Lab N°02_Mecanica I PRESION

Laboratorio de Ingeniería Mecánica I

Laboratorio N°02- MEDICIÓN DE

PRESIÓN

Deza Guillén, Wuilian Edwin 20094075D

Lucas Lucas, Diego 20090009G

Vera Baldera, Jonathan Jesús 20092047C

Vizcarra Gálvez, Luis Keops 20070214D

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica – FIM Área Académica de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Ingeniería Mecánica I

LABORATORIO N° 1: MEDICIÓN DE TEMPERATURA Página 1

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 3

OBJETIVOS .................................................................................................................................. 4

FUNDAMENTO TEÓRICO............................................................................................................. 5

¿Qué es la Presión?................................................................................................................. 5

Tipos de presión...................................................................................................................... 5

Métodos de medición de presiones ....................................................................................... 6

Manómetros de presión liquida ............................................................................................. 6

Manómetros para medir presiones pequeñas ....................................................................... 7

Micromanómetros .................................................................................................................. 8

Manómetros de deformación solida ...................................................................................... 9

Presión estática, de velocidad y total ................................................................................... 11

Calibración de manómetros ................................................................................................. 11

INSTRUMENTOS Y MATERIALES ............................................................................................... 13

Primera Experiencia: Calibración de un manómetro de Bourdon........................................ 13

Segunda Experiencia: Medición de la presión de velocidad ................................................ 14

PROCEDIMIENTO ...................................................................................................................... 16

Primera Experiencia: Calibración de un Manómetro de Bourdon ....................................... 16


HOJA DE DATOS ........................................................................................................................ 22

CÁLCULOS Y RESULTADOS ........................................................................................................ 24

Primera Experiencia: Calibración de un manómetro de Bourdon........................................ 24


OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................. 35

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 36

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 37

ANEXOS ..................................................................................................................................... 38

Medida de presión en la industria lechera en Alemania ...................................................... 38

Transmisores de presión que cumplen los altos estándares higiénicos ........................... 38

Puntos clave ...................................................................................................................... 38



Instrumentos para la Homogenización ............................................................................. 38

La amortiguación aumenta la durabilidad y la precisión .................................................. 40

Normativas y Recomendaciones ...................................................................................... 40

Gráficas de Corrección en la calculadora HP ........................................................................ 41



INTRODUCCIÓN

A lo largo de nuestra preparación nos vemos obligados a sentar bases firmes en

conceptos importantes que nos serán útiles durante nuestra vida laboral esto nos

lleva a mínimamente conocer los conceptos que definen el estado termodinámico de

una sustancia como es la presión, el volumen y la temperatura.

La medición del volumen ya es conocido por todos depende únicamente de las

dimensiones de un cuerpo, en cuanto a la temperatura se vio en un informe muy

detallado previo a este ,prosiguiendo con este estudio nos tocaría ver la última

variable de estado denominado Presión.

El presente informe es una recopilación y sistematización de los datos obtenidos

durante la experiencia de laboratorio numero 2 denominado MEDICIONES DE

PRESION, mediante esta experiencia lo que se pretende es familiarizarnos con el

uso de los diferentes instrumentos de medición de presión y además establecer un

criterio solido en cuanto a la selección de estos mismos en un determinado caso.

Además durante la experiencia aprenderemos a graficar la curva de corrección y de

error para un determinado instrumento.

Como sabemos la medición de presión resulta importantísima en el desarrollo de una

serie de aplicaciones prácticas de ingeniería, como en: las turbinas, compresores,

ventiladores, etc. Para esto se requiere tener una adecuada lectura de presión lo que

implica una adecuada calibración y utilización he ahí la importancia de este

laboratorio.

Las aplicaciones industriales de los medidores de presión se detallaran en progresivo

desarrollo del informe así también incluimos un fundamento teórico porque creemos

que es necesario tener idea de cada concepto que se utilizó durante la elaboración

del presente informe, además de un anexo para explicar puntos del experimento o

del fundamento teórico que hubiesen podido causar alguna duda o quedar

incompletos.

Esperamos que el presente informe cumpla con los objetivos trazados así como con

la expectativa del profesor evaluador.

Finalmente quisiéramos agradecer el apoyo de nuestros padres y el de nuestros

asesores que nos apoyaron durante la elaboración del presente informe que sin su

esfuerzo y comprensión la culminación del mismo hubiese sido imposible.



OBJETIVOS

Familiarizarnos con el uso y calibracion de los instrumentos medidores de

presión.

Formar un criterio de uso de cada instrumento según una determinada

aplicación.

Reforzar los conceptos adquiridos en los cursos de mecanica de fluidos 1

acerca de las diferencias que existen entre presion total, estatica y de velocidad.

