RESUMEN DEL CONTENIDO DEL INFORME

En este primer laboratorio de Termodinámica se han realizado 3 experiencias, “El uso de un calibrador de manómetro”, “Medida de presión atmosférica de un barómetro” y “Calculo de velocidad del viento, en distintas posiciones en un túnel de viento”.

En este informe se presentaran los distintos desarrollos de cada experiencia, se mostraran las características técnicas de los equipos utilizados y se describirá en forma en forma detallada el método seguido en cada experiencia. Por otra parte también se incluye una amplia teoría para poder entender de que manera se realizaron los distintos cálculos y de que forma se manejaron los distintos conceptos de presiones, unidades de presiones, etc..

Bueno, y por último se incluye la bibliografía empleada, de donde se extrajeron las distintas definiciones y formulas utilizadas.

OBJETIVO DE LA EXPERIENCIA:

Conocer los instrumentos comúnmente empleados industrialmente para medir presión. Efectuar la contrastación de un manómetro de Bourdon. Efectuar la determinación de la presión atmosférica contemplando las correcciones. Medir distintas velocidades de vientos para calcular su presión dinámica.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS INSTRUMENTOS EMPLEADOS

Calibrador de Manómetro:

Está compuesto por dos manómetros, uno llamado “ Instrumento Patrón” y el otro llamado “Instrumento a Instalar”. Los dos estan conectados a un cilindro capaz de soportar 75 bar de presión (1087,78 PSI. Cada manómetro tiene un rango de medición entre los 0 y 600 PSI. El instrumento Patrón posee una división de escalas con mayores divisiones que le instrumento a instalar, lo que la hace ser más exacta.

El instrumento Patrón tiene un margen de error de mas menos 0,5%, en tanto el instrumento a instalar tiene un error de 1 dividido por la mínima división, que en este caso corresponde a 1/5

Instrumento patrón.

Instrumento a instalar.

Cilindro.

Manilla giratoria para aumentar o disminuir presión.

Anemómetro:

Instrumento que mide la velocidad del viento, sus rangos de medición fluctúan entre 0 y 35 m/s o 0 y 125 Km/h. Esta compuesto por unas aletas que giran, así para que una aguja (instrumento análogo) indique la velocidad del viento.

Barómetro:

El barómetro utilizado en este laboratorio fue el barómetro de mercurio.

Sus características técnicas eran de un error medio de 0,06 mm Hg y su rango de medición comenzaba desde los 595 mm Hg hasta los 850 mm Hg, con una división de escala de 0,1 mm Hg.

DESCRIPCIÓN DEL METODO SEGUIDO

El laboratorio se inicio con una introducción teórica sobre los distintos conceptos de presión y las distintas unidades a utilizar.

Luego de la parte teórica se trabaja con un calibrador de manómetros. Se tomaran distintas presiones, en forma ascendente y descendentes. Después nos dirigimos hacia el laboratorio en donde se utiliza un barómetro. Cada alumno debió tomar una presión y una temperatura, para después observar en una tabla la presión real y luego comparar con la presión observada.

Por ultimo ocupamos un túnel de viento, en donde encendimos un motor que accionaba un ventilador y provocaba un flujo de aire en un túnel, al cual le medimos sus velocidades en 3 posiciones distintas del túnel (centro, unos cms. Hacia un lado del centro, en la periferia) y a distintos RPM (1.700, 1.900 y 2.100 RPM), toda esta medida con un manómetro análogo.

CONCLUSIONES

Después de realizada la experiencia se pueden concluir cosas como: la importancia que tiene la temperatura y la latitud sobre la presión, factores indispensables para ella. También podemos hablar del funcionamiento del barómetro de sus características técnicas, etc. Por ultimo podemos decir que las distintas presiones dinámicas calculadas dependen un 100% del valor de la velocidad. Si la velocidad aumenta, la presión dinámica aumenta y viceversa.

Se ha observado también que en túneles en donde el aire pasa de un diámetro mayor a uno menor, la velocidad del aire es máxima en un punto ubicado entre el centro y la periferia del túnel, y por otro lado la velocidad mínima se da en la periferia de este.

