Trabajo Practico N°7 - Presion y Vacio PDF

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Trabajo Practico de Presión y Vacio...

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1) Presion: Se define a la presión como la fuerza ejercida sobre una superficie por unidad de área. En ingeniería el término presión se restringe generalmente a la fuerza ejercida por un fluido por unidad de área de la superficie que lo encierra. La edición de presión es deseable por: a) Ayuda a definir el estado del fluido. b) Ayuda a determinar el trabajo realizado por el fluido, si existe un movimiento de mismo. Termodinámicamente la única presión de importancia es la presión absoluta, es decir la presión medida por encima de un cero absoluto de presión. El barómetro se utiliza para determinar la presión absoluta de la atmósfera. Otros dispositivos medidores de presión miden en realidad la diferencia de presión entre dos puntos de un sistema, sea la presión en un punto por encima o por debajo de la presión atmosférica. La presión por encima o por debajo de la presión atmosférica se denomina presión manométrica, dado que se mide mediante un manómetro. La presión manométrica debe sumarse algebraicamente a la presión atmosférica para obtener como resultado la presión absoluta. Cuando la presión en un punto es menor que la presión atmosférica, se dice que existe vacío. A medida que la diferencia entre la presión en dicho puto y la presión atmosférica es mayor, se concluye que el vacío crece.

2) Intrumentos Utilizados Para Medir Presiones: Existen tres métodos para la medición de presión:

1. Medición de la altura de la columna líquida necesaria para equilibrar la presión medida (manómetros de columna líquida). 2. Medición de la deformación de un sólido debido a la presión medida (tubo de Bourdon y manómetro de diafragma) 3. Medición del peso que actuando sobre un área conocida, equilibra la presión medida (manómetros de peso muerto)

Manómetros de columna líquida Los manómetros de columna líquida se utilizan de manera general para medir presiones o diferencias de presión inferiores a 1 kg/cm2, especialmente cuando la medición debe efectuarse con una precisión del orden del 1 por ciento. En estos dispositivos, la presión se determina equilibrando la presión con una columna de líquida de peso específico conocido. Se mide la altura de la columna y se obtiene la presión por cómputo. Un manómetro de columna líquida muy común es el de tubo en U.

Son iguales las presiones en a y c. La presión a es prácticamente igual al a presión que se mide si la parte del tubo por encima de a está llena de aireo algún otro gas. La presión que se mide resulta así equilibrada por la columna líquida de altura H y la presión atmosférica existente en el punto b. La fuerza ejercida por una columna líquida sobre cualquiera de sus secciones trasversales es igual al producto de la altura de la columna por encima de la sección considerada multiplicada por el área de la sección transversal y por el peso específico del líquido. Como la presión es fuerza por unidad de área, y la presión en el unto c ejercida por la columna líquida de altura h es igual al producto del peso específico de líquido por la altura de la columna, la presión por lo tanto es independiente del área de la sección transversal. Si la presión que se mide es menor que la atmosférica, el líquido subirá por la rama derecha del tubo. Luego, el producto del peso específico del líquido por la altura de la columna es igual a la presión atmosférica menos la presión medida, denominándose succión o vacío. El manómetro de tubo en U puede usarse también para medir diferencias de presión. El producto del peso específico del líquido por la altura de la columna es igual a la diferencia de presión que se mide. El manómetro de tubo en U presenta una importante desventaja. Si existen importantes fluctuaciones en la presión medida resulta ser difícil obtener la presión verdadera. Para eliminar esta dificultad se emplea una escala móvil, aunque este método reporta alguna mejora, la variación de presión media hace que la lectura puede ser considerada errónea.

Otro método para obtener lecturas más exactas de presiones fluctuantes consiste en usar un manómetro de una sola rama. Este consiste en un depósito cuya sección transversal es grande en comparación con la de la única columna líquida. Por esta razón la variación del nivel del líquido en el depósito es pequeña aún en caso de grandes variaciones de la presión. Un segundo método consiste en usar una escala graduada en mm que está deformada de manera de compensar las variaciones de altura líquida en el depósito. La posición de la escala se ajusta de modo que su cero coincida con el nivel líquido en el depósito cuando la presión medida es cero. El líquido utilizado en el manómetro debe elegirse de tal modo que la lectura de la altura líquida pueda realizarse con la presión deseada. Recomiendan que la mínima altura del líquido en un tubo en U y en el manómetro de una rama sea de 4 pulgadas (100 mm). No obstante, dado que no es posible la construcción de tubos de diámetro de diámetro perfectamente constante, los efectos de la gravedad pueden ser causa de importantes errores. Además los efectos de la capilaridad y la temperatura sobre las columnas líquidas, las lecturas pueden ser afectadas por las variaciones de peso específico del líquido debidas a la altitud y la latitud. Mediciones de presiones pequeñas Cuando la presión medida es muy pequeña no es posible utilizar ni el manómetro en U ni el manómetro de una sola rama para obtener una medición de precisión. Existen 3 tipos de instrumentos para la medición de pequeñas presiones: 1. Manómetro de columna líquida inclinado: El principio de funcionamiento del manómetro de columna líquida inclinada de una sola rama consiste fundamentalmente en que la presión en a está equilibrada por la columna líquida h y la presión atmosférica. Pero en lugar de medir la distancia h se mide la distancia h’, mucho más grande que la anterior. El conocimiento del ángulo de inclinación del tubo permite calcular h’. La escala del manómetro inclinado toma ya en cuenta el ángulo y la presión se mide directamente en mm. Debe observarse que el área transversal del tubo tiene que ser muy pequeña en comparación con la del depósito. El principio fundamental del manómetro inclinado de una sola rama se aplica también al manómetro inclinado de tubo en U. El manómetro de tubo en U puede usarse con distintos grados de inclinación es necesario medir el ángulo y calcular la presión verdadera.

