RESUMEN

Se efectuó la medición de presiones diferenciales en el tubo de Venturi, de tres formas diferentes con resultados semejantes, en el primer montaje las presiones diferenciales fueron obtenidas directamente por los manómetros electrónicos, en el segundo montaje se trabajó en la obtención de presiones en dos diferentes puntos localizados en el tubo Venturi, la obtención de las presiones fue hecha con: en el primer punto se colocó un manómetro en “U”, en el segundo se colocó un manómetro electrónico, donde se tomó muy en cuenta la medición tomada, ya que en la garganta obtuvimos presiones de succionamiento (depresiones), en nuestro tercer montaje variamos la colocación de los manómetros con respecto al segundo montaje, de igual forma se tomó muy en cuenta las depresiones existentes en la garganta del tubo de Venturi.

Estas depresiones es debido a que es área de la garganta del tubo de Venturi es mínima en comparación con la entrada del mismo, lo cual incrementa la velocidad de fluido y ocasionando que exista depresiones, pero este hecho no ocurre de igual forma en la entrada del tubo de Venturi debido a la velocidad de circulación por la misma, en donde tiene un papel muy importante el área de circulación. Este argumento es corroborado con nuestra teoría mencionada en nuestro fundamento teórico.

Se registró de igual forma las temperaturas de cada montaje, en donde su variación fue mínima, debido al incremento moderado de las presiones en el regulador de presión.

Se registraron presiones diferenciales para el tubo de Pitot & Annubar, para un estudio de naturaleza semejante al del tubo de Venturi, desarrollada en nuestro presente informe.

ABREVIATURAS Y SÍMBOLOS.-

𝜌: densidad del fluido medido en [Kg/m3]

P: presión del fluido en cuestión. Medido en [N/m2]

ΔP: diferencia de presiones entre dos puntos de medición. Medido en [KPa].

g: gravedad del lugar en cuestión. Medido en [m/s2]

h: altura del fluido dentro de un manómetro para el cálculo de sus presiones. Medido

en [m]

F: fuerza aplicada a una determinada área. Sus unidades de medida son: [N]

A: área sobre la cual es aplicada una determinada fuerza. Medido en [m2]

P0 : Presión a nivel del mar = 101.325 [KPa.]

T0 : Temperatura promedio a nivel del mar en Oruro = 293.15 [ºK]

Z: Altura sobre el nivel del mar (Oruro) = 3706 [m]

β : Coeficiente de variación de la temperatura

T (local) : Temperatura del ambiente de trabajo [ºC]

R: Constante del aire seco = 287 [J/kgºK]

: Flujo másico [ kg/m3 ]

V: Velocidad del fluido [m /s ]

Q: Caudal, sus unidades de medida son: [m3/s]

Medición de la presión

1. Introducción

Las mediciones de presión son las más importantes que se hacen en la industria; sobre todo en industrias de procesos continuos, como el procesamiento y de la medición de flujo de gases. La cantidad de instrumentos que miden la presión puede ser mucho mayor que la que se utiliza en cualquier otro tipo de instrumento.

En el caso del trabajo con fluidos confinados a moverse en un conducto, si bien al interior de el las moléculas de la corriente pueden moverse en distintas direcciones (flujo turbulento), predomina una sobre las demás y se halla en la dirección longitudinal, siendo esta la que se considera para hallar las velocidades, caudales y flujos másicos.

Los parámetros físicos que caracterizan las condiciones en las que opera un fluido son las presiones, temperaturas, velocidades, caudales, flujos másicos, etc. para cuya medición se han diseñado variedad de instrumentos, su elección depende de las condiciones de trabajo del sistema, precisión con las que se desea realizar la medición, costo económico, frecuencia de medición, accesibilidad al punto de medición, agresividad del entorno, etc.

En la presente práctica se brindará especial atención a la medición de la presión en diferentes condiciones pues es una las magnitudes más importantes en el trabajo con fluidos líquidos y gaseosos, tanto los recipientes presurizados, como en los conductos de transporte.

2. Objetivos

- Estudiar la medición de la presión en diferentes situaciones y regímenes de flujo.

- Comparar los resultados de la medición de la presión con distintos instrumentos.

3. Marco Teórico3.1. Presión

La presión en términos macroscópicos es igual a la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.

p= FA

(N /m2)

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.

