4° UNIDAD 2 SALUD,ALIMENTACIÓN Y DÍA DE LA MADRE (1) (3).pdf
LABO1FundamentoTeorico.pdf
1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Especialidad de Ingeniería Mecánica-Eléctrica
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA I
(MN412-C)
Experiencia N°1: Medición de Presiones
PRESENTADO POR:
Apellidos y nombres Código
* Jacinto Rodríguez Renzo Percy Ángel 20184055B
* Mayta Aliaga Diego José 20184029A
* Jara Flores Levi Benjamín 20182070D
* Barrenechea Pineda Roy Paul 20180286J
* Bazán Martínez Dante 20121032E
PROFESOR
Toledo Paredes, Manuel Sebes
LIMA, 2021
3. 1. INTRODUCCIÓN
En la preparación de todo estudiante universitario de ingeniería, la teoría debe ser complementada
con la práctica, es decir las experiencias realizadas en el laboratorio. En esta ocasión se realizó el
informe en base a la experiencia Medición de Presiones.
El presente informe está compuesto por 3 ensayos los cuales son: Calibrador de manómetros de peso
muerto, medición de presión en un ventilador mediante el uso de un manómetro de columna inclinada
y la medición de presión de velocidad mediante el tubo de Pitot.
Se espera que al finalizar la experiencia el estudiante estará en la capacidad de realizar la tabla y curva
de calibración de un manómetro tipo Bourdon, el grafico de la línea piezométrica para la succión y
descarga de fluido en el túnel de viento y la gráfica de la variación de presión dinámica con la
velocidad del aire respecto al diámetro de una sección del conducto.
2. OBJETIVOS
Aprender los principios de funcionamiento y manejo del calibrador de manómetros de peso
muerto.
Realizar la calibración de un manómetro de Bourdon utilizando el calibrador de manómetros de
peso muerto.
Aprender los principios de funcionamiento y manejo de un manómetro de columna inclinada.
Experimentar en la práctica la teoría de mecánica de fluidos.
Realizar la tabla y curva de calibración de un manómetro tipo Bourdon.
Cuantificar la variación de presión estática (piezométrica) a lo largo del túnel de viento y obtener
la gráfica (línea piezométrica) de su tendencia tanto en succión como en descarga de aire.
Realizar el gráfico de la variación de la presión dinámica y la velocidad del aire con respecto al
diámetro de una sección del conducto.
4. 3. FUNDAMENTO TEÓRICO
3.1 Manómetro de Bourdon:
El manómetro de Bourdon es un instrumento que sirve para medir la presión (Figura A). Fue
creado y patentado en 1949 por el ingeniero francés Eugène Bourdon. Mide la presión
manométrica, que es la presión total que tiene el gas menos la presión atmosférica.
Los manómetros Bourdon tienen tubos de sección oval y de forma circular que acogen el
medio de medición y se deforman a la medida que estén sometidos a presión, como se ve en
la Figura B. El terminal del muelle produce un movimiento en proporción de la presión y
transmite la trayectoria mediante un mecanismo a la aguja. Los muelles de forma circular se
utilizan para presiones hasta 60 bar.
Figura A. Manómetro de Bourdon
Figura B. Partes del manómetro.
5. 3.2 Manómetro de diafragma:
Los manómetros de membrana son aptos para la medición de presión relativa, absoluta y
diferencial. Su principal característica, es una membrana circular y ondulada que está sujeta
o soldada entre dos bridas (Figura C), si esta membrana fuese plana se deformaría
plásticamente al aplicarle presión y haría imposible una medición precisa, por esto, la
importancia de la forma ondulada de la membrana
El principio de funcionamiento en si es simple ya que, al aplicar presión, la flexión de esta
membrana se transmite mediante una biela al mecanismo que acciona las agujas, como se ve
en la Figura D. El recorrido de la membrana es realmente corto, lo que permite una alta
precisión. Este manómetro de diafragma presenta una ventaja clara respecto a los de muelle
tubular y esta es la medición de presiones bajas Los manómetros de membrana son capaces
de medir presiones desde los 16 mbar, mientras que los instrumentos con sistema de muelle
tubular el valor de medición más bajo posible es de 600mmbar.
Figura C. Membrana ondulada del manómetro de diafragma.
Figura D. Funcionamiento de manómetro de
diafragma
6. 3.3 Micromanómetro:
Un micromanómetro es un dispositivo electrónico (Figura E) diseñado para medir
diferencias extremadamente pequeñas en la presión. Este micromanómetro es el equipo de
medición ideal para peritajes y ajustes precisos de instalación de ventilación y
acondicionamiento de aire.
