Medida de Presión y Calibracion de Manometros unprg

8/10/2019 Medida de Presin y Calibracion de Manometros unprg

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Facultad de Ingeniera Mecnica y Elctrica

CURSO:Laboratorio de Ingeniera Mecnica I

CATEDRATICO:Ing.CIP. Teobaldo Julca Orozco.

PRACTICA DE LABORATORIO N2:Medicin de Presin y calibracin de manmetros

ALUMNO:Oscar Manuel Chvez Delgado

CDIGO:110469-D

CICLO: VIIFECHA DE PRESENTACIN:07/08/2014

Lambayeque, Agosto del 2014

I N G

. M E C A N I C A Y E L E C T R I C A


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Oscar Manuel Chvez Delgado

UNPRG - FIMEMedicin de la presin y calibracin de manmetros

2

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

LABORATORIO DE ENERGIA Y MAQUINAS TERMICAS O

ELECTRICIDAD

CURSOLABORATORIO DE INGENIERA MECNICA I

CATEDRATICOING. CIP. TEOBALDO JULCA OROZCO.

PRACTICA DE LABORATORIO N 02PRESIN

DATOS PERSONALESCHVEZ DELGADO OSCAR MANUEL

CODIGO : 110469D CICLO : 2014-I

FECHA

07/08/2014NOTA


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LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA N2MEDICIN DE LA PRESIN Y CALIBRACIN DE MANMETROS

I. INTRODUCCIN:Al igual que el control de la temperatura, el control de la presin esun factor muy importante a considerar en los procesos industriales, controlar, por ejemploa que presin una bomba sufre el efecto de cavitacin, la presin mxima que puedesoportar un cierto elemento (caldera, pistn, tubera, etc.) o la presin necesaria paraimpulsar un fluido hasta una cierta altura y con un caudal determinado, etc. Estas sonalgunas de las aplicaciones en las que el control de la presin es importante, es por talmotivo que tener un manmetro que controla la presin del proceso, me debe de asegurarun proceso eficiente y seguro, la calibracin de manmetros desarrollado en estelaboratorio, nos permitir fijar rangos de variacin en las medidas y descartar o validar elfuncionamiento de un manmetro segn las tablas y graficas presentadas.

Como sabemos, para la medida de la presin, nosotros utilizamos los manmetros, enla actualidad y a pesar del paso del tiempo y las nuevas tecnologas se sigue utilizando enla gran mayora de los campos industriales un manmetro, como es el caso del tipoBourdon. En 1846 un ingeniero ferroviario el alemn Schinz haba descubierto que untubo curvado cambiara su curvatura cuando estaba sujeta a la presin interna y en 1848este principio funcionaba en las locomotoras en Alemania.En 1849 el ingeniero francs Eugene Bourdon (1808...1884) tuvo una gran idea deinventar un manmetro metlico el cual en esencia su principio fundamental es que elmovimiento del tubo, que es proporcional a la presin; naciendo as el manmetroBourdon.

II. OBJETIVO:

Medicin de la Presin y calibracin de manmetros


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III. FUNDAMENTO TERICO:

Presin:La presin es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de rea, sta solo seemplea cuando se trata de un gas o un lquido. La contraparte de la presin en losslidos es el esfuerzo. La presin en un fluido aumenta con la profundidad como

resultado del peso del fluido, este aumento se debe a que el fluido a niveles ms bajossoporta ms peso que el fluido a niveles ms altos. La presin vara en direccinvertical como consecuencia de los efectos gravitacionales, pero no existe variacin enla direccin horizontal. La unidad de la presin en el SI es el pascal y representa alefecto que ocasiona un newton (N) sobre un metro cuadrado (m2), en el sistema inglesla unidad de presin es el BAR(bar), Existen diferentes formas de expresar lasmediciones de presin, estas son:

- Presin Absoluta: Es la suma de la presin manomtrica ms la presinatmosfrica.

- Presin Manomtrica: Se define como la presin relativa a la presin atmosfrica.

Representa la diferencia positiva entre la presin medida y la presin atmosfricaexistente. Puede ser convertida a presin absoluta, sumndole el valor de la presinatmosfrica actual.

