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MANUAL DE LABORATORIOS DE MECÁNICA DE FLUIDOS
GUIA: LABORATORIO 4 MANOMETRIA: USO DEL MANOMETRO DE TUBO EN “U” SIMPLE Y COMPUESTO PARA MEDIR PRESION
Autores: Hernán Gómez Z – Iván Sánchez O - Roberto García C
Versión 01
Código: LBE-SPM-GU-
Proceso: Soporte a Procesos Misionales
Febrero 2010
SECCION DE LABORATORIOS
GUIA: LABORATORIO 4 MANOMETRIA: USO DEL MANOMETRO DE TUBO EN “U” SIMPLE Y COMPUESTO PARA MEDIR PRESION
Página : 2 de 13 Versión: 1 Vigente a Partir de 16/02/
FIGURA 4.1. – Montaje de manómetros. Laboratorio de Hidráulica y Sanitaria. Universidad de Nariño.
4.1 INTRODUCCIÓN
Los manómetros son instrumentos que sirven para medir la presión en los fluidos (líquidos y gases), el más sencillo es el manómetro en forma de U, en la parte inferior del manómetro se halla el líquido denominado “manométrico”. El líquido manométrico se desnivela cuando se aplican diferentes presiones en los extremos de las ramas del tubo, siendo la diferencia de niveles entre las ramas proporcional a las presiones aplicadas.
La medida y el registro de presiones es de frecuente uso en los laboratorios, en sistemas de bombeo, sistemas de inyección de aire mediante blówers o compresores, para verificación de procesos industriales; para determinar junto con la temperatura el estado de un gas, a la entrada y salida de las máquinas de fluidos, como medidores de caudal en sistemas de venturis, diafragmas y como indicadores de seguridad.
− Mediante la utilización de un manómetro de tubo en u, determinar la presión de aire generado mediante una bomba de pistón. − Mediante la utilización de un manómetro de tubo en u, determinar la presión del agua generado mediante el calibrador de pesos muertos. − Calcular la presión manométrica positiva y negativa ejercida con aire por una bomba de pistón. − Mediante el uso del manómetro de mercurio en forma de “u”, determinar y comparar la diferencia de presiones en un sistema de agua - aire. − Obtener la ecuación de un manómetro diferencial. − Expresar la presión manométrica en diferentes unidades de presión.
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presión, para ambos casos se utiliza manómetros de tubo en U simple o compuesto. Según lo establecido por (Mott, 2006), bajo la acción de la presión que se va a determinar, el fluido manométrico es desplazado de su posición normal. Puesto que los fluidos dentro del manómetro están en reposo, la expresión [4.1] puede utilizarse para escribir expresiones para los cambios de presión que se presentan a través del manómetro. Estas expresiones pueden combinarse y resolverse algebraicamente para la presión deseada.
Según la figura 4.1, se establece que:
PA = Patm + (γ hg *∆ H ) −( γ w * l ) [4.2] PA = (γ hg *∆ H ) −( γ w * l ) [4.3]
4.4.1 Presión absoluta y presión manométrica Según (Franzini y Finnemore 1999), si se mide la presión con respecto al cero absoluto, se denomina presión absoluta; cuando se mide respecto a la presión atmosférica como base, se llama presión manométrica, ya que prácticamente todos los medidores de presión registran cero cuando están expuestos a la atmósfera, por lo que miden la diferencia entre la presión del fluido al que están conectados y la del aire circundante. Figura 4.3.
FIGURA 4.3. - Tipos de presiones. Fuente (Franzini y Finnemore 1999, p 34).
Si la presión está por debajo de la atmosférica, se denomina presión de vacío, y su valor manométrico corresponde a la cantidad por debajo de la presión atmosférica a que se halla. El vacío perfecto correspondería al cero absoluto de presión. Todo valor de presión absoluta es positivo, debido a que un valor negativo indicaría una tensión. Las presiones relativas son positivas
Presión absoluta
Presión atmosférica
Presión Atmosférica
Cero Absoluto
Presión absoluta
Presión manométrica
Vacío = Presión manométrica negativa
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si se encuentran por encima de la presión atmosférica y negativas si están por debajo. Según lo anterior se deduce la relación para la presión absoluta:
4.4.2 Manómetro tipo Bourdon
Las presiones o los vacíos se miden comúnmente utilizando el manómetro de Bourdon de la figura 4.3. En este tipo de manómetro un tubo curvado de sección elíptica cambiará su curvatura al cambiar la presión dentro del tubo: el extremo móvil del tubo gira la manecilla de un cuadrante mediante un mecanismo de unión articulado. La combinación de un manómetro de presión y de vacío se denomina un “manómetro compuesto”, como el de la figura 4.4.
