1. 1
PRÁCTICA N° 02: MANÓMETRO.
I. OBJETIVOS:
Identificar, comprender, diferenciar el funcionamiento y el uso de los manómetros
tipo piezómetro, manómetro en “U”, manómetro diferencial y el Bourdon.
Operar y realizar mediciones con los diferentes manómetros.
II. FUNDAMENTO 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 o diferencia de niveles a una cierta altura; etc. Debido
a este concepto es necesario conocer los manómetros de Piezómetricos,
Líquidos, Metálicos y el 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 la
medición de caudal, y el reconocimiento del manómetro de Bourdon,
1. 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: 𝑃 =
𝑀∗𝑔
𝐴
y es aplicable para la presión en sólidos (esfuerzo), líquidos
(presión hidráulica) y gases (presión neumática).
Presión medio, P, es la fuerza normal, FN, que efectúa sobre una superficie
dividida entre el área de aplicación, A.
𝑃 =
𝐹 𝑁
𝐴
…………………………. (2.1)
MEDIDADE LA PRESIÓN
Para la medida de la presión se utilizan los barómetros y los manómetros. Los
barómetros miden presión absoluta, respecto al vacío, mientras que los
manómetros miden una presión relativa, diferencial, o presión manométrica,
generalmente una sobrepresión (o depresión) respecto de la presión atmosférica.
Normalmente se llaman barómetros a los instrumentos que miden la presión
atmosférica.
2. 2
2. ESCALAS DE PRESIÓN.
La escala absoluta, tiene como referencial el cero absoluto o vacío completo y la
presión se expresa como una diferencia entre su valor real y el cero absoluto.
Figura 2.1. Escalas de presión: absoluta y relativa.
𝑃𝑎𝑏𝑠 𝐴 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 + 𝑃 𝑚𝑎𝑛(+)
𝑃𝑎𝑏𝑠 𝐵 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 − 𝑃 𝑚𝑎𝑛(−)
La escala relativa, tiene como referencia la presión atmosférica normal o local y la
presión se expresa como una diferencia entre su valor real y la presión
atmosférica. La presión relativa puede ser positiva si la presión real se presenta
sobre la presión atmosférica y negativa si se presenta por debajo de la presión
atmosférica.
1 atmosferanormal
Presión
absoluta
siempre (+)
Presión
relativa + Presiónatmosféricanormal
Presión
barométrica
local varía
con el lugary
el tiempo
Presión
relativa(-)
Presión
absoluta
siempre (+)
Succión,vacío
Presiónatmosféricalocal
A
B
VACÍOCOMPLETO
(CEROABSOLUTO)
3. 3
3. VARIACIÓN DE LA PRESIÓN EN UN FLUIDO INCOMPRENSIBLE.
Los líquidos son fluidos incomprensibles, por consiguiente en el sistema definido
por la figura 2.2 la densidad del líquido permanece constante.
Figura 2.2. Variación de la presión en un fluido incomprensible.
Utilizando la ecuación fundamental de la estática,
𝑑𝑃 = −𝜌𝑔𝑑𝑍……………………………………(2.2)
DONDE:
P: presión, (Pa)
𝜌: densidad, (Kg/m3
)
𝑍: altura, (m)
𝑔: aceleración de la gravedad, (m/s2
)
Integrando la ecuación 2.2
∫ 𝑑𝑃 = −𝜌𝑔
𝑃2
𝑃1
∫ 𝑑𝑍
𝑍2
𝑍1
𝑃2 − 𝑃1 = −𝜌𝑔( 𝑍2 − 𝑍1)
𝑃2 − 𝑃1 = −𝜌𝑔(ℎ)
Para presiones relativas, tomando el cero relativo, para la presión atmosférica
local en el punto 2 se tiene.
𝑃2 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 0
𝑃1 = 𝑔𝜌ℎ…………………………………………. (2.3)
Donde:
P1es la presión relativa en el punto 1.
Z (+)
Z2
Z1
h
2
1
4. 4
4. MANÓMETROS.
Los manómetros son aparatos o
dispositivos que se emplean para
medir diferencias de presiones con
relación a la presión atmosférica o
al vacío completo, se clasifican:
Tubos piezométricos.
Manómetros de líquidos.
Manómetros metálicos.
a. TUBOS PIEZOMÉTRICOS.
