22/04/2015

2015

Elementos de Hidráulica

Laboratorio #4

Fuerza de presión en superficies planas

Manometría

Objetivos

Objetivos generales

Análisis práctico teórico de las fuerzas hidrostáticas sobre una superficie plana sumergida en un fluido incompresible en reposo.

Objetivos específicos

Análisis cualitativo de las fuerzas ejercidas por el fluido sobre la superficie plana sumergida.

Determinación práctica de la fuerza de presión ejercida sobre la superficie y su ubicación.

Determinación teórica de la fuerza de presión y la ubicación dentro de la superficie sumergida.

Comparación de los datos teóricos y prácticos del laboratorio.

Equipos y materiales

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Agua

regla

Equipo para medir fuerzas del agua: En un depósito se sumerge un cuadrante teórico de sección rectangular. Un brazo adosado al cuadrante permite suspenderlo para que pivote libremente en torno a un eje. El par ejercido por el peso del cuadrante teórico se puede equilibrar gracias a un contrapeso ajustable en un extremo del brazo. En el otro extremo se coloca una varilla con diferentes masas para contrarrestar el par ejercido por la presión hidrostática. Una escala sobre el cuadrante permite determinar su profundidad de inmersión. El depósito se vacía a través de la llave de descarga. Un nivel de burbuja y un pie ajustable permiten nivelar el conjunto Equipo para medir fuerzas de

agua (modelo FME08)

Manometría

Introducción

En la vida cotidiana desarrollamos una serie de actividades bajo el agua, así Tenemos, cuando nos sumergimos hasta lo profundo de una piscina experimentamos una fuerza que hace sentirse como comprimido, también se empieza a sentir un leve Dolor en los odios mientras se sumerge cada vez más adentro, estos y muchos efectos se deben a que, en ti está actuando una presión, llamándose a ésta, Presión Hidrostática.

Un fluido es un estado de la materia en el que la forma de los cuerpos no es constante y es estático si todas y cada una de sus partículas se encuentran en reposo o tienen una velocidad constante con respecto a un punto de referencia inercial, de aquí que la estática de fluidos cuente con las herramientas para estudiarlos, con la certeza de que en este caso no tendremos esfuerzos cortantes y que manejaremos solo distribuciones escalares de presión, lo cual es el objetivo principal de esta práctica. Esta distribución de presiones a lo largo de toda el área finita puede reemplazarse convenientemente por una sola fuerza resultante, con ubicación en un punto específico de dicha área, el cual es otro punto que le corresponde cuantificar a la estática de fluidos.

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El agua ejerce una presión en las paredes de una represa, por lo tanto estos efectos que ser considerados al momento de su construcción para que la estructura no sufre daños posteriores a futuros.

Manometría

1. manómetros

Los manómetros son los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y gases). Lo común es que ellos determinen el valor de la presión relativa, aunque pueden construirse también para medir presiones absolutas.

Todos los manómetros tienen un elemento que cambia alguna propiedad cuando son sometidos a la presión, este cambio se manifiesta en una escala o pantalla calibrada directamente en las unidades de presión correspondientes.

Cuando el aparato de medición sirve para medir presiones que cambian muy rápidamente con el tiempo como por ejemplo, dentro del cilindro de la combustión interna, recibe el nombre de transductor (que no será tratado aquí), reservándose el nombre de manómetro para aquellos que miden presiones estáticas o de cambio lento.

Manómetro

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Datos básicos

Presión en un punto: La presión en un punto de un fluido puede definirse como el cociente entre la fuerza actuante normalmente sobre un elemento de área, y el área misma.

La escala del manómetro: normalmente, indica cero cuando el medidor está abierto a la presión atmosférica y, por arriba de cero, está calibrado en pascales o en otras unidades de presión.

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2. 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.

3. Manómetro de Bourdon

Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma circular de sección oval. La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la sección oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo. El extremo del tubo sin tensar ejecuta un movimiento que representa una medida de la presión el cual se traslada a una aguja indicadora.

Estas pesas se colocan en un cilindro hidráulico y con un juego de válvula (válvula

principal) se regula de tal forma que la marca del cilindro quede en la marca de

referencia, de esa forma la presión marcada por las pesas, se muestra en el manómetro

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Las válvulas reguladoras se encargan de regular la válvula principal. Si la válvula

principal se abre mucho (llega a su tope), entonces una de ella se encarga de cortar el

paso del agua del cilindro hidráulico (del que viene de la válvula principal) y la otra se

encarga de dar el paso al agua que viene del manómetro a la válvula principal, con

esto, la válvula se puede cerrar, luego se le cambia el orden de apertura de las válvulas

reguladoras y el proceso para la toma de muestra continúa.

Aplicando la definición de presión a la base del pistón y considerando que esta se encuentra en estado estático se debe cumplir que: P = W/A. Donde: W = peso del pistón y la carga añadida. A = área del pistón.

Este cociente nos determina la presión real. El valor de la presión leída se obtiene directamente del manómetro de bourdon. La comparación entre los valores de presión real y leída, nos da una idea de la exactitud de la lectura del aparato. Error porcentual:

Donde: Pt: Presión teórica calculada mediante la ecuación (1). Pe: Presión experimental tomada directamente del manómetro.

Procedimientos

I. Parte. Calibración del manómetroInicialmente la plataforma en el pistón al estar descargada, se tomó la lectura de la presión en el dial del manómetro. Y a continuación, se añade un peso conocido de 0.5kg, se toma la lectura correspondiente y anotan datos.

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De igual forma con una regla se toma la medida del área del pistón, para luego ser determinada por medios matemáticos y calcular el porcentaje de error medido en la experiencia.

Cálculos y resultados

I. Parte. Calibración del manómetro, área de pistón

presion P= FAW=mg=F

F=mg=0.5kg(9.81m

s2 )=4.92kg m

s2 =4.92N

A=FP

= 4.92N

50.0 x 103 N

m2

=9.84 x10−5m2=0.984 cm2

A=π d2

4

d=√ A4π

=¿√ 4 (0.984 cm2 )

π=1.119 cm¿

Conclusiones

En esta experiencia hemos comprendido que no todas las presiones son las mismas puesto q si usamos otro peso la presión va a cambiar al igual que el diámetro.

El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construcción.

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Masa conocida = 0.5kg Presión registrada = 50.0x103 N/M2

Área del círculo

Diámetro medido = 1.1 cm diámetro calculado = 1.119 cm

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Aprendimos a calibrar las pesas por medio del sistema de válvulas para así poder obtener una presión precisa.

Recomendaciones

Asegurarte de regular bien las válvulas para poder calibrar el peso de forma eficiente.

Realiza los cálculos de cada masa para así observar y comparar los resultados.

Asegurarte que el sistema de peso muerto este en orden y sea funcional.

Anexos

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Bibliografía

http://www.sapiensman.com/neumatica/manometros.php http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-07-08-manometro-bourdon.pdf

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