2. Manómetro de dos fluidos: Este manómetro es una variante del diseño normal de tubo en U. Contiene dos líquidos los cuales son escogidos adecuadamente así como las dimensiones del tubo y las cisternas. Este manómetro mide la diferencia de presiones P1-P2. El valor de h se puede hacer muy grande para un valor relativamente pequeño de (P1-P2). Los líquidos no deben mezclarse entre ellos. A causa de la dificultad de obtener tubos de diámetro uniformes, los manómetros de dos líquidos deben ser individualmente calibrados para las mediciones de precisión.

3. Micromanómetros a. Micromanómetros de contacto eléctrico: El ajuste a cero y la lectura de presión se obtienen por el contacto hecho con el líquido. Para la medición se utiliza un calibre de tipo ÁMES, graduada en fracciones de milímetros. Las dos ramas del manómetro deben ser de diámetros iguales.

b.

Micromanómetro de punto: La lectura se hace cuando las puntas rompen la superficie líquida. Este tipo de micromanómetro se utiliza a menudo para calibrar los otros tipos de micromanómetros.

c. Micromanómetro de altura constante: En este caso el tornillo micrométrico se ajusta de manera de retornar el menisco líquido en el tubo inclinado a una maca preestablecida. Debido a la alta relación de diámetros, no hay variación apreciable en el nivel líquido del depósito.

Manómetro de Bourdon y de diafragma: Los tubos metálicos curvos de sección aproximadamente elíptica tienen tendencia a enderezase cuando se los somete a una presión interna. Si uno de los extremos del tubo está fijo el otro extremo experimenta un desplazamiento definido que depende de la magnitud de la presión aplicada. Si la presión interna del tubo es menor que la externa, el tubo tendrá tendencia a curvarse aún más. Dado que la presión que rodea al tubo es por lo general la presión atmosférica, el tubo de bourdon determina la presión manométrica. El tubo en sí resiste al movimiento y si no excede su límite elástico retorna a la forma original al desaparecer la presión. Por medio de un sistema de bielas ajustables, el movimiento del extremo libre del tubo se transmite a un conjunto de cremalleras y pistón, se hace girar una aguja sobre una esfera indicadora. Los manómetros de bourdon se utilizan mucho para los alcances de presión que no pueden ser medidos convenientemente por medio de las columnas líquidas. Los manómetros de bourdon se clasifican en manómetros, vacuómetros y manómetros compuestos. Los manómetros de presión se calibran en kg/cm 2. La precisión de los manómetros de bourdon, dependen, naturalmente del cuidado que se aplique para su diseño y fabricación. La mayoría de los manómetros tienen clavijas, en la esfera, que impiden que la aguja adopte una posición libre a la presión atmosférica. Por lo tanto, la lectura cero de estos manómetros sobre estar algo por encima de la presión atmosférica. Debido a la alteración de las propiedades elásticas del tubo con el tiempo, y a la imposibilidad de obtener una perfecta uniformidad de los tubos en el proceso de producción es necesario prever ajustar el sistema de bielas. Por la misma razón, y por el desgaste, los manómetros de bourdon deben ser recalibrados permanentemente. Algunos manómetros de bourdon sustituyen el mecanismo que consiste en una cremallera y piñón por una leva de ranura en espiral y un seguidor con la intención de reducir al mínimo el juego entre el extremo del tubo y la aguja.

El manómetro de diafragma se utiliza para mediciones de presiones relativamente bajas. Este manómetro consiste en una cámara cerrada superiormente por medio de un diafragma para aplicar una presión a la cámara, el centro del diafragma se desplaza en una magnitud proporcional a la magnitud de la presión aplicada. El movimiento del diafragma se transmite a la aguja del instrumento por medio de un mecanismo adecuado. Similar en principio al manómetro de diafragma es el manómetro de fuelle. Está constituido por dos o más diafragma o por un cilindro de paredes corrugadas. Los manómetros de diafragma o de fuelle se utilizan a menudo para determinar la presión atmosférica, en este caso se los denomina barómetros aneroidales.

