MEDICION DE LA PRESION

MEDICIONES EN EL SISTEMA NEUMATICO DEL LABORATORIO DE NEUMATICA 1 INTRODUCCION

1.1 ANTECEDENTES Partiendo del principio de que los primeros pasos en la disciplina del laboratorio tienen que tener una clara percepcin de la instrumentacin, la adquisicin y el uso de datos basados en a medicin, es que se encara este laboratorio. Esto permitir a los estudiantes repasar y reforzar sus tcnicas y conceptos de la medicin direccionados especialmente a las dimensiones termodinmicas vinculadas con el sistema neumtico del laboratorio compresor, red, vlvulas de regulacin y manmetros.

En esta practica se encarar principalmente la medicin de la presin a travs del uso de manmetros de Bourdon, adems como es un laboratorio de repaso de las tcnicas de medicin adquiridas precedentemente por los estudiantes, se harn mediciones de otras dimensiones del sistema neumtico, para as conformar un trabajo de reforzamiento conceptual en los conceptos fundamentales de la termodinmica.

1.2 OBJETIVOS.-

Conocer los instrumentos para medir presin ms comnmente empleados en la industria.

Medicin de la presin a travs de un manmetro de Bourdon.

Reforzar la disciplina de la adquisicin de datos, medicin y uso de datos basados en la medicin: error, incertidumbre y propagacin de la incertidumbre. Viabilizar a travs de mediciones sobre le sistema neumtico del laboratorio una presentacin objetiva de los fundamentos introductorias de la termodinmica.

Consolidar en el uso y cumplimiento de normas bsicas de elaboracin y presentacin de un informe de laboratorio , la naturaleza disciplinaria de esta actividad

1.3 FUNDAMENTO TEORICO.-

El sistema neumtico del Laboratorio es una materializacin especifica de los conceptos fundamentales de la termodinmica como la ciencia que estudia las transformaciones de la energa:

Energa Elctrica => Energa Mecnica+Perdidas de calor

Energa Mecnica => Energa Neumtica+ Perdidas de Calor.

El estudio de la termodinmica implica el conocimiento de las propiedades de la masa, materia o sustancia y la presin es una propiedad termodinmica muy caracterstica.

1.3.1 PRESIN

La presin en trminos netamente macroscpicos, es igual a la fuerza por unidad de superficie que ejerce un lquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.

p=F/A (N/m2) (1.1)

La presin suele medirse en atmsferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presin se expresa en newtons por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmsfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm en un barmetro convencional.

En trminos microscpicos es consecuencia del choque de las molculas del fluido en las paredes de un sistema:

(1.2)

De donde:

P = Presin (N/m2)

= Densidad (kg/m3)

(= Velocidad media cuadrtica de las molculas (m/s)

La presin real en cualquier punto de un sistema, se llama presin absoluta. Sin embargo utilizamos manmetros para medirla, los cuales miden solo la presin manomtrica, teniendo luego que sumarle la presin atmosfrica, para lograr la presin absoluta requerida.1.3.2 PRESIN ABSOLUTAEs la presin de un fluido medido con referencia al vaco perfecto o cero absoluto. La presin absoluta es cero nicamente cuando no existe choque entre las molculas lo que indica que la proporcin de molculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequea. Ester termino se creo debido a que la presin atmosfrica varia con la altitud y muchas veces los diseos se hacen en otros pases a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un termino absoluto unifica criterios.1.3.3 PRESIN ATMOSFRICA.-

El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presin (atmosfrica), la presin ejercida por la atmsfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barmetro (presin baromtrica). Al nivel del mar o a las alturas prximas a este, el valor de la presin es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud.1.3.4 PRESIN MANOMTRICA

Son normalmente las presiones superiores a la atmosfrica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presin que es desconocida y la presin atmosfrica que existe, si el valor absoluto de la presin es constante y la presin atmosfrica aumenta, la presin manomtrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequea mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presin puede abstenerse adicionando el valor real de la presin atmosfrica a la lectura del manmetro. La presin puede obtenerse adicionando el valor real de la presin atmosfrica a la lectura del manmetro.

Presin Absoluta = Presin Manomtrica + Presin Atmosfrica.

1.3.5, VELOCIDAD MEDIA CUADRTICA.

Aplicando el principio de conservacin de cantidad de movimiento lineal en una molcula A y en la direccin del eje Y, se tiene que:

(1.3)

Como la colisin es elstica, las dos velocidades del segundo miembro de la ecuacin son iguales, entonces se tiene que la cantidad de movimiento para cada molcula es:

[Kg*m/s] (1.4)

El tiempo que tarda una molcula en llegar a la pared opuesta y rebotar con dicha pared es:

[s] (1.5)

Dividiendo la variacin de cantidad de movimiento entre el tiempo, se tiene que la fuerza de impacto producida por las molculas es:

[N] (1.6)

Aplicando la definicin de presin se tiene:

(1.7)

Para las velocidades se tiene que:

(1.8)

Como los movimientos de las molculas son completamente al azar, se puede decir que:

(1.9)

Combinando las ecuaciones (1.6) y (1.7), obtenemos que:

(1.10)

De donde finalmente se tiene que:

(1.11)

Donde: N es el nmero de molculas, es la densidad del gas, y v se conoce como velocidad media cuadrtica de las molculas.