La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 (Pa), y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.En términos microscópicos es consecuencia del choque de las moléculas del fluido en las paredes de un sistema:

p= ρ⋅v̈2

3p = Presión (N/m2)ρ = Densidad (kg/m3)v̈ = Velocidad media cuadrática de las moléculas (m/s)La presión real en cualquier punto de un sistema, se llama presión absoluta. Sin embargo la mayoría de los dispositivos de medición de presión, miden la presión manométrica.3.2. Presión absoluta.

La intensidad de la presión medida por encima del cero absoluto se denomina presión absoluta. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Este término se creó debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios.3.3. Presión atmosférica.

Del mismo modo que existe una presión hidrostática en los líquidos asociada al peso de unas capas de líquido sobre otras, las grandes masas gaseosas pueden dar lugar a presiones considerables debidas a su propio peso. Tal es el caso de la atmósfera. La presión del aire sobre los objetos contenidos en su seno se denomina presión atmosférica.La ley de variación de la presión atmosférica es complicada al tratarse de un fluido compresible, la densidad no es constante, sino que varía con la presión; pero además, para variaciones importantes de la altura el valor de g tampoco se mantiene constante, por lo tanto esta depende de varias condiciones, como son la altura; a mayor altura hay menor presión y a menor altura hay mayor presión; la temperatura, a mayor temperatura mayor presión y a menor temperatura menor presión, la presencia de viento, al existir éste se produce un descenso en la presión, el lugar geográfico (latitud), etc.3.4. Presión manométrica

Es imposible una presión absoluta negativa. Por lo común los manómetros se diseñan para medir intensidades de presión por encima o por debajo de la presión atmosférica, que se emplea como base.Las presiones medidas en este modo se denominan presiones relativas o manométricas. Las presiones manométricas negativas indican la cantidad de vacío y en condiciones normales; al nivel del mar; son posible presiones de hasta –14,7 litros por

pulgadas cuadradas (pero no más bajos) (-1 atmósfera). La presión absoluta es siempre igual a la manométrica más la atmosférica.

P absoluta = P manométrica + P atmosférica

3.5. Medición de la Presión

El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local

LosLa presión suele medirse en atmósferas (atm); en el sistema internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newtons por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional

Instrumentos que miden la presión pueden clasificarse según la naturaleza de la presión medida como:

Barómetros: aquellos que miden la presión atmosférica. Manómetros: aquellos que miden sobrepresiones ó positivas con

relación a la atmosfera. Vacuómetros: los que miden depresiones o presiones negativas

respecto a la presión atmosférica. Manómetros de presión Absoluta: los que miden la presión absoluta es

decir la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica. Manómetros diferenciales: los que miden la diferencia de presiones

entre dos puntos de medición. Micro manómetros: los que miden presiones muy pequeñas.

Según su principio de funcionamiento puede tratarse de:

Manómetros electrónicos. Manómetros de columna de líquido. Manómetros mecánicos ó de reloj.

La presión hidrostática proporciona la presión relativa a una profundidad dada, en una masa continua de fluido en reposo, como función de la densidad del fluido y de la profundidad a la que se encuentra. Este resultado es lo que se conoce como la ecuación fundamental de la hidrostática.

En el elemento de fluido situado a una profundidad h bajo la superficie libre sobre la que actúa una presión de referencia se tiene que:

p A pp

hdh

A g Adh 0

ó lo que es lo mismo .p

h g

Para un fluido incompresible, la densidad es constante y la ecuación 2 puede integrarse respecto a la profundidad h, obteniéndose:

p g h

Que es la ecuación fundamental de la hidrostática para flujo incompresible, la presión así calculada es la presión manométrica o presión relativa a la presión de referencia de la superficie p0, que muy a menudo coincide con la presión atmosférica. El instrumento que trabaja utilizando este principio es el manómetro en U simple y mide la presión relativa a la atmosfera

La presión absoluta a una profundidad h viene dada por:p.abs p.0 p.man P.at g h

.

El manómetro diferencial se emplea para medir las diferencias de presiones entre dos puntos y es muy utilizado en la medición de velocidades y caudales de flujo mediante el tuno de Venturi, tobera, orificio calibrado y tubo de Pitod:

(1)

(2)

(3)

(4)

Fig. 1

Fig. 2

p p.1 p.2

Donde la p1 y p2 son las presiones absolutas ó manométricas en 1 y 2 respectivamente en la presente practica se estudiará el comportamiento de la presión absoluta, manométrica y diferencial en un tubo de venturi y en uno de pitod .