Un tubo piezométrico es un tubo transparente de plástico o de vidrio, con un codo
o recto que puede estar instalado en una tubería o recipiente donde se desea
medir la presión mediante una toma piezométrico o un anillo piezométrico. El
diámetro del tubo piezométrico debe ser de alrededor de 5mm con la cual se evita
correcciones por menisco. Los piezométricos son muy precisos, sirven para medir
pequeñas presiones relativas, la presión se lee en columna de líquido del fluido
que está fluyendo o del líquido que contiene el recipiente done está instalado.
b. MANÓMETROS DE LÍQUIDO.
Los manómetros de líquido son dispositivos sencillos donde la altura o diferencia
del nivel, a la que se eleva un fluido líquido en un tubo vertical abierto mide
diferencias de presiones relativas con gran precisión. Estos manómetros miden
directamente la presión y se utiliza con frecuencia para mostrar el nivel de líquidos
en tanques o hallar la presión diferencial entre dos puntos de un flujo de un fluido
en un tubo. Estos manómetros pueden ser utilizados como manómetros abiertos o
como manómetros diferenciales. Los principales manómetros son:
o Barómetro de cubeta.
o Barómetro de U.
o Manómetro de líquido para presiones relativas.
o Vacuómetro de líquido para presiones absolutas.
o Manómetro diferencial en U.
o Micromanómetro de tubo recto e inclinado.
o Multimanómetro.
Figura 2.3. Manómetro
5. 5
c. MANÓMETROS METÁLICOS.
En los manómetros metálicos la fuerza de presión de fluido actúa sobre un tubo
elástico, un émbolo, un resorte, o una membrana, que transmite la presión a una
aguja que recorre una escala graduada, a través de un mecanismo simple de
palanca y piñón. Los manómetros metálicos miden presiones de vacío (presiones
relativas negativas) al 100%, y presiones positivas hasta 10000 atmósferas, son
usadas para medir presiones en la ingeniería de los procesos químicos, como
presiones del vapor de agua y gases comprimidos. Los principales manómetros
metálicos son:
o Manómetro de émbolo.
o Manómetro de Bourdon para presiones absolutas.
o Manómetro de tubo Bourdon.
o Manómetros de fuelle metálico.
o Manómetro de membrana.
o Manómetro de grandes presiones.
o Manómetros diferencial combinado de diafragma y resorte.
ALEACIONES.
Una aleación es una combinación, de propiedades metálicas, que está compuesta
de dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.
Las aleaciones están constituidas por elementos metálicos como Fe (hierro), Al
(aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo). El elemento aleante puede ser no metálico,
como: P (fósforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsénico).
Mayoritariamente las aleaciones son consideradas mezclas, al no producirse
enlaces estables entre los átomos de los elementos involucrados.
Excepcionalmente, algunas aleaciones generan compuestos químicos.
Propiedades.
-Las aleaciones presentan brillo metálico, alta conductividad eléctrica y térmica, las
aleaciones no tienen una temperatura de fusión única, dependiendo de la
concentración.
Aleaciones más comunes.
- Acero: Es aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,008 y
el 1,7% en peso de su composición, sobrepasando el 1.7% (hasta 6.67%) pasa a
ser una fundición.
- Alpaca: Es una aleación ternaria compuesta por zinc (8-45%), cobre (45-70%) y
níquel (8-20%)
- Bronce: Es toda aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero
constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 %.
6. 6
III. MATERIALES Y MÉTODOS.
a) Materiales.
DISPOSITIVOS PARA MEDIR LA PRESIÓN.
Piezómetros.
Manómetros de líquido.
Manómetros metálicos.
UBICACIÓN DE LOS MANÓMETROS.
Los diferentes tipos de manómetros están instalados en los equipos de prácticas
en el laboratorio de Mecánica de Fluido.
b) Métodos.
Poner en funcionamiento primero el equipo
de medidores de caudales y segundo el
equipo de pérdidas de energía por fricción y
verificar que los piezómetros miden la
presión relativa con el fluido que está
fluyendo.
Utilizando el manómetro metálico de Bourdon, desarmarlo para ver sus partes y su
funcionamiento.
7. 7
En el equipo de pérdida de energía por fricción identificar los manómetros de
líquido agua-mercurio, observar y leer las lecturas manométricas en milímetros de
mercurio. Luego realizar los cálculos de presión.
Finalmente realizar el reconocimiento de los diferentes tipos de manómetros que
se encuentran en el laboratorio, anotando sus características de acuerdo al cuadro
presentando en los resultados.