El micromanómetro de modelo PMH-V1, como se ve en la Figura F, además de poder
realizar las mediciones de presión y caudal de aire en difusores de aire y válvulas también
otorga los resultados precisos en menos tiempo, por lo que no se necesita de ningún cálculo
manual. El software de PMH-V1 le permite cargar resultados de la medición, agregar nuevos
datos de las válvulas y crear documentación de forma eficiente a su computadora.
Figura E. Modelo básico de
micromanómetro.
Figura E. Modelo PMH-V1 del
micromanómetro.
7. 3.3 Calibrador de peso muerto:
Un calibrador de peso muerto (Figura F) es un estándar de calibración que utiliza el principio
de un equilibrio de presiones para calibrar instrumentos de medición de presión. El calibrador
de peso muerto utiliza pesas calibradas para aplicar presiones conocidas a un dispositivo
sometido a prueba con el fin de brindar una solución simple y rentable que abarca un rango
amplio de calibraciones de presión.
El equipo consiste en un sistema de vasos comunicantes que trabaja con aceite bajo el
principio de Pascal. Sus partes principales partes son el émbolo, el pistón y el sistema de
cañerías, como se ve en la Figura G.
Figura F. Calibrador de peso muerto.
Figura G. Partes del calibrador de peso muerto.
8. El equipo funciona de la siguiente forma: Con la llave de boca se ajusta el manómetro
Bourdon al probador de manómetros de peso muerto, abriendo el grifo y atornillando el
embolo, el aceite penetra en el manómetro, el pistón también esta comunicado al manómetro
y al émbolo, por las cañerías, pero el pistón tiene movimiento libre, en consecuencia,
atornillando o destornillando el émbolo, el pistón sube o baja respectivamente, como se ve
en la Figura H.
Encima del pistón se pueden colocar pesos que ejercen una presión de 5 psi, 10 psi, 20 psi y
100 psi. Combinando estos pesos podemos aumentar la presión en las variaciones que
deseemos.
3.4 Presión estática:
Es la presión producida por el movimiento molecular al azar de un fluido y se manifiesta
como una fuerza sobre un área que envuelve al fluido. En caso de un fluido en movimiento,
esta presión se debe medir con un instrumento viajando a la misma velocidad del flujo, lo
cual no es práctico por lo cual se mide insertando un tubo estático que sea perpendicular a la
dirección del flujo, también se utilizan tubos piezométricos, como se ve en la Figura I.
Figura H. Atornillamiento del pistón.
Figura I. Piezómetro instalado en
un recipiente.
9. 3.5 Presión dinámica:
Se manifiesta con una fuerza que ofrece un fluido en movimiento, sobre un área
perpendicular a la dirección del movimiento, se muestra un ejemplo en la Figura J.
3.6 Manómetro inclinado:
Se utiliza generalmente para medir diferencias de presiones muy pequeñas, ya que estos
tienen la ventaja sobre los manómetros de columna de líquido por la amplificación de la
lectura. También reduce las pulsaciones de presión en la línea de medición, como se ve en
la Figura K.
Figura J. Se muestra como el medidor lee como
una altura de presión en cm al equivalente de la
diferencia de altura de velocidad.
Figura K. Manómetro inclinado
10. 4. PROCEDIMIENTO
Calibración de un manómetro Bourdon con un manómetro de peso muerto
Nos aseguramos de que la válvula 2 esté cerrada y luego procedemos a abrir la válvula 1 (Ver
Figura 1).
Abrir el émbolo con la manivela hasta el máximo para así absorber al aceite por el efecto de
presión de vacío (Ver Figura 2).
Luego cerramos la válvula 1 y abrimos la válvula 2 para luego bajar el émbolo de tornillo
con el fin de empujar el aceite hacia la cámara del pistón y a la rosca donde se coloca el
manómetro de burdon (Ver Figura 3).
Antes de instalar el manómetro nos aseguramos de eliminar las burbujas de aire presentes en
el aceite (Ver Figura 4).
Nos aseguramos de que el manómetro a calibrar esté bien ajustado (Ver Figura 5).
Una vez instalado el manómetro maniobramos el émbolo hasta que el tornillo de referencia
y el filo de referencia del pistón se encuentre al mismo nivel. En este punto existe una presión
de 5 psi debido al peso del pistón y el área de contacto con el aceite (Ver Figura 6).
Una vez nivelado el pistón con respecto al tornillo de referencia, se aumenta la presión en el
pistón por medio de un juego de pesas graduadas y como consecuencia del principio de
Pascal, el manómetro de bourdon también experimenta el mismo incremento de presión. Para
medir este aumento de presión, debido a las pesas, en el manómetro de burdon hay que nivelar
el pistón con el tornillo de referencia (Ver Figura 7).