Para un punto determinado calcular la velocidad del flujo de aire a partir de la

presión.

Determinar el perfil de velocidad para el flujo de aire del ventilador y compararlo

con la curva teorica.

Si en el item anterior la desviacion es grande explicar a que se debe este hecho.

Comprender que los instrumentos de medicion de presion no son exactos y

debido a este hecho debemos aprender a diseñar curva de correccion que nos

permitan dar una lectura mas real.

Apartir de la curva de correcion obtener la curva de error.



FUNDAMENTO TEÓRICO

¿Qué es la Presión?

La presión es una fuerza que ejerce sobre un área determinada, y se mide en

unidades de fuerzas por unidades de área. Esta fuerza se puede aplicar a un punto

en una superficie o distribuirse sobre esta. Cada vez que se ejerce se produce una

deflexión, una distorsión o un cambio de volumen o dimensión.

Las mediciones de presión pueden ser desde valores muy bajos que se consideran

un vacío, hasta miles de toneladas de por unidad de área.

Los principios que se aplican a la medición de presión se utilizan también en la

determinación de temperaturas, flujos y niveles de líquidos. Por lo tanto, es muy

importante conocer los principios generales de operación, los tipos de instrumentos,

los principios de instalación, la forma en que se deben mantener los instrumentos,

para obtener el mejor funcionamiento posible, cómo se debe usar para controlar

un sistema o una operación y la manera como se calibran.

Tipos de presión

Tabla 1 Tabla de tipos de presión.

Presión Absoluta Se mide al cero absoluto de presión.

Presión Atmosférica Es la presión ejercida por la atmosfera terrestre medida

mediante un barómetro.

Presión Manométrica Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre

presiones absoluta y la medición.

Presión Diferencial Es la diferencia entre dos presiones.

Vacío

Es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica

existente y la presión absoluta es decir, es la presión medida

por debajo de la atmosférica.



Fig. 1 Tipos de presión.

Métodos de medición de presiones

Equilibrando la presión medida con una columna liquida.

Deformación solida ocasionada por unan presión que se mide.

Método común una fuerza sobre el área.

Manómetros de presión liquida

Manómetros de tubo tipo “u”

Fig. 2 Manómetro de tubo de tipo u.



La forma más tradicional de medir presión en forma precisa utiliza un tubo de

vidrio en forma de U, donde se deposita una cantidad de líquido de densidad

conocida (para presiones altas, se utilizan habitualmente mercurio para que el

tubo tenga dimensiones razonables; sin embargo, para presiones pequeñas el

manómetro en U de mercurio seria poco sensible).

Cuando hay presiones fluctuantes se tienen que hacer dos lecturas simultáneas,

resulta difícil obtener una lectura verdadera.

Manómetros de una sola rama

Fig. 3 Manómetro de una sola rama.

Se usa para mediciones más exactas en presiones fluctuantes. Consiste de un

depósito de sección mayor que la rama, y por esto la variación de nivel en el

depósito es pequeña aunque las variaciones de presión sean grandes.

Manómetros para medir presiones pequeñas

Manómetros inclinados

Fig. 4 Manómetro inclinado.



Se utilizan cuando la presión a medir es muy pequeña. Existen dos tipos

característicos, el inclinado en “U” y el inclinado en una sola rama que es el que

se ilustra en la figura.

Manómetros de dos fluidos

Utilizado también en medición de presiones pequeñas

Fig. 5 Manómetro de dos fluidos.

Micromanómetros Aparatos utilizados en la medición de presiones pequeñas. En estos tipos de

manómetros se utilizan tornillos micrométricos que nos facilitan la lectura de estas

pequeñas presiones; los tipos más comunes son:

Micromanómetro de contacto directo

Cuyo funcionamiento se basa en el contacto de la punta con el líquido que a su

vez nos indica la altura mediante un micrómetro.

Fig. 6 Micromanómetro de contacto directo.



Micromanómetro de puntas

En este manómetro, la medida de la presión se realiza cuando las puntas

rompen la superficie del líquido.

Fig. 7 Micromanómetro de puntas.

Micromanómetros de altura constante

Este tipo de micrómetros funciona ajustando el nivel en el punto “O”, y luego de

conectar el manómetro a la línea de presión; como se produce una columna en

la rama, el menisco formada se regresa mediante el tornillo micrométrico al

punto “O” de referencia. La presión es leída en el tornillo micrómetro.

Fig. 8 Micrómetro de altura constante.