IV. DATOS.
LECTURADE LÍQUIDOS
Lectura Del
Rotómetro
Lectura Del
Manómetro De
Mercurio
Diferencia De Presiones
Del Mercurio (mL)
Diferencia De
Presiones Del
Mercurio (m3
)
10 180 – 160 R=20mL R/2=10 2*10-5
15 190 – 150 R=40mL R/2=20 4*10-5
8. 8
20 210 – 130 R=80mL R/2=40 8*10-5
25 235 – 105 R=130mL R/2=65 1.3*10-4
30 265 – 75 R=190mL R/2=95 1.9*10-4
35 300 – 40 R= 260mL R/2=130 2.6*10-4
Lectura Del
Rotómetro
Lectura Del
Manómetro
De Líquido
Diferencia De Presiones
Del Líquido
Diferencia De Presiones
Del Líquido (m3
)
10 495 – 445 R=50mL R/2=25 5*10-5
15 545 – 435 R=110mL R/2=55 1.1*10-4
20 610 – 420 R=190Ml R/2=95 1.9*10-4
25 680 – 400 R=280mL R/2=140 2.8*10-4
30 765 – 365 R=400Ml R/2=200 4*10-4
35 860 - 330 R=530Ml R/2=265 5.3*10-4
V. CÁLCULOS Y RESULTADOS.
A. RESULTADOS.
MANÓMETRO TIPO CARACTERÍSTICAS
1 Piezométrico -trabaja con un solo líquido.
- se utiliza a presiones bajas.
2 Manómetro en líquido en “U” -como mínimo utiliza dos
líquidos.
-se hacen los cálculos para
hallar la presión.
3 Manómetro diferencial -mide la variación de
presiones.
4 Bourdon -este manómetro mide a
temperaturas muy altas.
B. CÁLCULOS.
1) Calcular las diferencias de presiones en los manómetros diferenciales en U
agua-mercurio, con los datos obtenidos en el laboratorio.
Donde:
𝝆 𝒂𝒈𝒖𝒂 = 1000
𝑘𝑔
𝑚3⁄
𝝆 𝒎𝒆𝒓𝒄𝒖𝒓𝒊𝒐 = 13 600
𝑘𝑔
𝑚3⁄
12. 12
Se llegó a determinar, comprender, diferenciar el funcionamiento y el uso de los
manómetros tipo: piezómetrico, manómetro de en “U”, manómetro diferencial y el
de Bourdon.
También operamos y realizamos las mediciones con los diferentes manómetros.
VII. CUESTIONARIO.
1. Explique los manómetros utilizados en la práctica de laboratorio.
Manómetro de piezométrico: son tubos transparentes de cristal o plástico, recto
o con un codo, de diámetro que no debe ser a 5mm para evitar los efectos de
capilaridades debido a la tensión superficial. Este tubo se conecta al punto en que
se quiere medir la presión, practicando cuidadosamente en la pared del recipiente
o tubería un orificio, que se llama orificio piezométrico.
Los tubos piezométricos sirven para medir la presión en un líquido midiendo la
altura de ascensión del mismo líquido en el tubo y no requieren el empleo de otro
líquido manométrico distinto. El nivel que alcanza el tubo en el líquido
determinando el plano piezométrico.
El orificio piezométirco en los líquidos en reposo (tanque, cisterna) no requiere
cuidado especial.
Ojo: En los fluidos en movimiento se han de tomar las precauciones siguientes:
para evitar que se produzcan perturbaciones que transformarían parte de la
energía en presión en energía dinámica y falsearían la medida: el tubo a
determinar perpendicular a la corriente; conveniente, a fin de disminuir el efecto de
PO
∆ℎ
Tubopiezométrico
Tt
Reglagraduada
Orificio
piezométrico
13. 13
la capilaridad y tensión superficial, que el diámetro del tubo sea al menos de 10 a
12mm; se ha de eliminar cualquier rebaba remanente del metal en la perforación
del tubo, etc.
Manómetro de líquido: este manómetro se emplea con gran variedad de líquidos
como agua, alcohol, mercurio, etc.
Manómetro en U: nos ayuda a medir las presiones relativas, para esto se escoge
como líquido manométrico uno de Densidad adecuada a la spresiones a cuya
medición se destina el manómetro.
Manómetro diferencial: mide las diferencias de presiones entre dos puntos. De
ahí su nombre manómetro diferencial.
Manómetro de metálico de Bourdon: sirve para medir presiones muy altas, en el
interior tiene un tubo elíptico cuando bajo el influjo de la presión exterior la sección
elíptica del tubo se deforma. La deformación se transmite a la aguja, él dicho tubo,
y transmitida por el sector y piñón a la aguja indicadora, es función de la presión
absoluta.