Finalmente, para retirar el manómetro se retiran las pesas y se abre la válvula dos que permite
el paso de aceite del pistón al émbolo, eliminando la presión en dicha cámara y por esto
permite retirar literalmente al manómetro pues en caso contrario se produciría un derrame de
aceite (Ver Figura 8).
Figura 1. Abrir la válvula 1.
.
12. Figura 4. Eliminar las burbujas de aire.
.
Figura 5. Instalamos el manómetro.
.
13. Figura 6. Nivelamos el pistón con respecto al tornillo de referencia.
.
Figura 7. Colocamos las pesas en el cilindro.
.
14. Medición de presiones en un ducto de ventilación con manómetro de columna inclinada
1. Verificamos que el plano sobre el cual está apoyado el manómetro de columna inclinada sea
horizontal, esto lo logramos situando la burbuja de aire en el centro del indicador en el nivel
(Ver Figura 9).
2. Hacemos coincidir el menisco de líquido manométrico con la línea que indica una presión de
cero (Ver Figura 10).
3. Conectamos el manómetro de columna inclinada al túnel de viento en el ducto de succión
mediante una manguera logrando así leer la presión estática.
4. Conectar la manguera a una de las tomas de manera que te permita medir la presión de vacío
negativa (Ver Figura 11).
5. Conectamos el manómetro de columna inclinada al túnel de viento en el ducto de descarga
mediante una manguera logrando así leer la presión estática (Ver Figura 12).
6. Conectar la manguera a una de las tomas de manera que te permita medir la presión de
positiva (Ver Figura 13).
Figura 8. Regresamos el aceite al depósito del cilindro.
.
15. Figura 9. Nivelar el manómetro con el tornillo inferior.
.
Figura 10. Hacer coincidir el menisco del líquido con el cero.
.
16. Figura 11. Conectar la manguera en el ducto de succión.
.
Figura 12. Medir la presión negativa
.
18. 5. CUESTIONARIO
1. Elaborar la tabla y curva de calibración del manómetro.
En base a los datos obtenidos en la experiencia, elaboramos la siguiente tabla:
Tabla 1. Tabla de Calibración
LP (psi) LI (psi)
Diferencia
(LP - LI)
Error (%)
1 30 49 19 63.333
2 60 79 19 31.667
3 90 109 19 21.111
4 120 140 20 16.667
5 150 165 15 10.000
6 180 192 12 6.667
7 210 225 15 7.143
8 240 250 10 4.167
9 270 282 12 4.444
10 300 308 8 2.667
11 330 332 2 0.606
12 360 361 1 0.278
13 390 391 1 0.256
14 420 421 1 0.238
15 450 452 2 0.444
16 480 480 0 0.000
Ahora, con los datos de la tabla, se construyen la curva de calibración del manómetro:
Gráfico 1. Curva de calibración del manómetro
0
100
200
300
400
500
600
0 100 200 300 400 500 600
Lectura
Patrón
(psi)
Lectura del instrumento (psi)
Curva de calibración
19. En base a los datos de la Tabla 1, se construyen también las siguientes gráficas para analizar mejor el
comportamiento del manómetro estudiado.
Gráfico 2. Error vs Lectura del instrumento
Gráfico 3. Diferencia vs Lectura Patrón
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
0 100 200 300 400 500 600
Error
Porcentual
(%)
Lectura del instrumento (psi)
Error vs Lectura del instrumento
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500 600
Diferencia
(psi)
Lectura Patrón (psi)
Diferencia vs Lectura Patrón
20. 2. Grafique la línea piezométrica para la succión y la descarga de fluido en el túnel de
viento:
Succión:
Para la succión, se tomaron los siguientes datos con el manómetro de columna inclinada:
Tabla 2. Datos tomados en la succión
SUCCIÓN
Distancia relativa al punto 1 (cm)
Presión Estática
(Pulgadas de agua)
1 0 -0.45
2 25.5 -0.265
3 56.2 -0.258
4 87.2 -0.25
5 118.2 -0.27
6 149.2 -0.26
7 180.2 -0.265
8 241.5 -0.27
De los datos obtenidos para la succión, se grafica la línea piezométrica:
Gráfico 4. Presión vs Posición (Succión)
-0.5
-0.45
-0.4
-0.35
-0.3
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0 50 100 150 200 250 300
Presión
Estática
(pulgadas
de
agua)
Posición (cm)
Presión vs Posición (Succión)
21. Descarga:
Para la descarga, se tomaron los siguientes datos con el manómetro de columna inclinada:
Tabla 3. Datos tomados en la descarga
DESCARGA
Distancia relativa al punto 9 (cm)
Presión Estática
(Pulgadas de agua)
9 0 0.1
10 61.8 0.08
11 123.6 0.085
12 185.4 0.09
13 216.9 0.085
14 307.7 0.075
15 339 0.068
16 369.4 0.075
17 400.4 0.06
18 431.4 0.065
19 492.4 0.055
De los datos obtenidos para la descarga, se grafica la línea piezométrica:
Gráfico 5. Presión vs Posición (Succión)
3. Grafique la variación de la Presión dinámica y la velocidad del aire con respecto al
diámetro de una sección del conducto.