Manómetros de deformación solida

Manómetro de Bourdon

Es un tubo de paredes delgadas, cerrado en un extremo, aplastado de manera que

su corte transversal tenga forma elipsoidal y curvada convenientemente. La presión



que se desea medir se aplica a su extremo abierto, el tubo trata de enderezares y

el movimiento de su extremo libre es amplificado por un sistema de palanca y

sector dentado, e indica en un dial graduado en las unidades de presión

convenientes. De esta clase de medidores es el menos preciso.

El material empleado normalmente en el tubo de Bourdon es de acero inoxidable,

aleaciones de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel.

Fig. 9 Manómetro de Bourdon.

Barómetros

Los barómetros son instrumentos fundamentales para medir el estado

de la atmósfera y realizar predicciones meteorológicas. Las altas

presiones se corresponden con regiones sin precipitaciones, mientras

que las bajas presiones son indicadores de regiones de tormentas y

borrascas. La unidad de medida de la presión atmosférica que suelen

marcar los barómetros se llama hectopascal, de abreviación (hPa). Esta

unidad significa "cien (hecto) pascales (unidad de medida de presión)”

Para manejarlo con mejor exactitud se debe tener en cuenta:

Temperatura

Gravedad

Altitud

Corrección de calibración con un patrón Fig. 10 Barómetro.



Presión estática, de velocidad y total

La presión ejercida por un fluido la cual no es ejercida por el movimiento o velocidad

del fluido es llamada presión estática.

La presión de velocidad se manifiesta en una fuerza que ofrece un fluido en

movimiento, sobre el área perpendicular a la dirección de su movimiento.

La presión total es la suma de la presión estática y la de velocidad ejercida en una

superficie perpendicular al desplazamiento del fluido. Se mide mediante un tubo de

impacto.

Fig. 11 Presión estática, de velocidad y total.

Calibración de manómetros

Para calibrar los instrumentos de presión pueden emplearse varios dispositivos que

figuran a continuación, y que utilizan en general manómetros patrón.

Los manómetros patrón se emplean como testigos de la correcta calibración de los

instrumentos de presión. Son manómetros de alta precisión con un valor mínimo de

0,2 % de toda la escala. Esta precisión se consigue de varias formas:

Dial con una superficie especular, de modo que la lectura se efectúa por

coincidencia exacta del índice y de su imagen, eliminando así el error de

paralaje.

Dial con graduación lineal, lo que permite su fácil y rápida calibración.

Finura del índice y de las graduaciones de la escala.



Compensación de temperatura con un bimetal.

Tubo Bourdon de varias espiras.

Se consigue una mayor precisión (de 0,1 %) situando marcas móviles para cada

incremento de lectura del instrumento.

La calibración periódica de los manómetros patrón se consigue con el comprobador

de manómetros de peso muerto o con el digital.

El comprobador de peso muerto consiste en una bomba de aceite o de fluido

hidráulico con dos conexiones de salida, una conectada al manómetro patrón que se

está comprobando, y la otra a un cuerpo de cilindro dentro del cual desliza un pistón

de sección calibrada que incorpora un juego de pesas.

Fig. 12 Calibrador de peso muerto.

La calibración se lleva a cabo accionando la bomba hasta levantar el pistón con las

pesas y haciendo girar éstas con la mano; su giro libre indica que la presión es la

adecuada, ya que el conjunto pistón-pesas está flotando sin roces. Una pequeña

válvula de alivio de paso fino y una válvula de desplazamiento, permiten fijar

exactamente la presión deseada cuando se cambian las pesas en la misma prueba

para obtener distintas presiones, o cuando se da inadvertidamente una presión

excesiva.



INSTRUMENTOS Y MATERIALES

Primera Experiencia: Calibración de un manómetro de Bourdon

Un calibrador de peso muerto.

Especificaciones: Marca “CHANDLER ENGINEERING CO”.

Rango

Fig. 13 Calibrador de peso muerto.

Un manómetro de Bourdon.

Especificaciones: Marca “Lubeca Peruana”.

Rango

Fig. 14 Manómetro de Bourdon.



Segunda Experiencia: Medición de la presión de velocidad

Un motor eléctrico.

Especificaciones: Marca “U.S Electrical Motors”

Rango –

Fig. 15 Motor eléctrico.

Un micromanómetro.

Especificaciones: Marca “Meriam Instrument”

Rango

Aproximación:

Fig. 16 Micromanómetro.



Un tubo de Pitot.

Fig. 17 Tubo de Pitot.

Ventilador y túnel de viento.

Fig. 18 Ventilador y túnel de viento.



PROCEDIMIENTO

Primera Experiencia: Calibración de un Manómetro de Bourdon

1) Procedemos colocar el calibrador de peso muerto sobre la mesa de donde lo

sacamos del estuche donde viene guardado para su protección, reconocemos

cada parte del nanómetro y observamos la ubicación de cada una para que al

finalizar la experiencia dejemos todo en su lugar correspondiente.