- Presin de Vaco: Es la presin medida por debajo de la presin atmosfrica.- Presin Diferencial: Es la diferencia en magnitud entre el valor de una presin yel valor de otra tomada como referencia. En el caso de la presin manomtrica, sepodra decir que sta es una medida de presin diferencial en la cual la presin dereferencia es la presin atmosfrica.

- Presin Hidrosttica: Es la presin ejercida por una columna de lquido. Se calculamultiplicando la altura de la columna de lquido por la densidad o por la gravedad

especfica del lquido.

( ) =( )

( )

Medicin de la presin:La medicin de la presin, se puede realizar de diferentesmaneras y para este caso se utilizan los instrumentos llamados manmetros,

Manmetros:Un manmetro es un aparato que sirve para medir la presin de gases

o lquidos contenidos en recipientes cerrados. La gran variedad de manmetrosexistentes en el mercado, se ha originado por sus innumerables aplicaciones en laindustria. Sin embargo el tipo ms utilizado es el manmetro de Bourdon y susvariantes, aunque es necesario tener presente el intervalo de presiones en el que setrabaja y la exactitud que se requiera, para la calibracin de manmetros, en eldesarrollo de este laboratorio se ha utilizado como fuente patrn un calibrador de pesomuerto, a continuacin se detallan algunos de los ms importantes manmetrosexistentes en la actualidad.

- Manmetro tipo Bourdon: El principio de medida en el que se basa esteinstrumento es el sensor conocido como tubo Bourdon. El sistema de medida est

formado por un tubo aplanado de bronce o acero cerrado,en forma de C de decircunferencia para la medicin de bajas presiones, o enrollado en forma de espiralpara la medicin de bajas presiones y que tiende a enderezarse proporcionalmente


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al aumento de la presin; este movimiento se transmite mediante un elementotransmisor y multiplicador que mueve la aguja indicadora sobre una escalagraduada. La forma, del material y el espesor de las paredes dependen de la presinque se quiera medir. El conjunto de medida est formado por un tubo Bourdonsoldado a un racord de conexin, por lo general este conjunto es de latn, pero en

el caso de altas presiones y tambin cuando hay que medir presiones de fluidoscorrosivos se hacen de aceros especiales. La exactitud de este tipo de manmetrosdepende en gran parte del tubo, por esa razn slo deben emplearse tubos fabricadoscon las normas ms estrictas. Existen diferentes tipos de manmetros de Bourdon,los ms corrientes son los siguientes dimetros nominales en mm.: 40, 50, 63, 80,100,160 y 250 mm.

Los dimetros 40 y 50 mm. Son habitualmente utilizados en conducciones parapresiones comprendidas entre 2,5 bar y 60 bar, y en modelos muy econmicos conconexiones en latn, cajas protectoras en ABS y precisiones del 2,5%, aunque esposible su fabricacin en otros rangos de presin, materiales y precisiones.

Industrias tpicas que utilizan estos manmetros son: reguladores de presin,neumtica, industria contra incendios, etc.El dimetro 63 mm. Es habitual en la industria para conexiones de , y el

dimetro 100 para conexiones de . Es corriente su utilizacin en todos losmateriales dependiendo de la aplicacin a cubrir, desde aparatos en caja de ABS oacero, hasta manmetros fabricados ntegramente en acero inoxidable, pasando porlos manmetros llenos de glicerina con conexiones en latn y caja protectora enacero inoxidable y los dimetros 160 y 250 mm. Son habitualmente utilizados paraaplicaciones de laboratorio y lo ms comn es que se fabriquen en acero inoxidabley/o en precisiones elevadas (0,5%, 0,25%,...etc.)

- Manmetros de columna lquida: Este tipo de manmetros es la forma ms sencillade dispositivo para medir presiones, donde la altura, carga o diferencia de nivel, ala que se eleva un fluido en un tubo vertical abierto conectado a un aparato quecontiene un lquido, es una medida directa de la presin en el punto de unin y seutiliza con frecuencia para Mostar el nivel de lquidos en tanques o recipientes.Puede utilizarse el mismo principio con indicadores de tubo en U, en el cual,conocida la densidad del lquido empleado en l, la carga o altura constituye unamedida de la presin relacionndola con la correspondiente a la atmosfrica.