También se conocieron distintas unidades de presión y sus conversiones en los diferentes sistemas de unidades.

Entonces se puede decir con seguridad que los objetivos del laboratorio fueran cumplidos a cabalidad.

APENDICE

Teoría del Experimento

Presión:

Se define como la fuerza que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie por unidad de área.

Generalmente la presión se mide en atmósfera (atm); en el sistema internacional (S.I).

La presión se mide Newton por metro cuadrado, que al convertir a otra medida queda

1N/m^2= 1 Pascal (Pa).

Presión Atmosférica o aparente:

Se define como la fuerza por unidad de área que ejerce el peso de la atmósfera.

La presión atmosférica depende principalmente de 4 factores:

1.- Temperatura

2.- Latitud

3.- Altura

4.- Viento

Se calcula como: Presión atmosférica = Presión absoluta - Presión relativa

La presión atmosférica a 45º latitud, a 0º C y al nivel del mar, equivale a:

1 Atm. = 101.325 (Pa) = 760 mm Hg = 29,92 pulg. Hg = 10,3360 m.c.a. = 14,7 P.S.I.

Presión Relativa:

Es la diferencia entre la presión absoluta y la relativa.

Presión Relativa = P Absoluta - P Atmosférica

Presión Absoluta:

Es la suma de la presión atmosférica y la presión relativa

P. Absoluta = P. Atmosférica + P. Relativa

Presión Dinámica:

Se calcula como ( V/4005)^2 Pulg. C.A. V = pie/m

INSTRUMENTOS PARA MEDIR PRESION

Manómetros:

La mayoría de los medidores de presión, o manómetros, miden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica local. Para pequeñas diferencias de presión se emplea un manómetro que consiste en un tubo en forma de U con un extremo conectado al recipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmósfera. El tubo contiene un líquido, como agua, aceite o mercurio, y la diferencia entre los niveles del líquido en ambas ramas indica la diferencia entre la presión del recipiente y la presión atmosférica local. Para diferencias de presión mayores se utiliza el manómetro de Bourdon, llamado así en honor al inventor francés Eugène Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo hueco de sección ovalada curvado en forma de gancho. Los manómetros empleados para registrar fluctuaciones rápidas de presión suelen utilizar censores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea.

Como la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, hay que sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Una lectura negativa del manómetro corresponde a un vacío parcial.

Barómetro:

Instrumento para medir la presión atmosférica, es decir, la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la atmósfera. Como en cualquier fluido esta fuerza se transmite por igual en todas las direcciones. La forma más fácil de medir la presión atmosférica es observar la altura de una columna de líquido cuyo peso compense exactamente el peso de la atmósfera. Un barómetro de agua sería demasiado alto para resultar cómodo, ya que la columna de agua a la presión atmosférica se elevaría a 10.3426 metros de altura. El mercurio, sin embargo, es 13,6 veces más denso que el agua, y la columna de mercurio sostenida por la presión atmosférica normal tiene una altura de sólo 760 milímetros.

Un barómetro de mercurio ordinario está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. Cuando el tubo se llena de mercurio y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido, el nivel del tubo cae hasta una altura de unos 760 mm por encima del nivel del recipiente y deja un vacío casi perfecto en la parte superior del tubo. Las variaciones de la presión atmosférica hacen que el líquido del tubo suba o baje ligeramente; al nivel del mar no suele caer por debajo de los 737 mm ni subir más de 775 mm. Cuando el nivel de mercurio se lee con una escala graduada denominada nonius y se efectúan las correcciones oportunas según la altitud y la latitud (debido al cambio de la gravedad efectiva), la temperatura (debido a la dilatación o contracción del mercurio) y el diámetro del tubo (por los efectos de capilaridad), la lectura de un barómetro de mercurio puede tener una precisión de hasta 0,1 milímetros, pero en el caso de nuestra medición el barómetro tenía un error de 0.06 milímetros.