Fig. 19 Manipulación del calibrador de peso muerto.

2) Abrimos las válvulas donde se almacena el fluido que nos va a ayudar en la

calibración, para esto al abrir una válvula usamos la manija superior para

presionar el fluido interno así sucesivamente hasta llegar al otro extremo libre

donde se conecta el manómetro a calibrar.

3) Una vez que tenemos el fluido en el extremo opuesto pasamos a conectar

nuestro manómetro de Bourdon el cual vamos a calibrar para observar su error

si es que tuviera lo cual teóricamente no debe tener, pero como se observa en la

realidad no es así.

Fig. 20 Paso del fluido.



4) Una vez conectado de forma correcta el manómetro pasamos a su respectiva

calibración para lo cual vamos a jugar con las diferentes pesas que vienen en el

calibrador de peso muerto, de tal forma que tengamos diferentes pesos, cuantos

tengamos más puntos podemos tener con lo cual la exactitud de la calibración

aumenta.

Fig. 21 Algunas de las pesas usadas.

5) Ahora con los juegos que armamos con las pesas empezamos las mediciones

tomando los juegos de forma ascendente en nuestro caso tomamos a partir de

50 para poder tener una medida apreciable, una vez puesta el juego de pesas en

soporte del calibrador de peso muerto centro, hecho esto vemos que dicho

soporte puede bajar o subir dependiendo del peso que se le ha puesto para, ello

tomamos como referencia la cabeza de un clavo que está en la parte central

abajo del soporte.

Fig. 22 Vista de la referencia tomada.



6) Como sabemos dónde se encuentra nuestra referencia pasamos a tomar

muestra de cada uno de los juegos a lo cual los íbamos subiendo de 50 en 50,

así hasta ocupar todas las pesas, ya que al poner las pesas no se encontraban a

la altura de la referencia utilizábamos la manija inicial para hacer que llegue a

dicho nivel, hecho esto pasamos a la toma de datos que marca el manómetro de

Bourdon colocado en el otro extremo.

Fig. 23 Vista del último juego con las pesas.

Fig. 24 Se realiza la igualdad de nivel con la referencia.

7) Los resultados marcados por el manómetro están en psi, esto hacemos hasta el

último juego considerado.

Fig. 25 Toma de datos.




1) El micromanómetro ya se encuentra instalado en e l área de trabajo por lo que

en la parte de calibración con respecto al nivel no se va mover, ya que se asume

que dicha calibración está bien, la otra parte de la calibración se hace teniendo

sus 2 “tubos están desconectados por lo que se encuentran a presión

atmosférica”. Dichos tubos que se conectan en el tubo de Bernoulli con los que

se va a medir la presión total y parcial.

Fig. 26 Vista del disco en la parte de atrás.

2) Con ello pasamos a calibrar el nivel de referencia del agua esto se hace

mediante un disco que se encuentra en la parte de atrás del aparato, además

ponemos la flecha indicadora de medida en cero esto lo hacemos girando disco

que se encuentra en la parte derecha inferior del micromanómetro.

Fig. 27 Calibración del aparato.



3) Conectamos el tubo de Pitot a cualquier parte del túnel del viento donde se va a

realizar las medidas de presión.

Fig. 28 Conexión con el túnel de viento.

4) Una vez realizado todo esto pasamos a encender el motor eléctrico el cual va a

hacer funcionar un ventilador que va a producir las presiones que vamos a

medir.

Fig. 29 Puesta en marcha del motor eléctrico.

Fig. 30 Extremo de salida del túnel de viento.



5) Hecho esto pasamos a tomar las medias que se generarían al poner al tubo de

pito en diferentes partes del interior del túnel de viento antes del centro, en un

lugar cercano al centro y pasando dicho centro, la medida que se va a poder leer

en el micromanómetro es la del valor de la diferencia de presiones, las cuales

son total y parcial que se generan esta presión vendría a ser la presión de la

velocidad que adquiere el flujo que pasa por dicho túnel en cierto punto.

Fig. 31 Toma de datos.



HOJA DE DATOS



CÁLCULOS Y RESULTADOS

Primera Experiencia: Calibración de un manómetro de Bourdon

Para la calibración del manómetro de Bourdon obtuvimos 2 listas de mediciones del

manómetro; una para cuando la presión aumentaba y otra para cuando disminuía.

Estos datos eran comparados con una presión referencial dada por las pesitas

utilizadas en la experiencia.

Tabla 2 Datos obtenidos de la calibración del manómetro de Bourdon.