- Fuelle: Es un recipiente cerrado, con lados que pueden expandirse o contraersecomo un acorden. La posicin del fuelle sin presin puede ser determinada por elmismo fuelle o por un resorte. La presin es aplicada sobre la cara del fuelle y sudeformacin y su posicin dependen de la presin.

- Diafragma: Es un sensor que est tpicamente construido por dos discos flexiblesy cuando una presin es aplicada sobre una cara del diafragma, la posicin de lacara del disco cambia por deformacin. La posicin est relacionada con la presin.

- Bandas extensomtricas: Los sensores de presin modernos usan el principio de

elasticidad, pero la deformacin es convertida en una seal elctrica mediante bandas extensomtricas, conocidas como strain gaugeso strain gages. Estemedidor se construye sobre un metal de coeficiente de elasticidad dado, adosndole


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un alambre, una tira semiconductora o pistas conductoras. Al deformarse el soportede la banda, se "estira" o se "comprime" el sensor, variando as su resistencia. Elcambio de resistencia ser, precisamente, el reflejo de la deformacin sufrida. Entrminos de su caracterizacin, dada la resistencia sin deformacin, la aplicacin deuna fuerza deformante producir un cambio de resistencia, cuya medicin permite

calcular la fuerza.- Capacitivo o inductivo: El movimiento asociado con alguno de los sensores

mecnicos ya descriptos, puede ser usado para influenciar alguna propiedadelctrica (por ejemplo, capacitancia), afectando una seal de medicin. Porejemplo, un cambio de presin sobre un diafragma, ocasiona un cambio en lacapacitancia o inductancia.

- Piezoelctrico: Cuando se aplica una presin sobre un material piezoelctrico (porejemplo, cuarzo), se genera una tensin elctrica, proporcional a la presin ejercida

sobre el material.


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IV. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

Manmetro: Se ha utilizado un manmetro tipo Bourdon a calibrar.

Calibrador de peso muerto:Es el instrumento patrn, que me permitir calibrar losmanmetros deseados.

Aceite monogrado:Como lquido, para lograr el funcionamiento de la prensahidrulica (calibrador de peso muerto) se ha utilizado aceite monogrado MOVIL.


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Pesas:Se han utilizado pesas tipo platillo de diferentes pesos (50g, 100g, 200g, 500g)

Termmetro de bulbo seco (TBS):

Termmetro de bulbo hmedo (TBH)


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V. DATOS EXPERIMENTALES:

Los datos obtenidos al realizar el laboratorio N2 Medicin de la presin y calibracin de manmetros son los tabulados en el cuadro que se pu ede observar a continuacin, el

Ppatron se refiere a la presin obtenida por el efecto de las pesas sobre el rea del pistn,la cual se ha utilizado como unidad patrn,Pt (Pa), Pp (Pa), T3 (C), son las presionestericas y patrones respectivamente medidas en pascales, unidad de la presin en elsistema internacional (SI). Adems se ha medido la temperatura de bulbo seco y bulbohmedo, los cuales se presentan a continuacin:

CONDICIN T (C) T (K)

Bulbo Seco 26. 299.15

Bulbo Hmedo 22 295.15

MEDICIN DE LA PRESIN Y CALIBRACIN DE MANMETROS

PUNTOPESAS (g) PRESIONES (Psi)

Asc. Desc. Pt asc. Pt des.

1 50 50 8 7

2 100 100 9 93 150 150 9.5 94 400 400 14 135 533.8 533.8 17 166 670.8 670.8 18 197 1333.8 1333.8 29 30

8 1687.8 1687.8 33 369 1887.8 1887.8 36 38

10 2387.8 2387.8 44 46

El ensayo se ha realizado en el Laboratorio de energa y mquinas Trmicas de la facultadde ingeniera mecnica y elctrica (FIME) de la UNPRG, el 24 de Julio del 2014 desde las13:20 horas de la tarde, adems se muestra en la tabla N4 las caractersticas del pistn, ytambin se han tomado las siguientes consideraciones de equivalencia de unidades.