Un barómetro más cómodo (y casi tan preciso) es el llamado barómetro aneroide, en el que la presión atmosférica deforma la pared elástica de un cilindro en el que se ha hecho un vacío parcial, lo que a su vez mueve una aguja. A menudo se emplean como altímetros (instrumentos para medir la altitud) barómetros aneroides de características adecuadas, ya que la presión disminuye rápidamente al aumentar la altitud.

Barómetro de mercurio:

Un barómetro de mercurio es un sistema preciso y relativamente sencillo para medir los cambios de la presión atmosférica. Al nivel del mar, y en condiciones atmosféricas normales, el peso de la atmósfera hace subir al mercurio 760 mm por un tubo de vidrio calibrado. A mayor altitud, el mercurio sube menos porque la columna de aire situada sobre el barómetro es menor.

Anemómetro:

Instrumento para medir la velocidad del viento. Presenta distintos diseños pero, en general, todos constan de varias semiesferas que giran más rápido cuanto mayor es la velocidad del viento.

Error porcentual:

E (%)=E relativo*100%

E relativo= x-x* /x x: valor exacto

x*: valor aproximado

Corrección de lectura para barómetro de mercurio

Ci=Ht*(alfa*(T-T20)-B*(T-To))

Ho=Ht*(1-(B-alfa)*T)

G=Gn*(1-0,0026*cos(2*latitud)-0,0000002*h)

Co=Ht*(B-alfa)*T

Cg=Ho*((G/Gn)-1)

Hn=Ht+Co+Cg+Ci

Ci: Corrección necesaria para adaptar las indicaciones del aparato a la latitud 45º y

al nivel del mar.

Cg: corrección necesaria para adaptar las lecturas de aparato a la aceleración

normal de la gravedad, es decir, al valor de dicha aceleración en la latitud geográfica de 45º y al nivel del mar.

Co: corrección necesaria para adaptar las lecturas del aparato a la

temperatura de 0º Celsius.

G: valor de la aceleración local de la gravedad.

Ho: indicaciones del barómetro correspondientes a 0º Celsius, en mm Hg

Hn: valor real de la presión barométrica, adaptado a la temperatura de 0º Celsius y a la aceleración normal de la gravedad.

Ht: indicaciones del barómetro a una temperatura T.

Gn: aceleración normal de la gravedad equivalente a 9,80665 m/s^2.

B: coeficiente de dilatación del mercurio (0,00018*1/K).

Alfa: coeficiente de dilatación del latón (de la escala del barómetro)

(0,000019*1/K).

T: temperatura medida en el termómetro del barómetro.

Desarrollo de los cálculos

Experiencia con calibrador de manómetros

Datos Obtenidos en laboratorio

Patrón (P.S.I)	Instr. a instalar (ascendente) P.S.I.	Instr. a instalar (descendente) P.S.I.
0	2	9
50	53	55
100	104	109
150	156	158
200	206	206
250	257	257
300	306	310
350	360	359
400	407	410
450	459	458
500	510	507
550	559	559
600

Desarrollo del calculo de los errores

Nº de muestra	Ascendente	Descendente
1
2	(50-53/50)*100%	(50-55/50)*100%
3	(100-104/100)*100%	(100-109/100)*100%
4	(150-156/150)*100%	(150-158/150)*100%
5	(200-206/200)*100%	(200-206/200)*100%
6	(250-257/250)*100%	(250-257/250)*100%
7	(300-306/300)*100%	(300-310/300)*100%
8	(350-360/350)*100%	(350-359/350)*100%
9	(400-407/400)*100%	(400-410/400)*100%
10	(450-459/450)*100%	(450-458/450)*100%
11	(500-510/500)*100%	(500-507/500)*100%
12	(550-559/550)*100%	(550-559/550)*100%

Nota: Cabe recordar que él calculo de error relativo se maneja con su valor absoluto.

La primera muestra no se ha considerado ya que su calculo de error relativo sé indetermina.

E (%) ascendente=2,54%

E (%) descendente=3,95%

Experiencia con barómetro

P.atm = 720,5 mm Hg

Temp.. = 21º C =294º K

Altura de Stgo. = 520 mts.

