Ensayo de calibrado de manómetros (página 2)

Durante la realización del ensayo se pudo comprobar que el uso del manómetro tendrá limitaciones en cuanto a precisión, pues esto influirá de manera considerable en una correcta lectura justo en el momento en que se produzca el movimiento inminente del pistón superior en función de la presión del pistón inferior. También se tubo dificultad al tomar el peso de cada materia usado como pesa pues no se contaba con una balanza, en el laboratorio de termohidráulica, siendo necesario par esto el uso de pesas ya estandarizadas y adecuadas para el proceso, así también se presento la limitación de que no se contaba con un instrumento de medición preciso, como por ejemplo un vernier para la medición del diámetro del pistón.

Finalmente quiero extender mis muestras de agradecimiento a aquellos amigos que gracias a sus críticas y sugerencias han hecho posible el desarrollo del presente ensayo de calibración de manómetros.

OBJETIVO

Experimentar el proceso de calibrado de manómetros considerando un patrón y uno de prueba para encontrar datos de comparación y de error.

Elaborar el gráfico de presión real (patrón) vs presión de prueba en el instrumento a calibrar, para manejar el margen de error

MARCO TEÓRICO

Manómetros:

Un manómetro es un tubo; casi siempre doblado en forma de U, que contienen un líquido de peso específico conocido, cuya superficie se desplaza proporcionalmente a los cambios de presión.

Tipos de Manómetros:

Los manómetros son de dos tipos, entre los cuales tenemos:

a.-) Manómetros del tipo abierto; con una superficie atmosférica en un brazo y capaz de medir presiones manométricas.

b.-) Manómetros diferencial; sin superficie atmosférica y que sólo puede medir diferencias de presión.

Manómetros Abiertos:

Las etapas recomendadas en la resolución de problemas de manómetros abiertos son:

1. Trazar un bosquejo del manómetro, aproximadamente a escala. Partiendo de la superficie atmosférica del manómetro como punto de carga de presión conocida, numérense , en orden los niveles de contacto de fluidos de diferentes pesos específicos. A partir de la carga de presión atmosférica, pásese de un nivel a otro, sumando o restando las cargas de presión al reducirse o aumentarse la elevación, respectivamente, considerando los pesos específicos de los fluidos.
2. Tamar una decisión respecto al fluido en que se expresarán las unidades de carga.

Manómetros Diferencial:

Las etapas o pasos que se utilizan en el cálculo de diferencia de presiones son:

1. Numero de "puntos estratégicos" indicados por los niveles de contacto de los fluidos. Se requiere cierta práctica para escoger los puntos que permitan los cálculos más sencillos. Resuélvase la ecuación para la diferencia de cargas, de presión y redúzcase a diferencias de presión si se desea.
2. A partir de la carga de presión incógnita P/ h en uno de los puntos extremos, escríbase una suma algebraica continua de cargas , pasando de un punto a otro e igualando la suma continua a la carga incógnita P / h en el otro extremo.

Aplicaciones:

Hidráulica (agua/aceite), neumática, marina / offshore, aire acondicionado y refrigeración, electromedicina, control de procesos, sistema de recogida de datos, alarmas, seguridades y regulación, edificios inteligentes.

Reguladores de Presión:

Los reguladores de presión son aparatos de control de flujo diseñados para mantener una presión constante aguas a bajo de los mismos. Éste debe ser capaz de mantener la presión, sin afectarse por cambios en las condiciones operativas del proceso para el cual trabaja. La selección, operación y mantenimiento correcto de los reguladores garantiza el buen desempeño operativo del equipo al cual provee el gas.

Reguladores – Reductores:

Los reguladores reductores de presión son equipos de control de flujo diseñados para mantener una presión constante aguas debajo de ellos, independientemente de las variaciones de presión a la entrada o los cambios de requerimiento de flujos. La "carcaza" y los mecanismos internos que componen un regulador, automáticamente controlan o limitan las variaciones de presión a un valor previamente establecido.

Existen diferentes, marcas, estilos y aplicaciones para la industria del Gas Metano. Algunos tipos están contenidos por contenedores auto controlados que operan midiendo la presión de línea y manteniéndola en el valor fijado, sin necesidad de fuentes externas de energía. Otros modelos requieren de una fuente externa para ejecutar su función de control de la presión.

Éste suplemento muestra los principios de funcionamiento de los reguladores de Gas Metano, sus dos grandes grupos: los "auto operados" y los "pilotados"; así como información importante que facilitará la selección del equipo ideal para cada aplicación.

Funcionamiento de los Reguladores de Presión:

Un regulador es básicamente una válvula de recorrido ajustable conectada mecánicamente a un diafragma. El diafragma se equilibra con la presión de salida o presión de entrega y por una fuerza aplicada al lado contrario, a la cara que tiene contacto con la presión de salida. La fuerza aplicada al lado opuesto al diafragma puede ser suministrada por un resorte, un peso o presión aportada por otro instrumento denominado piloto.

El piloto es por lo general, otro regulador más pequeño o un equipo de control de presión.

Los reguladores auto – operados funcionan bajo el principio de equilibrio de fuerzas. Esencialmente, las fuerza aplicadas en la zona de alta presión (Pe), aguas arriba, se equilibran o balancean con las fuerzas de la zona de baja presión (Ps), aguas abajo. Este equilibrio de fuerzas es causada por la distribución de la energía (presión)en áreas desiguales, de acuerdo a la siguiente ecuación:

F = P.A (Eq.1)

Donde;

F = Fuerza (Lbf) ó (Nw)

A = Area (In²) ó (m²)

P = Presión (Lbf / in²) ó (Kpa)

De acuerdo a esto (Eq.1), la fuerza que actúa en la zona de baja presión, se distribuye en una superficie más grande que la fuerza que se aplica en la zona de alta presión. Debido a la diferencias de áreas se logra el equilibrio entre ambas zonas (Eq.2).