CARACTERISTICAS DEL PISTON

Peso (g) 283.3

Dimetro (mm) 10.128rea (m2) 0.0000806

psi = 6894.8 Pa

gravedad 9.81 m/s 2

gramo 0.001 Kg

Tabla N01

Tabla N03 Tabla N04


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VI. PROCEDIMIENTO:Para realizar el presente laboratorio, se ha contado con elasesoramiento del Ing.CIP Teobaldo Julca Orozco, catedrtico del curso, con el cual, se

ha procedido de la siguiente manera:Antes de realizar cualquier accin, se debe de verificar que el equipo con el que seva a trabajar y el espacio en el que se van a hacer las pruebas se encuentren enbuenas condiciones, procurando siempre que la seguridad de los participantes y delos instrumentos se conserve.

Colocar el calibrador de peso muerto en un lugar equilibrado, y verificar quecontenga aceite en el nivel apropiado, caso contrario se tendr que rellenar, luegode este paso se proceder a purgar mediante la vlvula de purga.

Colocar el manmetro de Bourdon a calibrar en el espacio acondicionado para este,luego, colocar la plataforma de las pesas a una distancia de 15mm de la base del surespectivo cilindro, esto se regula mediante el tornillo de ajuste y se har para cadatoma de medida.

Colocar las pesas, de tal manera que sus pesos varen en forma ascendente, anotarlos respectivos pesos junto con el resultado arrojado por el manmetro y anotarloen la tabla, realizar 10 pruebas semejantes.

Quitar de manera progresiva las pesas, tomando medidas nuevamente en formadescendente, tomando los resultados para los mismos pesos del paso anterior,anotarlo en la tabla respectiva.

Calcular las presiones patrn, tomando en cuenta las caractersticas del pistn (peso,dimetro), finalmente llenar el modelo de tabla brindado por el catedrtico y realizarlos clculos y grficas respectivas.

VII. CLCULOS Y RESULTADOS:En esta ocasin, se ha tenido que tener en cuenta

algunas ecuaciones para hallar los errores (absoluto y relativo), tambin se ha utilizadoecuaciones para hallar la varianza y la desviacin estndar, estas se detallan acontinuacin, debe hacerse notar que se ha utilizado tambin, la aplicacin Excel parahallar rpida y eficazmente algunos resultados.

Error Absoluto: =

Error Relativo. = 100%


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Media:

Varianza:

2

2 1( )

1

n

ii

t X

n

Desviacin Estndar: La desviacin estndar se ha calculado segn elMtodode Mnimos cuadrados.

22

i i i i

i i

n x y x yb

n x x

2

22i i i i i

i i

x y x x ya

n x x

Ecuacin de la recta:

y bx a

Presin patrn:

Clculo de la primera presin patrn para un peso de 50 g.

283.31000

501000 9.81

8.056 10 40586.8

2

2 1( )

1

n

ii

t X

n


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VIII. GRFICOS:Los grficos que a continuacin se presentan, mejorarn el anlisis de losresultados obtenidos.


PUNTO PESAS (g) PRESIONES (Psi)Asc. Desc. Pt asc. Pt des. Pp asc. Pp des. Pt prom. Pp prom.

1 50 50 8 7 6.088 6.088 7.5 6.0882 100 100 9 9 7.001 7.001 9 7.0013 150 150 9.5 9 7.914 7.914 9.25 7.9144 400 400 14 13 12.481 12.481 13.5 12.4815 533.8 533.8 17 16 14.924 14.924 16.5 14.9246 670.8 670.8 18 19 17.427 17.427 18.5 17.4277 1333.8 1333.8 29 30 29.536 29.536 29.5 29.5368 1687.8 1687.8 33 36 36.002 36.002 34.5 36.0029 1887.8 1887.8 36 38 39.655 39.655 37 39.65510 2387.8 2387.8 44 46 48.788 48.788 45 48.788