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0 100 200 300 400 500 600
Presión
Estática
(pulgadas
de
agua)
Posición (cm)
Presión vs Posición (Descarga)
22. Se tomaron los siguientes datos en una sección del conducto:
Tabla 4. Datos tomados en una sección del conducto
Distancia
(pulg.)
Presión Dinámica
(pulgadas de agua)
Velocidad (m/s)
0 0.12 6.807411173
2 0.285 10.49092519
4 0.23 9.424434016
6 0.23 9.424434016
8 0.275 10.30523042
10 0.23 9.424434016
12 0.168 8.054637524
De los datos obtenidos, se obtienen las siguientes gráficas:
Gráfico 7. Distancia vs Presión Dinámica
Gráfico 8. Distancia vs Velocidad
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 2 4 6 8 10 12 14
Presión
Dinámica
(pulgadas
de
agua)
Distancia (pulg.)
Distancia vs Presión Dinámica
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14
Velocidad
del
aire
(m/s)
Distancia (pulg.)
Distancia vs Velocidad
23. 6. CONCLUSIONES
1) Los métodos indirectos de medición (como el calibrador de peso muerto) suelen ser
más exactos que los instrumentos de medición (métodos directos de medición), ya
que con estos últimos puede haber una lectura errónea o una pérdida de precisión
por el desgaste.
2) Se observa en el gráfico 2 que el error disminuye desaceleradamente respecto a la
lectura del instrumento, esto debido a la naturaleza de los materiales de los
componentes.
3) Es más económico y fácil usar las curvas de calibración para obtener mediante
interpolación las correctas mediciones, que invertir en reparar el instrumento de
medición.
4) Los componentes del manómetro Bourdon como el piñón y cremallera dentada
sufren desgaste, y el tubo de Bourdon sufre fatiga, lo que con el tiempo genera
mediciones menos precisas.
5) El manómetro de columna inclinada nos permite leer con facilidad presiones
pequeñas (menores que una pulgada de columna) y está menos expuesto al desgaste.
7. RECOMENDACIONES
1) Purgar las burbujas de aire que contiene el aceite hidráulico para evitar errores en la
calibración del manómetro.
2) Generar todos los pesos diferentes posibles combinando pesas para obtener más
puntos para la curva de calibración
3) Nivelar correctamente el manómetro de columna inclinada con el nivel de burbuja y
hacer coincidir el menisco superior del líquido manométrico con la línea de marca
cero.
4) Si la presión manométrica es negativa (succión) conectar la manguera en la toma
derecha, y si es positiva, en la izquierda. De esta manera sí podemos hallar su
módulo observando las marcas numéricas.
24. 8. BILIOGRAFIA
* “Chassan Jalloul” (21 de agosto del 2020). “¿Cómo funcionan los manómetros mecánicos”
Disponible en:
https://www.bloginstrumentacion.com/instrumentacion/construccin-funcionamiento-
de-manmetros-mecnicos/
* “Carlos Fuertes” (15 de junio del 2020). “Manómetro de Bourdon”. Disponible en:
https://culturacientificagoyablog.wordpress.com/manometro-de-bourdon/
* “Sandie Cartie” (12 de octubre del 2020).” Utilización y ventajas de los manómetros de
mebrana”. Disponible en:
https://www.bloginstrumentacion.com/productos/presion/utilizacin-ventajas-de-los-
manmetros-de-membrana/
* “SENSOVANT” (9 de noviembre del 2017). “Micromanómetro PMH-V1”. Disponible en:
https://www.youtube.com/watch?v=6KYHHBZam6M
* “Wikimedia” (2 abril del 2021). “Presión dinámica”. Disponible en:
https://es.qaz.wiki/wiki/Dynamic_pressure
* “Ing. Oswaldo Morales Taquiri” (6 de abril del 2021). “Laboratorio de Ingeniería
Mecánica: Medición de Presiones” Disponible en:
01 MEDICIÓN DE PRESIONES.pdf