FIGURA 4.4. - Manómetro tipo Bourdón compuesto.
Usualmente los manómetros para medir presiones expresan sus lecturas en libras por pulgada cuadrada (p.s.i) y los manómetros que miden vacío o "vacuómetros” expresan las mediciones en mm o pulgadas de mercurio.
4.4.3 Tubos piezométricos
Según (Franzini & Finnemore, 1999), una columna piezométrica es un dispositivo sencillo para la medición de presiones moderadas en líquidos. Consiste en un tubo de longitud adecuada (figura 4.5) en donde el líquido puede subir sin llegar a rebosar. La altura del líquido en el tubo dará directamente un valor de la altura de presión. Para reducir los errores capilares el diámetro del tubo debe ser como mínimo de 12 mm (0.5 in).
Si se va a medir la presión de un fluido en movimiento, se deben tomar precauciones especiales en el momento de hacer la conexión. el agujero tiene que taladrarse perfectamente normal a la superficie interior de la pared, y el tubo piezométrico o la conexión para cualquier otro dispositivo de medición de presión no debe proyectarse (dentro del flujo) más allá de la superficie. es preciso eliminar cualquier irregularidad o rugosidad superficial cerca del agujero, y redondear ligeramente el borde del agujero. además el agujero debe ser pequeño, preferentemente no mayor que 3 mm (1/8 in) de diámetro.
160
150
140
130
120
110
100
90 304050607080 20 10 0 10 20 30 (^4050) Vac Press
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Donde γ m es el peso especifico del fluido manométrico y γ w el del agua. Se tiene que:
O también:
g m w
El manómetro diferencial es apropiado para medir diferencias grandes de presión, cuando se utiliza con un líquido pesado como es el mercurio. Para una diferencia pequeña de presión se puede utilizar un fluido ligero, tal como el aceite, o incluso el aire mismo.
4.5.1 Funcionamiento – Procedimiento La medición de la presión del aire con el manómetro de mercurio de tubo en “U” se determina así: (figura 4.6).
FIGURA 4.7. - Medición de presión manométrica.
La medición de la presión del agua con el manómetro de mercurio de tubo en “U” se determina así: (figura 4.7).
Bomba de aire
Manómetro en "U" 2
Presión Atmosférica
l (^) DH
Cerrar Válvula V
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FIGURA 4.8. - Diagrama de instalación de manómetros para determinar la presión diferencial.
La medición del diferencial de presión del agua con empleo del manómetro de mercurio de tubo en “U” cuyo montaje se indica en la figura 4.8.
FIGURA 4.9. - Montaje de manómetro diferencial en equipo de laboratorio.
Pistón
Calibrador de pesos muertos
Manómetro Bourdon
Bomba de aire
Válvula V
Válvula V
Válvula V
Manómetro en "U" 1
Manómetro en "U" 2
Presión Atmosférica
l DH
l
D H
g w
g h g
O rific io
T u b e ria
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MANOMETRIA: USO DEL MANOMETRO DE TUBO EN “U”
SIMPLE Y COMPUESTO PARA MEDIR PRESION
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Manual de Laboratorios de Mecánica de Fluidos
Hernán Gómez – Iván Sánchez – Roberto García
. - Registro de valores leídos y calculados Ensayo manometría para presión con aire.
Ensayonúmero
Lecturaramal 1 (mm de hg)
Lecturaramal 2 (mm de hg)
Diferencia delecturas (mm
de hg)
Presiónaplicada(p.s.i)
Presiónaplicada(kg/cm
Presiónaplicada
(Pa)
Presiónaplicada(bares)
Presiónaplicada(mm h
o) 2
Ensayonúmero
Lecturaramal 1 (mm de hg)
Lecturaramal 2 (mm de hg)
Diferencia delecturas (mm
de hg)
Presiónaplicada(p.s.i)
Presiónaplicada(kg/cm
Presiónaplicada
(Pa)
Presiónaplicada(bares)
Presiónaplicada(mm h
2 o)
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CARGO: Docente Departamento Ingeniería Civil Docente Departamento Recursos Hidrobiológicos Auxiliar de Laboratorio de Hidráulica y Sanitaria
Representante de la Dirección
Jefe de Laboratorios
Asistente de Archivo y Correspondencia
NOMBRE: Hernán Gómez Zambrano Víctor William Pantoja Piedad Rebolledo Muñoz Iván Sánchez Ortiz Ingrid Egas
Roberto García Criollo
FIRMA:
No.
1 30/08/2010 Creación del Documento