2. Revisar en las referencias bibliográficas que es un micromanómetro con dos
líquidos manómetricos y obtener una ecuación para hallar la diferencia de
presión, si está instalado en una tubería con un fluido que está fluyendo.
El Micro manómetromide presiones muy pequeñas, cuya inmiscibilidad
corresponde a uno en otro, y en el líquido cuya diferencia de presiones se va a
medir. En uno de estos líquidos se produce una gran diferencia de altura R para
pequeñas diferencias de presiones. El líquido más denso, inicialmente ocupa la
parte inferior del tubo en U, hasta la línea (o-o); entonces se añade el líquido
menos denso en las dos ramas de la U llenándose los depósitos hasta la línea.
Esto se utiliza cuando se necesita medir una presión con gran precisión.
A B
C D
𝛾1 𝛾1
A=ÁreaA=Área
h
Presión A Presión B
14. 14
Donde:
𝛾2: peso específico del mercurio.
𝛾1: peso específico del líquido.
Llegando así a una ecuación de: ℎ =
𝑃𝑎−𝑃 𝑏
𝛾1−𝛾2
3. ¿cómo se podría medir la presión absoluta en la ciudad de Quinua?
Sería de obtener el valor de la presión manométrica, haciendo el uso de un
manómetro diferencial en aquella ciudad, por lo tanto tendríamos el valor de la
presión manométrica, pero si sabemos que la presión atmosférica es de 1.033
kg/m3
.
Pero sería conveniente medir la presión a nivel del mar, por supuesto que con
ayuda de un manómetro de medidas relativas: La presión de referencia es la
atmósfera ya que la presión manométrica se mide con respecto a la presión
atmosférica local.y la presión resultante que semide se conoce como presión
manométrica.
La relación entre la presión absoluta, presión atmosférica y presión manométrica
(o presión relativa) es:
𝐏 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 = 𝑃 𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 + 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓é𝑟𝑖𝑐𝑎
4. ¿qué es un fluido manométrico? En qué consiste un manómetro diferencial
en U.
El fluido del manómetro se llama fluido manométrico (puede ser Hg CCl4 Hg,
CCl, aceite agua etc ) En la configuración mostrada se cumple que: pA= p1 y p2=
p3.Además, 𝑝2 = 𝑝1 + 𝛾 𝐴 ℎ1 𝑦𝑝3 = 𝑝0 + 𝛾 𝑚𝑎𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜ℎ2.
Es decir:pA = γmanómetroh2–γ1
h1
𝛾2
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El manómetro diferencial en “U” consiste
en: Se usa para medir la diferencia
depresión que hay entre dosrecipientes o
dos puntos de unsistema dado.
Dos líquidos manométricos comunesson
agua y mercurio. Ambos poseenun menisco
bien definido ypropiedades bien conocidas.
El fluido manométrico debe serinmiscible con
los demás fluidos conlos que esté en
contacto.
Para obtener mediciones exactas
esnecesario medir la temperatura, yaque los
diversos pesos específicosde los fluidos
manométricos varían con ella.
5. Explique cómo funciona un manómetro de émbolo o de peso muerto.
Los manómetros de émbolo son instrumentos de gran precisión y por otra parte
se prestan fácilmente a la medición de grandes presiones. Por la primera
propiedad se emplean mucho como taradores los manómetros metálicos de todo
tipo que requieren una verificación de tiempo en tiempo.
Manómetro de émbolo como tarador de manómetro.
El tarador de manómetro tiene una exactitud del 1/1.000 hasta el 1/10 000
de la presión medida, según el tipo de construcción.
La formula es: 𝑃 =
𝐺 𝑒+ 𝐺 𝑊
𝐴 𝑒
DONDE:
- Ge: peso de émbolo.
- GW: peso de los discos 5 añadidos.
- Ae: área de pistón.
16. 16
6. REFERNECIA BIBLIOGRÁFICA
MATAIX G. “Mecánica de Fluido y Maquinas Hidráulicas”. Segunda Edición.
Editorial Harper&RowPublishers INC. New York, 1982.
SHAMES J.H.: “Mecánica de Fluidos” Editorial Libros Mc Graw-Hill. University of
Buffalo, 1970.
VELIZ FLORES, Ricardo – “Mecánica de Fluidos”, Ayacucho UNSCH 1990,
código: PI 620.106073/V44