Presión dinámica; es generada por la velocidad que lleva el fluido al interior del conducto, puede obtenerse de la presión tota registrada mediante el transductor del tubo de Pitod que registra la presión total:

Ttot = Pdin+Pest

4. Metodología de la experimentación.

4.1. Materiales, Equipos e Instrumentos.

Antes de la inicio de la práctica deben verificarse si se cuenta con los siguientes materiales, equipos e instrumentos y si estos están en condiciones de trabajar con precisión, confiabilidad y seguridad.

Compresor de aire. Válvula reguladora de presión. Tubo de Venturi. Tubo de pitot & Annubar. Manómetro diferencial electrónico. Manómetro diferencial electrónico equipado con lector de velocidad de

flujo. Manómetro de columna de agua.

4.1.1. FICHA TECNICAS

MANOMETRO DIFERENCIAL ELECTRONICO

Fig.2.2. Manómetro electrónico

(5)

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre del instrumento Manómetro diferencial electrónicoMarca del instrumento TESTOIndustria U.S.A.Color NegroUnidades MbarSensibilidad 1 [mbar]Alcance (min-máx.) -100 [mbar] – 800 [mbar]Incertidumbre ±0.1 mbar

DATA LOGER

Fig.2.3 Data loger

MANOMETRO DIF. ELECTRONICO CON LECTOR DE VELOCIDAD DE FLUJO

Fig.2.4 Manómetro electrónico

MANOMETRO ELECTRONICO

Fig. 2.5 Manómetro electrónico

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre del instrumento Data logerMarca del instrumento VernierIndustria U.S.A.Color Azul y PlomoUnidades ºCSensibilidad 1 [ºC]Alcance (min-máx.) -20 – 120 [ºC]Incertidumbre ± 0,1

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre del instrumento Manómetro Dif. Electrónico con lector

de vel. De flujo.Marca del instrumento TestoIndustria U.S.A.Color Negro y PlomoUnidades [Hpas]Sensibilidad 10 [Hpas]Alcance (min-máx.) -20 – 50 [Hpas]Incertidumbre ±0,5 [Hpas]

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre del instrumento Manómetro ElectrónicoMarca del instrumento Musthis Industria Alemana Color PlomoUnidades [kpas]Sensibilidad 5 [Kpas]Alcance (min-máx.) -25 – 250 [Kpas]Incertidumbre ± 0,5 [Kpas]

SONDA DEL DATA LOGER

Fig.2.6 Sonda del data loger

VALVULA REGULADOR DE PRESION

Fig.2.7 Regulador de presión

4.2. Montaje del experimento

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre del instrumento Sonda del data logerMarca del instrumento VernierIndustria U.S.A.Color NegroUnidades ºC,ºF, ºKSensibilidad 20 kΩAlcance (min-máx.) -40 – 135ºC, (-40 – 275ºF)Incertidumbre ± 0.2 ºC a 0 ºC y ± 0.5 a 100 ºC

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre del instrumento Regulador de presiónMarca del instrumento PressiontIndustria ItalianaColor NegroUnidades Psi, [kg/cm2]Sensibilidad 5 [Psi]Alcance (min-máx.) 0 – 250 [Kg/cm2]Incertidumbre ± 1 [Kg/cm2]

4.3. Procedimiento Experimental.1. Verificar la correcta instalación de la válvula reguladora de presión, y de los

tubos de Pitot y de Venturi.2. Revisar rápidamente el estado del compresor y presurizar el aire hasta los

8bar.3. Empalmar la manguera de la red de aire al regulador de presión y tantear la

presión en cada punto de medición.4. Instalar los instrumentos seleccionados en los puntos de medición y tomar

datos en el regulador de presión, presión diferencial en el tubo de venturi, presión diferencial en el tubo de Pitod & Annubar y temperatura del aire a la salida del sistema variando la presión del aire a la entrada al sistema.

