UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

PRÁCTICA Nº 02

“MANOMETROS”

CURSO : MECÀNICA DE FLUIDOS (AI – 344)

PROFESOR DE PRÁCTICA :

ALUMNA : - BERROCAL GONZALES, Efraín Claudio

- HEREDIA VIALOBOS, Deyvi jhemmy

GRUPO DE PRÁCTICA : Viernes 2 – 5 pm.

FECHA DE PRÁCTICA : 09/ 10 / 15

FECHA DE ENTREGA : 16 / 10 / 15

AYACUCHO – PERÚ

2015

RESUMEN

La importancia de este informe es dar a conocer, comprender y diferenciar

el funcionamiento y el uso de los instrumentos más importante que

interfieren en la medición de condiciones específicas de diferentes

procesos; El manómetro (piezómetro, manómetro en U, manómetro

diferencial y el de Bourdon). En esta experiencia se usó el manómetro de

Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo “aplanado” y que tiene

una forma de “C”, puede resistir grandes presiones y además es el más

usado. Mediante mediciones de presiones manométricas (mediciones

tomadas en el manómetro) siendo originadas por presiones reales

(presiones originadas por pesas normalizadas).

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.

I. FUNDAMENTO TEÓRICO.

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∗gA 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=FN

A…………………………. (2.1)

MEDIDA DE 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. 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.

P|A|=Patmlocal+Pman¿ ¿

P|B|=Patmlocal−Pman ¿¿

1 atmosfera normal

Presión absoluta siempre (+) Presión

relativa +Presión atmosférica normal

Presión barométrica local varía con el lugar y el tiempo

Presión relativa (-)

Presión absoluta siempre (+)

Succión, vacío

Presión atmosférica local

A

B

VACÍO COMPLETO

(CERO ABSOLUTO)

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.

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)

Z (+)

Z2

Z1

h

2

1

Integrando la ecuación 2.2

∫P1

P 2

dP=−ρg∫Z1

Z2

dZ

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)

Dónde:

P1 es la presión relativa en el punto 1.

3. 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.

Figura nª01Manómetro

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:

Barómetro de cubeta.

Barómetro de U.

Manómetro de líquido para presiones relativas.

Vacuómetro de líquido para presiones absolutas.

Manómetro diferencial en U.

Micromanómetro de tubo recto e inclinado.

Multimanómetro.

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:

Manómetro de émbolo.

Manómetro de Bourdon para presiones absolutas.

Manómetro de tubo Bourdon.

Manómetros de fuelle metálico.

Manómetro de membrana.

Manómetro de grandes presiones.

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.

TIPOS DE ALEACIONES

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 %.

II. MATERIALES Y MÉTODOS.

a) Materiales.

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.

IMAGEN Nª01

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.

III. DATOS

lectura del rotámetro

lectura del manómetro de líquido tubería azul,(mm,c,Hg)

lectura del manómetro de líquido tubería celeste,(mm,c,Hg)

Lado derecho

Lado izquierdo

Lectura manométrica

Lado derecho

Lado izquierdo

Lectura manométrica

15 46 47 165 177

20 46 47 160 183

25 45 49 152 189

30 46 48 145 195

35 45 49 135 204

LECTURA DE LÍQUIDOS

Lectura Del Rotómetro

Lectura Del Manómetro De

Mercurio

Diferencia De Presiones Del Mercurio (mL)

Diferencia De Presiones Del Mercurio (m3)

15 47-46 R=1mL R/2=0.5 2*10-5

20 47-46 R=1mL R/2=0.5 4*10-5

25 49-45 R=4mL R/2=2 8*10-5

30 48-46 R=2mL R/2=1 1.3*10-4

35 49-45 R=4mL R/2=2 1.9*10-4

Lectura Del Rotómetro

Lectura Del Manómetro De Líquido

Diferencia De Presiones Del Líquido

Diferencia De Presiones Del Líquido (m3)

10 47 - 2 0.001

15

20

25

30

IV. 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.Dónde:

ρagua=1000kgm3

ρmercurio=13600kgm3

P1=PaP2=P1+ρagua∗g∗h

P3=P2+ρagua∗g∗RaguaP4=P3

P5=P4−ρHg∗g∗RHg

P6=P5−ρagua∗g∗h

Pb=P6

Pa−Pb=ρHg∗g∗RHg−ρagua∗g∗Ragua

Pa−Pb=g∗(ρHgRHg∗−ρagua∗Ragua)

ROTOMETRO a 35

Pa−Pb=g∗(ρHgRHg∗−ρagua∗Ragua)