Pesas (psi) Manómetro de Bourdon (psi)

Subida Bajada Promedio

50 70 75 72.5

100 110 110 110

150 180 175 177.5

200 225 220 222.5

250 275 270 272.5

300 325 310 317.5

350 375 360 367.5

400 425 405 415

450 460 470 465

500 505 505 505

De estos datos se genera una gráfica para comparar las presiones obtenidas en el

manómetro de Bourdon cuando la presión aumenta y disminuye, y luego se obtiene

el promedio. Luego los valores promedio se colocan en el y los valores de las

presiones de las pesas (presiones reales) se colocan en el para obtener la

gráfica de recurrencia. Luego restamos a los valores promedio los valores reales

para obtener la gráfica de corrección. Finalmente restamos a los valores reales los

valores promedio para obtener la gráfica de error. Todas estas gráficas sólo son

válidas para el manómetro de Bourdon analizado en la experiencia. Dichas gráficas

se presentan en el orden mencionado a continuación.



Fig. 32 Calibración de un manómetro de Bourdon.

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Man

óm

etro

de

Bo

urd

on

Pesas (psi)

Calibración de un manómetro de Bourdon

Manómetro de Bourdon Subida Manómetro de Bourdon Bajada

Manómetro de Bourdon Promedio

GRÁFICA DE MEDICIONES PARA CALIBRACIÓN DE UN MANÓMETRO DE BOURDON

Realizado por: W. Deza, D. Lucas, J. Vera y L. Vizcarra (Estudiantes de la Facultad de Ing. Mecánica) Condiciones de Prueba: Presión Atmosférica: 756,7 mmHg T.B.S: 23,31 ᵒC T.B.H: 22,2 ᵒC Humedad Relativa: 92 %

18 de Abril del 2011, UNI - Lima - Perú



Fig. 33 Gráfica de recurrencia del manómetro de Bourdon utilizado.

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 100 200 300 400 500 600

Pes

as (

psi

)

Manómetro de Bourdon (psi)

Gráfica de recurrencia del manómetro de Bourdon usado

Presión real (psi)

GRÁFICA DE RECURRENCIA PARA EL MANÓMETRO DE BOURDON

UTILIZADO Realizado por: W. Deza, D. Lucas, J. Vera y L. Vizcarra (Estudiantes de la Facultad de Ing. Mecánica) Condiciones de Prueba: Presión Atmosférica: 756,7 mmHg T.B.S: 23,31 ᵒC T.B.H: 22,2 ᵒC Humedad Relativa: 92 %




Fig. 34 Gráfica de corrección del manómetro de Bourdon utilizado.

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

72.5 110 177.5 222.5 272.5 317.5 367.5 415 465 505

Co

rrec

ció

n (

psi

)

Manómetro de Bourdon ( psi)

Gráfica de corrección del manómetro de Bourdon usado

Corrección

GRÁFICA DE CORRECCIÓN PARA EL MANÓMETRO DE BOURDON UTILIZADO





Fig. 35 Gráfica de error del manómetro de Bourdon utilizado.

0

5

10

15

20

25

30

72.5 110 177.5 222.5 272.5 317.5 367.5 415 465 505

Erro

r (p

si)

Manómetro de Bourdon ( psi)

Gráfica de error del manómetro de Bourdon usado

Error

GRÁFICA DE ERROR PARA EL MANÓMETRO DE BOURDON UTILIZADO






En esta experiencia se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla 3 Datos obtenidos de la medición de la presión de velocidad.

Ubicación en la regla usada

Ubicación ajustada

10 0 0,188 0,201

15 5 0,275 0,287

20 10 0,280 0,297

25 15 0,281 0,300

30 20 0,315 0,325

35 25 0,298 0,300

38.6 28.6 0,222 0,223

Por el curso de Mecánica de Fluidos sabemos que:

√

De las tablas podemos observar que las unidades de la presión obtenida están en

altura de agua, por lo que necesitamos convertirlo a altura de aire. Para esto

utilizamos la siguiente fórmula:

En las tablas de las propiedades del agua (Fuente: Universidad de Sevilla - Escuela

de Física aplicada) podemos encontrar las siguientes relaciones:

Tabla 4 Densidad del agua a 20°C y 30°C.

Temperatura Densidad del agua

20 998.2

30 995.7

De donde interpolando se tiene que para la temperatura ambiente de la experiencia

la densidad del agua es:



Para obtener la densidad del aire utilizamos la fórmula del Comité Internacional de

Pesas y Medidas (CIPM-1981/91):

[ (

)]

De donde:

Densidad del aire en

Presión atmosférica en

Masa molare del aire seco (para aire con una fracción molar

de igual a

Factor de compresibilidad, adimensional

Constante molar de los gases

Temperatura termodinámica en ,

Fracción molar de vapor de agua, adimensional

Masa molar del vapor de agua,

Para determinar se usa la siguiente fórmula:

( )

De donde:

Temperatura ambiente

Humedad relativa en



Para determinar se usa la siguiente fórmula:

[

]

De donde:

De los datos se tiene:

Realizando los respectivos cálculos se obtiene:

Reemplazando en los datos obtenidos se obtiene las alturas en metros de Aire:

Tabla 5 Obtención de las alturas en metros de Aire.

