para el equipo y su funcionamiento: Para el transporte se deber
retirar el pistn de la unidad de carga. Se debe prestar atencin a
que el cilindro de se dae con rayas ni, menos aun. Con estras. De
suceder esto ya no estara garantizada la estanqueizacin metlica. La
unidad de carga se debera proteger con el capuchn adjunto para su
transporte, a fin de que no se pierda aceite. Para colocar y
retirar el capuchn es posible que se tenga que accionar el cilindro
de compensacin. Precaucin: Por la abertura podra salir aceite a
presin. El disco graduado del manmetro de Bourdon es de vidrio y se
puede romper. 4.2 Cambio de aceite:
Quitar el tampn roscado Evacuar el aceite usado, ventilar si es
necesario. Con el rasco restra establecer la conexin con la llave
distribuidora de tres vas y la bomba del vaco. Generar vacio con la
bomba de vacio a travs de la llave distribuidora de tres vas
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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU Hacer entrar aceite en el
sistema conmutando la llave distribuidora de tres vas. A
continuacin, cerrar el sistema hidrulico. 5 Experimentos y
Procedimiento: Registro de la curva caracterstica de transmisin del
manmetro. Curva caracterstica: Presin = f (peso) 5.1
Preparativos:
Retirar el capuchn para transporte. Si es necesario, rellenar
aceite y controlar la seal cero. 5.2 Realizacin del ensayo:
Leer la seal cero del manmetro, controlarla y anotarla. Colocar
el portapesos para 0.334 bar con el mbolo en el cilindro de la
unidad de carga, al hacerlo, el mbolo se hace bajar lentamente
desenroscando el cilindro de compensacin, 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 seal de presin del manmetro. 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 mnimo la influencia
del rozamiento de adherencia tambin en esta medicin, imprimir al
portapesos un ligero movimiento de giro. Anotar la seal de presin
del manmetro. Repetir el punto descrito con los restantes cuatro
anillos de carga para 0.5 bar y anotar los valores de la
presin.
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6 6.1
Anlisis: Caculos.
A continuacin hacemos los respectivos clculos matemticos para
hallar las presiones tericas acumuladas:
(
)(
)
(
)(
)
(
)(
)
(
)(
)
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(
)(
)
(
)(
)
6.2
Muestra de cuadros. Entonces:
Peso de las cargas con indicacin de la presin (Kg), acumulado.
0.000 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890
Presin medida en bares Segn el manmetro de Bourdon, acumulada.
0.000 0.330 0.490 0.974 1.450 1.945 2.465
Presin terica en bares, acumulada.
0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506
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Carga (con dato impreso) en Kg 0.000 0.385 0.578 1.156 1.734
2.312 2.890 6.3 Graficas:
Presin medida en bar 0.000 0.330 0.490 0.974 1.450 1.945
2.465
Valores limites Presin inferiores -1% terica 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
Valores lmites superiores +1% en bar +0.025 +0.359 +0.525 +1.025
+1.525 +2.025 +2.525
Para el anlisis grafico, las presiones medidas y los valores
limites se tienen que anotar en un diagrama x, y (carga-presin); a
continuacin plasmaremos tres graficas:
Masa (kg) vs Error absoluto (bar), Masa acumulada (Kg) vs Presin
terica (bar), Masa acumulada vs Presin experimental bar. Presin
Experimental En el laboratorio con ayuda del manmetro obtuvimos las
siguientes presiones (ver tabla); luego segn la ecuacin siguiente,
calculamos el error absoluto: Error Absoluto = P terica acumulada P
experimental acumulada promedio
Masa acumulada (Kg)
Presin terica acumulada
Presin 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 0.385 0.578 1.156 1.734 2.312 2.890
0.000 0.334 0.501 1.002 1.504 2.005 2.506
0.000 0.004 0.011 0.028 0.053 0.060 0.043
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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU Entonces la grafica, Masa (kg)
vs Error absoluto (bar), sera la siguiente:
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Masa acumulada (Kg) vs Presin terica (bar):
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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU
Masa acumulada vs Presin experimental bar:
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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU 7. Conclusiones:
Al concluir el presente informe pudimos comprender el
funcionamiento de un manmetro de Bourdon, para llegar a esto fue
necesario dar a conocer un concepto fundamental en la mecnica de
fluidos, refirindonos a la presin cuya definicin dice que llamamos
presin a la fuerza que se ejerce sobre la unidad de rea, siempre
que la fuerza sea perpendicular a la superficie. Despus de haber
conocido aquellos conceptos fundamentales nos referimos al manmetro
de Bourdon el cual es un elemento de medida de presin industrial,
que es usado cuando el mximo requerido sobrepasa 25 lb/pul2 para
medir presiones y vacos combinados, para mediciones de presin ms
directa o cuando se producen fluctuaciones de presin repentinas. En
la parte experimental se realizo la calibracin de un manmetro de
Bourdon, cuya experiencia consisti en agregar peso a un sistema, en
el cual se va midiendo la presin, terminando este proceso se vuelve
a realizar pero ahora descargando el sistema, cuya presin 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 funcin a una
ecuacin matemtica para luego ser plasmadas en una grafica. 8
Bibliografa. 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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