5. Finalmente desconectar los instrumentos y ordenar todo tal como se lo encontró.

4.4. Registro de Datos.

TABLA DE DATOS PRIMER MONTAJE

NoANGUL

Odif. De

presiones P estatica1 0 -3,5 0,882 10 -3,3 0,893 20 -5,4 0,94 30 -7,7 0,935 40 14,8 0,996 50 13,9 1,137 60 13,6 1,178 70 13,8 1209 80 15 1,21

NOMBRE

COLUMNADE AGUA (cm)

DUGLAS 86ERNI 96MARCELO 77MARLOS 88ERICK 79LIZBETH 82JHOSELYN 80

4.5. Claculos

NOMBRE

COLUMNADE AGUA (cm)

DUGLAS 86ERNI 96MARCELO 77MARLOS 88ERICK 79LIZBETH 82JHOSELYN 80SUMA= 588

SUMA= 5,88 (m)

PROMEDIO 0,84 (m)

5. CUESTIONARIOa) Cuál es el funcionamiento del tubo de pitod.

El tubo de Pitot, es utilizado para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica). Fue inventado por el ingeniero Henri Pitot en 1732.1 y fue modificado en el siglo XIX por Henry Darcy.2 Se utiliza mucho para medir la velocidad del viento en aparatos aéreos y para medir las velocidades de aire y gases en aplicaciones industriales. Los tubos pitot miden la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo y no la media de la velocidad del vientoTeoría de funcionamiento

En el punto (1) del esquema, embocadura del tubo, se forma un punto de estancamiento, la velocidad allí (v1) es nula, y la presión según la ecuación de Bernoulli aumenta hasta

por lo tanto:

Siendo:

v0 y p0 = presión y velocidad de la corriente imperturbada.

pt = presión total o de estancamiento.

Aplicando la misma ecuación entre las secciones (1) y (2), considerando que v1 = v2 = 0, se tiene:

Anemómetro tipo Pitot con veleta.

Siendo:

y2 - y1 = L (lectura en el tubo piezométrico)

luego:

Ventajas y desventajas

Características:

Mide la velocidad en un punto. Sus ventajas son la escasa caída de presión y bajo precio, siendo por ello

una buena elección para tuberías de gran diámetro y para gases limpios. Consiste en un tubo de pequeño diámetro que se opone al flujo, con lo que

la velocidad en su extremo mojado es nula.

b) ¿Cuáles son los criterios para seleccionar un manómetro:

Un manómetro es un instrumento de medición que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos: los de líquidos y los metálicos.

Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, como líquido manométrico el mercurio, que llena parcialmente un tubo en forma de U. El tubo puede estar abierto por ambas ramas o abierto por una sola. En ambos

casos la presión se mide conectando el tubo al recipiente que contiene el fluido por su rama inferior abierta y determinando el desnivel h de la columna de mercurio entre ambas ramas. Si el manómetro es de tubo abierto es necesario tomar en cuenta la presión atmosférica p0 en la ecuación:

p = p0 ± ρ.g.h

Si es de tubo cerrado, la presión vendrá dada directamente por p = ρ.g.h. Los manómetros de este segundo tipo permiten, por sus características, la medida de presiones elevadas.

En los manómetros metálicos la presión da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico, denominado tubo de Bourdon en honor a su inventor. Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presión sobre una escala graduada.

Debemos tener en cuenta que presiones vamos a medir Tenemos que fijarnos la escala del manómetro.

c) Explique las tendencias de las presiones manométricas del sistema y presión diferencial en la valvula.

En la Valvula El caudal de la bomba de circulación varia según lacarga en el circuito de calefacción. Siguiendo las curvas características de las bombas se observa que cuando baja el caudal, aumenta la Altura de Retención. Se produce una reducción de la pérdida de presión en las tuberías, por lo que en algunos elementos del sistema se pueden producir sobrecargas y ruidos.La válvula reguladora impide elevaciones de la Altura de Retención y asegura un caudal constante. Utilizándola en sistemas de calefacción con caldera de gas, se asegura una cantidad mínima de agua decirculación, para que la caldera funcione correctamente. Se recomienda, especialmente, cuando la curva de la bomba tiene mucha pendiente o la Altura de Retención máxima es mucho mayor que la presión d apertura. Para mejorar la eficiencia de la válvula reguladora, hay que instalar el circuito bypass de manera dinámica o con poca pérdida de presión, es decir, lo más corto posible. Amplio y con las menores resistencias

6. BIBLIOGRAFIAMecánica de los Fluidos, Ing. Ramon Lutina Lopez FNI UTO, Oruro BoliviaRobert L. Mott, Mecánica de Fluidos Aplicada, Cuarta Edición, PRENTICE – HALL HISPANOAMERICANO, S.A. 1996Victor L. Streeter y E. Benjamin Wyle, Mecánica de los Fluidos, Octava Edición, Mc GRAW – HILL , 1990