Barómetros Dados que los manómetros indican por lo general presiones manométricas, es decir, presiones por encima o por debajo de la presión atmosférica, es necesario medir la presión atmosférica cuando se necesita conocer la presión absoluta. Los instrumentos utilizados para la determinación de la presión atmosférica se denominan barómetros. Dado que ningún da directamente la verdadera presión atmosférica da presión barométrica, es, en realidad la lectura barométrica corregida.

El más común es el barómetro de fortín. Consiste en un tubo vertical de algo más de 760 mm de altura y que tiene su extremo inferior sumergido en un recipiente con mercurio puro. En el espacio del tubo por arriba del mercurio se practica un alto grado de vacío, la presión atmosférica actúa sobre la superficie libre de mercurio en el recipiente inferior. Dado que la variación de la presión atmosférica genera ligeros cambios de nivel en el depósito, se prevee un tornillo de ajuste que sirve para elevar el nivel de mercurio hasta que sea justamente tocado por una punta de marfil. Un conjunto de escala y vernier, cerca del extremo superior del extremo de vidrio, permite leer una presión barométrica con una precisión comprendida entre 0,05 y 0,25 mm de Hg.

Calibración de los instrumentos para medir presiones En el caso de los vacuómetros y barómetros para baja presión la calibración puede hacerse por comparación con un instrumento de columna líquida. Cuando es viables o conveniente un instrumento de columna líquida como patrón, el método más satisfactorio de calibración es el que emplea un probador de manómetros de peso muerto. En este probador se aplica una presión a una masa de aceite la cual la transmite sin cambios en todas direcciones sobre un pistón de área conocida cargado con pesos conocidos y sobre el manómetro en ensayo. Luego, el pistón y los pesos permiten conocer la verdadera presión de aceite que actúa en el manómetro. El procedimiento recomendado para la calibración es el siguiente. 1. Sacar el pistón y llenar el probador con aceite limpio. Desatornillar gradualmente el embolo, y acelerarlo hasta que el mismo llegue al final de su carrera. Asegurarse de que el pistón este bien limpio e introducirlo dentro de su cilindro. Este procedimiento es necesario a fin de eliminar el aire del probador. 2. Para ejercer una presión sobre el aceite se atornilla el embolo en su cilindro y se agregan pesas sobre el pistón de manera de evitar que se salga del cilindro. 3. Cuando un manómetro debe ser calibrado antes de su empleo puede ser conveniente al menos hacer tres mediciones sobre el alcance del manómetro para ver si existen, un error apreciable constante o un error apreciable en el extremo de una escala. Si es un error apreciable la aguja está mal ajustada. 4. Se especifica que los manómetros deben ser calibrados entre aproximadamente el 25% y 75% de la lectura a plena escala. 5. En la calibración de un manómetro, se colocan sobre un pistón las pesas suficientes para ejercer la menor presión deseada y el embolo se atornilla lo suficiente para levantar el pistón. El pistón y sus pesas se hacen girar suavemente y el manómetro se golpea ligeramente con el fin de eliminar los efectos del rozamiento. 6. Una vez alcanzada la presión máxima se continúa con la calibración retirando pesas y tomando nuevas lecturas, debe cuidarse de llegar a las presiones deseadas en sentido descendente, reduciendo la presión a partir de la última lectura efectuada. 7. Se hacen los promedios de las lecturas ascendentes y descendentes y puede entonces trazarse una curva de corrección al manómetro o adherirse una tabla de corrección al instrumento.

3) Contraste de Manómetros – Ver Planilla (Experiencia en el Laboratorio) Tipo de Ensayo: CONTRASTE DE INSTRUMENTO DE MEDICIÓN DE PRESIÓN CARACTERÍSTICAS DEL INSTRUMENTO PATRÓN: TIPO: Balanza de Peso Muerto Marca: Barnet Instruments N°: 1820/68 Rango: 0,1 – 300 kg/cm2

Alcance: 300 kg/cm2 Apreciación: 0,1 kg/cm 2 CARACTERÍSTICAS DEL INSTRUMENTO A CONTRASTAR: TIPO: Manómetro Marca: Trevisan N°: 13338 RANGO: 0 a 5 Kg/cm 2 / 0 a 75 lb/in2 Alcance: 5 Kg/cm2 / 75 lb/in2 Apreciación: 0,05 Kg/cm 2

Serie 1

: Ascenso -

Serie

: Descenso

4) Contraste de Manometros – Casos Especiales...