Latitud = 33º sur

Ci= 720,5*(0,000019*1/K *(294ºK-293ºK))- 0,00018*1/K *294ºK

Ci= 720,5*(0,000019-0,05292)

Ci= -38,11 mm Hg

Ho= 720,5*(1-(0,00018-0,000019)*294ºK)

Ho= 686,39 mm Hg

G= 9,80665*(1-0,0026*cos(66º)-0,0000002*520)

G= 9,7952 m/s^2

Cg= 686,39*((9,7952/9,80665)-1)

Cg= -0,8014 mm Hg

Co= 720,5*(0,00018-0,000019)*294º

Co= 34,104 mmHg

Por ultimo la presión atmosférica corregida se calcularía como:

Hn= Ht+Co+Cg+Ci

Experiencia con Anemómetro

V3 v2

V1: Al centro del túnel

V2: Se midió entre V1 y V3

V3: Se midió en la periferia del túnel

Para N1= 1700 rpm

V1= 11,5 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V1= 2263,2 pie/m

Pdin.1= (V/4005) pulg. c.a

V2= 15,5 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V2=3050,4 pie/m

Pdin.2= (V/4005) pulg.c.a

V3= 8 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V3= 1574,4 pie/m

Pdin.3= (V/4005) pulg.c.a

Para N2= 1900rpm

V1= 13 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V1= 2558,4 pie/m

Pdin.1= (V/4005) pulg.c.a

V2= 18 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V2= 3542,4 pie/m

Pdin.2= (V/4005) pulg.c.a

V3= 10,5 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V3= 2066,4 pie/m

Para N3= 2100rpm

V1= 14,5 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V1= 2853,6 pie/m

Pdin.1= (V/4005) pulg.c.a

V2= 18 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V2= 3542,4 pie/m

Pdin.2= (V/4005) pulg.c.a

V3= 12,1 mt/s *3,28 pie/mt *60 s/m

V3= 2381,28 pie/m

Pdin.3= (V/4005) pulg.c.a

Bibliografia utilizada

• Enciclopedia Encarta 2000

• Manual del ingeniero mecánico. Kast

• Apuntes cuaderno de cátedra

PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS

Experiencia con calibrador de manómetros

La estimación de error del instrumento a instalar en comparación a su patrón es de:

E(%)= 3,245 % (promedio entre el error ascendente y el descendente)

Experiencia con barómetro

La altura de la ciudad de Santiago es de 520 mts.

Su latitud es de 33º sur.

Presión atmosférica medida fue de 720,5 mmHg.

Temperatura medida 21º C.

Luego de desarrollado los cálculos para la corrección de la presión, se obtuvo el siguiente resultado: Hn= 715,69 mm Hg.

Con respecto a su aceleración fue de G= 9,7952 m/s^2

Experiencia con Anemómetro

Para N1= 1700rpm

V1 Pdin.1= 0,3193 pulg.c.a

V2 Pdin.2= 0,5801 pulg.c.a

V3 Pdin.3= 0,1545 pulg.c.a

Para N2= 1900rpm

V1 Pdin.1= 0,4080 pulg.c.a

V2 Pdin.2= 0,7823 pulg.c.a

V3 Pdin.3= 0,2662 pulg.c.a

Para N3= 2100rpm

V1 Pdin.1= 0,5076 pulg.c.a

V2 Pdin.2= 0,7823 pulg.c.a

V3 Pdin.3= 0,3535 pulg.c.a

INDICE DE LA MATERIA

Resumen del contenido de la materia

Objeto de la experiencia

Características técnicas de los equipos e instrumentos empleados

• Calibrador de Manómetros

• Anemómetro

• Barómetro

• Descripción del método seguido

• Presentación de resultados

• Experiencia con calibrador de manómetros

• Experiencia con el Barómetro

• Experiencia con el anemómetro

• Conclusiones

• Apéndice

• Teoría del experimento

• Desarrollo de los cálculos y tablas obtenidas y calculadas

• Bibliografía empleada

17

1

2

3

4