Ubicación (cm)

0 0.188 0.201 4.7752 5.1054 4.0559646 4.3364302

5 0.275 0.287 6.985 7.2898 5.9329269 6.1918183

10 0.28 0.297 7.112 7.5438 6.0407983 6.4075611

15 0.281 0.3 7.1374 7.62 6.0623726 6.4722839

20 0.315 0.325 8.001 8.255 6.7958981 7.0116409

25 0.298 0.3 7.5692 7.62 6.4291353 6.4722839

28.6 0.222 0.223 5.6388 5.6642 4.7894901 4.8110644



Reemplazando en (II) las alturas en metros de Aire se obtienen las velocidades del

flujo:

4.0559646 4.33643024 8.92065163 9.22392331

5.93292695 6.1918183 10.7890698 11.0219542

6.04079834 6.4075611 10.8867104 11.2123302

6.06237262 6.47228394 10.9061336 11.2688159

6.79589814 7.01164094 11.5471001 11.7289554

6.42913538 6.47228394 11.2311903 11.2688159

4.78949012 4.8110644 9.69380194 9.7156103

Para un flujo turbulento la distribución típica de las velocidades en una sección

cualquiera de una tubería suele tener la siguiente forma:

Fig. 36 Distribución de velocidades en un flujo turbulento.

Donde se puede apreciar que la gráfica no es simétrica con respecto a su eje central.

Esta gráfica es justamente la que caracteriza a nuestra experiencia, cuya distribución

de velocidades se apreciará en la gráfica siguiente.



Fig. 37 Disposición de velocidades en la sección de tubería analizada.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25

Ve

loci

dad

de

l air

e

Posición diametral

Disposición de Velocidades en la sección de tubería analizada

vel1 vel2



En gráfica de barras se observa de la siguiente manera:

Fig. 38 Disposición de Velocidades en una sección de tubería (gráfica de Columnas).

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 28.6

Ve

loci

dad

de

l air

e

Posición diametral

Disposición de Velocidades en una sección de tubería (gráfica de Columnas)

vel1 vel2



OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Verificar que los equipos a utilizar se encuentren en buen estado para evitar

futuras complicaciones.

Medir la condicones del medio a las cuales trabajamos. (TBS,TBH)

En el momento de aplicar las pesas durante el ensayo para el manometro de

bourdon verificar la referencia dada por el profesor, verificar que los planos de

referencia superior y la inferior sean coplanares.

Al insertar el manometro de bourdon verificar que el extremo a conectar se

sumerga completamente en el fluido utilizado, ajustar bien el manometro.

Se recomienda en un primer momento poner pesos en la balanza

considerablemnte altos para poder mover la aguja del manometro por que

debido a su falta de uso esta aguja aveces esta medio pegada.

Al elaborar las graficas de correcion se recomienda poner una leyenda acerca

del el año en que se realizo, el lugar, por quien fue realizada y las condiciones a

la que se realizo.

No pararse muy cerca de la salida de aire del ventilador puede influir

negativamente en la toma de datos.

Verificar que en el fluido del micromanometro no se produzcan gotas de aire

para evitar impreciones en los datos.

Poner cuidado al fijar la referencia en 0 en el micromanometro de preferencia se

recomienda que dos alumnos concuerden con la lectura de esta referencia

El ventilador puede tener ciertas impuresas en su superficie interna ya sea tierra

u otros desechos no consideramos esto en los calculos.

En ambos casos se recomienda una mayor cantidad de puntos en la toma de

datos para mejorar la presición en los resultados.

Si sobraze tiempo durante un ensayo se recomiendo repetirlo las veces que sea

necesario para asi tener una mejor muestra para realizar los calculos.

Tomar las caracteristicas del placa del motor impulsor del ventilador.



CONCLUSIONES

Debido a las imperfecciones en la tubería la gráfica de la distribución de

velocidades se acerca mucho más a un flujo turbulento que a un flujo laminar.

Estas imperfecciones se deben a que la tubería tiene mucho tiempo de uso, y es

muy probable que dentro de sí se encuentren elementos que obstruyan el paso

del flujo y cause dichas turbulencias.