Pa−Pb=9.81ms2

∗(13600∗1∗10−3−1000∗0.0205 )

sistemaingles :Pa−Pb=−67.689 kgf /cm2

Pa=P1Pb

P2P3P4

P5P6

H1

H2

sistemainternacional :Pa−Pb=−67.689cm2 x ¿)

sistemainternacional :Pa−Pb=−141074.7739 lbfpie2

ROTOMETRO a 30

Pa−Pb=9.81ms2

∗(13600∗1.9∗10−4−1000∗4∗10−4 )

siste ingles :Pa−Pb=21.425040 kgf /cm2

sistemainternacional :Pa−Pb=21.425040kgf

cm2 ∗¿)

istemainternacional :Pa−Pb=44653.23279lbfpie2

ROTOMETRO a 25

Pa−Pb=9.81ms2

∗(13600∗1.3∗10−4−1000∗2.8∗10−4 )

sistemaingles :Pa−Pb=14.597280 kgf /cm2

sistemainternacional :Pa−Pb=14.597280 kgf

cm2∗¿)

sistemainternacional :Pa−Pb=30423.08168lbfpie2

ROTOMETRO a 20

Pa−Pb=9.81ms2

∗(13600∗8∗10−5−1000∗1.9∗10−4 )

sistemaingles :Pa−Pb=8.809380 kgf /cm2

sistemainternacional :Pa−Pb=8.809380kgf

cm2 ∗¿)

sistemainternacional :Pa−Pb=18360.16623 lbf / pie2

ROTOMETRO a15

Pa−Pb=9.81ms2

∗(13600∗4∗10−5−1000∗1.1∗10−4 )

sistemaingles :Pa−Pb=4.257540 kgf /cm2

sistemainternacional :Pa−Pb=4.257540 kgf

cm2∗¿)

sistemainternacional :Pa−Pb=88733.98824lbf / pie2

3) Determinar la presión y la densidad de aire a 9000 pies y a una atmósfera isotérmica de 4 °C, si la presión al nivel del mar es de 1Kgf/cm2.

Paire=P0∗e−γairePo

∗h

Dónde:

Pa : Presión del aire

Po :Presión inicial.

γaire :Peso específico del aire.

h :Altura.

Hallando la presión del aire.

Paire=1kg fcm2∗e

−( 12.1Nm3

)

1kgfcm2

∗9000 pies( 0.01m0.032808 pies )

Paire=1kg fcm2∗e

−(33143.12N

m2)

1kgfcm2

∗(1kgfcm2

98066.5Nm2

)

Paire=1kg fcm2∗e

−(0.3385 kgf

cm2)

1kg fcm2

h= 9000pies

T=4°C

P0= 1Kgf/cm2

Si a T= 4°C, el peso específico del aire es12.1N/m3.

Paire=0.7128kg fcm2

Hallando la densidad del aire a 4°C

Con la siguiente fórmula:ρaire=

M aire∗(P1P0

)

22.4

Dónde:

M aire: Peso molecular del aire (N2=0.92 , O2=0.21)[Kg /Kg−mol ]

P1=Paire= 0.7128kgfcm2

P0=¿Presión inicial= 1Kgf/cm2

A condiciones normales= 22.4 L/mol

ρaire=1.31∗(0.7128

1)

22.4

ρaire=0.0417 kg/m3

DISCUSIÓN

En la diferencias de presiones se llegó a que la presión “a” es mayor que la presión “b”, en

los cuatro valores de la lectura del rotámetro.

si la lectura del rotámetro baja también disminuye en la lectura manométrica.

V. CONCLUSIONES.

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.

se operamos y realizamos las mediciones con los diferentes manómetros.

VI. 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

PO

∆ h

Tubopiezométrico

Regla graduada

Orificio piezométrico

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.

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 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: 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.

Dónde:

γ2: peso específico del mercurio.

γ1: peso específico del líquido.

Llegando así a una ecuación de: h=Pa−Pbγ 1−γ 2

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.

A B

C D

γ1 γ1

γ2

A=ÁreaA=Área

h

Presión APresión B

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:

Pabsoluta=Pmanométrica+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+γAh1 y p3=p0+γmanómetroh2 .

Es decir:pA = γmanómetroh2–γ1 h1

El manómetro diferencial en “U” consiste en: Se usa para medir la diferencia

depresión que hay entre dos recipientes o dos puntos de un sistema dado.

Dos líquidos manométricos comunes son agua y mercurio. Ambos poseen un

menisco bien definido y propiedades bien conocidas.

El fluido manométrico debe ser inmiscible con los demás fluidos con los que esté

en contacto.

Para obtener mediciones exactas es necesario medir la temperatura, yaqué los

diversos pesos específicos de 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 fórmula es: P=Ge+GW

AeDONDE:

Ge: peso de émbolo.

GW: peso de los discos 5 añadidos.

Ae: área de pistón.

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