F1.A1 = F2.A2 (Eq.2)

La fuerza a la entrada puede ser considerada como fuerza de apertura, la cual se balancea a su vez con la fuerza de cierre. Para ajustar la presión aguas abajo, se introduce una tercera fuerza en la ecuación, esta fuerza es llamada fuerza de control, ejercida por un resorte o artefacto que suministra una presión o energía adicional. En el caso del regulador esquemático la fuerza de control la suministra un resorte y se considera como parte de la fuerza de apertura. El equilibrio matemático de fuerza se expresaría de al siguiente manera.

Fentrada + Fresorte = Fsalida (Eq.3)

El equilibrio de fuerzas de apertura y cierre de la válvula reguladora se lleva a cabo mientras el equipo opera en estado de flujo estable. Con base en las ecuaciones 2 y 3, se reconoce que si la presión de entrada permanece constante los cambios en la presión de salida son compensados por cambios en la fuerza que aplica el resorte, logrando así el balance.

La fuerza ejercida por el resorte se expresa con la siguiente ecuación, conocida como "Ley de Hooke".

F = -K . X (Eq.4)

Donde

F = Fuerza (lbf) ó (Nw)

K = Constante de elasticidad del resorte (Lbf / in) ó (Nw / m)

X = Deformación del resorte, (in) ó (m)

A medida que el vástago de la válvula reguladora se desplaza, el resorte se deforma. Cambiando de esa manera la fuerza ejercida por el resorte. Los cambios en la fuerza suministrada por el resorte significan cambios en la presión de entrega.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

• Un tarador de manómetros
• Pesas de diferente medida
• Un manómetro de tipo bourdom.
• Lubricante para el calibrador (SAE 10).

PROCEDIMIENTO

• Instalar el manómetro a experimentar en el calibrador de manómetros
• Suministrar aceite al equipo en cantidad suficiente
• Realizar la purga de aire por una de las derivaciones totalmente abierta mediante la válvula de purga.
• Tomar medición del diámetro del pistón sobre el que actuará la plataforma porta pesas
• Nivelar la plataforma sobre la cual se colocarán las pesas
• Colocar una pesa sobre la plataforma. Luego presionar el pistón inferior de manera que se pueda visualizar un movimiento inminente del pistón superior, en éste instante se da lectura de la presión que registra el manómetro. La presión real es el cociente entre el peso que actúa sobre el pistón superior y el diámetro de éste último. La lectura correcta está en función de la presión del pistón inferior y el preciso instante en que se mueve el pistón superior.
• Ubicar una segunda pesa y seguir el procedimiento anterior hasta siete ensayos. Luego se va retirando las pesas comenzando por la última pesa colocada en la plataforma.

Observaciones: Cuando se va colocar las pesas en la plataforma es preciso haber lubricado previamente el vástago de la plataforma con la finalidad de evitar rozamiento en la guía y facilitar el ascenso de la plataforma a fin de visualizar el movimiento inminente del pistón superior.

TABLA DE DATOS

Tabla de Registro de Datos

Gráfico de Registro de Datos

Tabla de Ajuste de Datos

Donde: aplicando las formulas se tiene a= 0.82188737 b=0.27524413

Por lo tanto la ecuación resulta: y=0.82188737X+0.27524413

Gráfico Ajustado

CONCLUSIONES

• Al observar el grafico P. REAL V.S PATRON se puede determinar de que existe un error por DEFECTO tanto en las dos graficas, por lo que en una lectura del man.PATRONd le tendríamos que restar una cantidad de 0.114 de presión adicional aproximadamente.
• Al observar el grafico P. PATRON V.S P.PRUEBA puede determinar de que existe un error por EXCESO tanto en las dos graficas, por lo que en una lectura del man.PRUEBA le tendríamos que restar una cantidad de 0.105 de presión adicional para aproximadamente.
• Necesario determinar de manera exacta el punto inminente es decir el instante en el que el pistón inferior esta en contacto con el pistón superior, pues esto determinará una correcta toma de la presión en el manómetro.
• Este método de calibración de manómetros me parece adecuado porque se puede determinar el error entre la presión real y la presión de lectura.

RECOMENDACIONES

• el manómetro utilizado, puede ser utilizado para los ensayos de medición de presiones, pues su rango de error es mínimo.
• Para encontrar el punto inminente exacto, sin la interferencia del rozamiento es necesario una lubricación constante del pistón superior.
• Es necesario calibrar un manómetro antes de utilizarlo en una determinada operación.
• Observar con sumo cuidado que no exista aire en el líquido, de lo contrario podría existir una mala lectura.

BIBLIOGRAFÍA

hidráulicaTERMOHIDRAULICATERMOHIDRAULIcA IManómetro_archivosManómetro.htm

ANEXOS

Autor:

Lopez Quiñones Yuri Leo

UNIVERSIDAD DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

CATEDRA : LABORATORIO DE TERMOHIDRAULICA I

CATEDRATICO : ING. MARIO HUATUCO G.

SEMESTRE : VII

CIUDAD UNIVERSITARIA, 2008