Otra causa de la distribución asimétrica de las velocidades se le atribuye a que

durante la experiencia algunos estudiantes divagaban cerca a la salida del tunel

de viento, lo que causa un efecto cascada sobre el flujo, el cual disminuye la

velocidad del flujo debido a la obstrucción presente, lo cual se presenciaba

notablemente en las mediciones realizadas con el micromanómetro.

Concluimos que siempre es necesario incluir una curva de corrección en los

diferentes instrumentos medidores de presion pusto que la diferencia(entre la

lectura y el valor real) si bien no es muy grande puede ser determinante en

ciertos casos podemos incluso reducir costos con una mejor lectura (en el caso

de una bomba).

La lectura que obtuvimos durante la extraccion de peso de la balanza es

ligeramente mayor a la que obtuvimos durante la colocacion de pesos.



BIBLIOGRAFÍA

Wikipedia, la enciclopedia libre. “Manómetro”.

http://es.wikipedia.org/wiki/Manómetro

Escuela de Ingeniería de Antioquía. Departamento de Hidráulica. Manómetro.

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometro.html

Enciclopedia Universal Ilustrada. Europeo-Americana. Tomos XXXII, VII. Hijos de J

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Primera Edición. Barcelona. España. 1964.

P. Gerhart, R. Gross, J. Hochtein. “Fundamentos de Mecánica de Fluidos”. Segunda

Edición. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana. USA 1995.

Ortega, Manuel R. & Ibañez, José A. (1989-2003) (en español). “Lecciones de Física

(Termofísica)”. Editorial Monytex.

Resnick, Robert & Krane, Kenneth S. (2001). “Physics”. New York. Editorial John

Wiley & Sons.

Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). “Physics for Scientists and Engineers”.

Sexta edición. Editorial Brooks/Cole.

Tipler, Paul A. (2000). “Física para la ciencia y la tecnología”. Barcelona. Editorial

Reverté.

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ANEXOS

Medida de presión en la industria lechera en Alemania

Transmisores de presión que cumplen los altos estándares higiénicos

La medida de presión para lecheras sirve para determinar una gran variedad de

procesos como la homogeneización, la velocidad del relleno de la leche y la

monitorización de los filtros. Para garantizar los niveles higiénicos exigidos por las

normativas nacionales e internacionales como la de la Food and Drug Administration

(FDA), la instrumentación tiene que cumplir una serie de requisitos en relación con

los materiales, construcciones y diseños especiales. La tecnología de procesos en la

industria lechera está supeditada a altas exigencias higiénicas. En la instrumentación

de procesos se piden soluciones que cumplen las ciertas normativas que son

adecuadas para los sistemas CIP (Clean in Place) y SIP (Esterilización in Place).

Puntos clave

La instrumentación tiene que cumplir una serie de requisitos en relación con los

materiales, construcciones y diseño especiales.

La aplicación más frecuente de la instrumentación es la homogeneización.

La presión empleada en este proceso resulta decisiva para obtener un proceso

óptimo.

La instrumentación debe asegurar la máxima efectividad al facilitar la limpieza en

sistemas cerrados y aguantar altas temperaturas y presiones durante mucho

tiempo.

La tecnología de procesos estériles constituye un elemento bien definido dentro

del ámbito de la producción de alimentación y bebidas. Los procesos de

fabricación, relleno y embalaje se realizan en condiciones completamente

estériles para impedir la contaminación con microorganismos.

Es evidente que las condiciones asépticas son igual de importantes en la

industria lechera. Una gran variedad de control de procesos se realiza mediante

la medida de presión. El responsable en el puesto de mando controla por

ejemplo el proceso de homogeneización mediante la presión y con la lectura de

la presión diferencial deduce el grado de obturación del sistema de filtraje.

Además optimiza la velocidad del relleno mediante el valor de presión.

Instrumentos para la Homogenización

La homogenización de alta presión consiste en la compresión de la leche desde hasta . La bomba empleada para generar esta presión impulsa la leche a través de una válvula de homogenización.



Las gotas de agua disminuyen el tamaño para evitar la separación de grasa y agua y

con ello la formación de crema. El grado de la homogeneización depende de la

presión que se produce en la válvula. Por más alta la presión más alto es el nivel de

homogeneización pero también aumenta el consumo de energía.

Para un proceso óptimo, la presión de homogeneización constituye un parámetro de suma importancia y por lo tanto los usuarios exigen instrumentación con las máximas prestaciones a la instrumentación. Existen una gran variedad de soluciones por ejemplo instrumentos mecánicos, instrumentos con función de alarma o con señal de salida eléctrica hasta transmisores de presión con salida digital para el procesamiento de la señal en un sistema de control. Un efecto secundario es la generación de pulsaciones que la bomba transmite al

instrumento provocando así oscilaciones tanto en la máquina como en el instrumento

y en el medio.