PUNTOPESAS (g) PRESIONES (Psi) ERRORES Desviacin

Estndar VarianzaAsc. Desc. Pt prom. Pp prom. EAbs (m) ERel(%)1 50 50 7.5 6.088 1.412 23.2 1.00 0.9972 100 100 9 7.001 1.999 28.6 1.41 1.9983 150 150 9.25 7.914 1.336 16.9 0.94 0.8924 400 400 13.5 12.481 1.019 8.2 0.72 0.5205 533.8 533.8 16.5 14.924 1.576 10.6 1.11 1.2416 670.8 670.8 18.5 17.427 1.073 6.2 0.76 0.5767 1333.8 1333.8 29.5 29.536 0.036 0.1 0.03 0.0018 1687.8 1687.8 34.5 36.002 1.502 4.2 1.06 1.1299 1887.8 1887.8 37 39.655 2.655 6.7 1.88 3.525

10 2387.8 2387.8 45 48.788 3.788 7.8 2.68 7.174

Anlisis:Como podemos observar, el error relativo mximo es 33% y pertenece a lasegunda medida, segn esto podemos afirmar que el manmetro tiene un significativoerror, y que posiblemente este marcando valores errneos, sera recomendablereemplazarlo por uno nuevo.

Tabla N05

Tabla N06


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CURVA DE ERROR PARA CALIBRACIN DE MANMETRO.

CURVA DE CORRECCIN PARA CALIBRACIN DE MANMETRO.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 10 20 30 40 50

E R R O R A B S O L U T O

PRESIN (Psi)

0.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

0 10 20 30 40 50

E R R O R R E L A T I V O

( % )

PRESIN (Psi)


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CURVA DE CALIBRACIN Y AJUSTE:

CALIBRACIN DE MANMETRO

PUNTO PRESIONES (Psi) Pp*Pt PT2 Pp2Pp prom. Pt prom. X (PT) Y

1 6.088 7.5 45.658 56.25 37.061 7.5 9.3652 7.001 9 63.009 81 49.014 9 10.6763 7.914 9.25 73.207 85.5625 62.636 9.25 10.8954 12.481 13.5 168.487 182.25 155.764 13.5 14.6105 14.924 16.5 246.253 272.25 222.738 16.5 17.2336 17.427 18.5 322.394 342.25 303.691 18.5 18.9817 29.536 29.5 871.326 870.25 872.404 29.5 28.5988 36.002 34.5 1242.080 1190.25 1296.168 34.5 32.9699 39.655 37 1467.248 1369 1572.547 37 35.154

10 48.788 45 2195.456 2025 2380.259 45 42.148N SX =T SY=T1 SXY=T*T1 SYY=T12 SXX=T2

10 219.82 220.25 6695.12 6474.06 6952.28

ECUACIN GENERAL DE LA RECTA Y= mX+bm b

m=( N*SXY-SX*SY)/(N*SXX-SX*SX) b=(SXX*SY-SX*SXY )/(N*SXX-SX*SX)

0.874225274 2.808060662Y=0.904141263X+19361.01665

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000

P R E S I N T E O R I C A

( P a )

PRESIN PATRN (Pa)


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IX. OBSERVACIONES

Como se puede observar las tablas y las grficas, nos ilustran de manera exacta lascondiciones en las que se encuentra el manmetro, como habamos dicho anteriormentela medida de la presin es una de las condiciones primordiales que se deben tener encuenta en los procesos industriales.

El uso continuo de un instrumento, en este caso un manmetro, con el tiempo va a arrojarmedidas con un margen de error, esto se debe entre otras cosas a la fatiga de losmateriales con los que estn construidos.

El manmetro calibrado, tiene un significativo error, por lo que es recomendablereemplazarlo.

X. CONCLUSIONES:

La calibracin de manmetros, debe de ser una de las consideraciones, junto con la determmetros, que debemos tomar en cuenta para lograr un eficiente y seguro proceso.

Los manmetros, al igual que los dems instrumentos de medida tiene un margen deerror, el cual se debe conocer y tomar en cuenta al medir presiones.

Los manmetros sufren desgaste y sus componentes se pueden fatigar, por lo que esrecomendable, cada cierto tiempo un reemplazo.

XI. RECOMENDACIONES:

Los ensayos y pruebas, se deben de hacer con manmetros que estn en uso, para quelos resultados se acerquen ms a la realidad.

XII. LINKOGRAFA:

XIII. BIBLIOGRAFA:

Prctica de laboratorio de Ingeniera Fluidomecnica ..UNMSM Manual de Manmetros KOBOLDCatlogo de Manmetros...DEWIT

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