Fig. 39 Existen gran variedad de soluciones de instrumentación, por ejemplo, instrumentos mecánicos, con función de alarma o con señal de salida eléctrica hasta transmisores de presión.



La amortiguación aumenta la durabilidad y la precisión

La compañía Wika ha desarrollado instrumentos especiales con un sistema de

separadores, que resisten tanto a las oscilaciones mecánicas como a las pulsaciones

del proceso. Un sistema de amortiguación permite la aplicación de los instrumentos

en un rango amplio de oscilaciones. Este sistema protege los componentes

mecánicos y los sensores de las vibraciones aumentando así la durabilidad de los

instrumentos en comparación a los sistemas sin amortiguación.

La amortiguación en sistemas de separadores regulariza también la señal de

medición mejorando así la legibilidad de la indicación. En los instrumentos

electrónicos la amortiguación de la señal de salida se compensa mediante la

electrónica, para recibir una señal de salida estable. Con ello se puede realizar una

medición exacta con instrumentos mecánicos y electrónicos asegurando una

regulación del proceso de homogeneización con exactitud.

Normativas y Recomendaciones

Para el cumplimiento de los estándares higiénicos las normas sirven como guías

para compañías que actúan en ámbito internacional. Las normativas reducen los

obstáculos técnicos de comercio y aseguran la nivelación legal. La normativa 3-A

Sanitary Standards prescribe con el Standard 74-02 la construcción de partes en

contacto con el medio de sensores e instrumentos para el área de los EE UU. El

cumplimiento de las normativas se comprueba con una verificación por parte de un

tercer auditor. Tras una exhaustiva auditoría se permite al fabricante colocar el logo

3-A en sus productos.

Las compañías pueden adquirir los separadores con una conexión adecuada para

usos higiénicos con un logo 3-A facilitando así la exportación a los EE UU.

La organización europea “European Hygienic Equipment Design Group” (EHEDG)

emite en colaboración con la 3-A Sanitary Standards Inc. Recomendaciones para la

construcción de instalaciones adecuadas para usos higiénicos y establece métodos

para la comprobación de estos componentes.

Asimismo realiza estas comprobaciones y emite certificados de homologación.

También los separadores tubulares de Wika han pasado por estas pruebas y en la

actualidad se utilizan separadores Wika incluso en el control de presión de

precisamente estas pruebas en la universidad de Múnich, en la Facultad de

Ingeniería Maquinaria.

También cumplen exigencias de rugosidad y de facilidades para la limpieza,

cumpliéndose así los criterios del documento nº8 “Hygienic equipment design

criteria”.

Fuente: Joachim Zipp. Ingeniero jefe de producción del departamento de ingeniería de

proceso de Alexander Wiegand GmbH Klingenberg, Alemania.



Gráficas de Corrección en la calculadora HP

La idea de llevar las Tablas de corrección a una calculadora (HP), se sustenta en la

flexibilidad que esta nos ofrece; teniendo las tablas en nuestras calculadoras

podemos hacer que estas perduren, se conserven y tenerla a la mano en cualquier

momento que las requerimos.

El código con el que está diseñado el programa es totalmente amoldable, esto nos

garantiza un uso universal, ya que se pueden cambiar tanto los valores de los puntos

de referencia que se toman (Presiones de Subida y Bajada) como la cantidad de

estos.

El programa en funcionamiento nos presenta 4 graficas:

La primera es la de los datos de subida:

Fig. 40 Datos de Subida en HP.

Luego nos presenta la de Bajada junto a la de Subida:

Fig. 41 Datos de subida y bajada en HP

Luego de presentarnos las 2 graficas, tanto de Subida como de Bajada; el programa

halla el promedio de estas y lo guarda en una matriz, para luego presentarnos la

primera Tabla de Corrección. Cabe señalar que en el eje X están consignados los

valores que leemos en el barómetro, y el eje Y nos entrega los valores reales de la

medición de Presión.



Fig. 42 Gráfica de recurrencia.

Finalmente el programa nos presenta la gráfica de error, la cual nos presenta en el

eje X, al igual que la anterior Tabla, las presiones leídas en el barómetro, y el eje Y

nos muestra el error entre el valor real y el valor promedio de presiones.

Fig. 43 Gráfica de Error.

El programa guarda las matrices usadas, estas son: la de los datos de SUBIDA,

BAJADA, la del PROMEDIO y la del factor de corrección (RESTA).

Fig. 44 Uso del programa.

Fuente: Programa hecho por Kappa (Luis Vizcarra).

Lab N°02_Mecanica I PRESION

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