1.4. MANMETRO DE BOURDON.- Se trata de un tipo de manmetro aneroide conocido como instrumento de un solo tubo. El fluido entra al aparato por la conexin roscada. A medida que aumenta la presin, el tubo de la seccin elptica, tiende a enderezarse, y el extremo que est ms prximo al sistema articulado se mueve hacia la derecha. Este dispositivo produce la rotacin del sector de engrane, el cual mueve un pin unido a la aguja indicadora. Todo el mecanismo est, desde luego, encerrado en una caja, y un disco graduado sobre el cual se lee la presin, se halla colocado bajo el ndice de la aguja.

FIG.1.1 Estructura del manmetro de bourdon

Tubo Bourdon en forma de CTubo Bourdon helicoidal

Tipo diafragma:Tipo Cpsula:

Horizontal Vertical

1.5COMPRESORES.-Compresor de aire, tambin llamado bomba de aire, mquina que disminuye el volumen de una determinada cantidad de aire y aumenta su presin por procedimientos mecnicos. El aire comprimido posee una gran energa potencial, ya que si eliminamos la presin exterior, se expandira rpidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas mquinas y herramientas, como martillos neumticos, taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura.1.5.1 CLASIFICACION

1 .5.1.1COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO

Estos a su vez se clasifican en:1.5.1.1.1 Compresores alternativos

Compresores de pistn

Estos son los tipos de compresores de desplazamiento positivo, ms antiguos y conocidos. Los de simple efecto, son normalmente de tipo truncado, mientras que los de doble efecto utilizan un efecto de cruceta. L a figura muestra disposiciones de cilindros mas frecuentes. Los compresores alternativos, existen en las versiones lubricadas y sin lubricar. Estos ltimos incorporan segmentos y faldas o bandas de desgaste, de polietra-flor-etileno (PTFE).

Los compresores del tipo entroncado, no lubricados, tienen un carter seco, con rodamientos lubricados permanentemente. Los del tipo cruceta tienen una biela mas larga. De forma que la parte engrasada no penetre en el espacio de compresin. Lo compresores alternativos, normalmente tienen vlvulas auto accionadas, Existen sin embargo diseos de vlvulas de aspiracin, controladas por levas y vlvulas rotativas de corredera pero que unas y otras no son muy frecuentes.

Una vlvula auto accionada, abre y cierra, merced a una diferencia de presin. El funcionamiento de la vlvula es asistido por pequeos muelles, que ayudan a acelerar el movimiento de cierre. Un conjunto de vlvula consta de un asiento, discos, muelles, y guardavalvulas.

Cuando estos estn adheridos al guardavlvula, la posicin es abierta, y cuando est adherida al asiento la posicin es cerrada .Al objeto de reducir los efectos de los impactos, sobre el asiento de vlvulas, es bastante frecuente incluir un doble juego de discos. Los ms prximos al asiento son los llamados discos de vlvula y los otros son discos amortiguadores.

Los discos de vlvula concntrico y flotante tienen las ventajas de ofrecer baja resistencia al flujo de aire, y puede drselas un tratamiento trmico para mejorar su vida de servicio.

En la figura aparece una vlvula con discos flotantes.

Compresores de pistn tipo laberinto:

Estos son unos tipos de compresores alternativos, de desplazamiento positivo, exentos de aceite, y sin segmentos en el pistn, y sin segmentos en el pistn fig . El sellado entre pistn y pared del cilindro se logra mediante una serie de laberintos. Las superficies anteriores de los cilindros estn estriadas, y las de los pistones llevan unas roscas mecanizadas de afiladas crestas fig . Las empaquetaduras de las bielas son tambin del tipo laberinto. Las fugas internas son mayores que las que se dan en los diseos que utilizan segmentos, pero en contra partida , no se producen perdidas por rozamiento, ni en estos si en las empaquetaduras. El aire suministrado, esta extremadamente exento de contaminacin

Compresores de diafragma.

Estos son compresores alternativos de desplazamiento positivo, exentos de aceite, que utilizan una membrana flexible o diafragma, en lugar de pistn. El diafragma puede activarse mecnica o hidrulicamente. La fig muestra el accionamiento mecnico, donde una excntrica enchavetada al eje de accionamiento del compresor, y por medio de una biela, da movimiento alternativo al diafragma, sujetado entre dos arandelas soporte.

En la figura se muestra el accionamiento hidrulico, donde el diafragma se mueve merced a la accin de una presin hidrulica alternativa, que acta en su parte inferior. La presin hidrulica esta generada por una bomba de pistn, el cual es impulsado por una biela desde al cruceta.

Los componentes de diafragma accionados mecnicamente, se fabrican nicamente para pequeas capacidades y presiones moderadas, adems de cmo bombas de vaco. Las unidades por accionamiento hidrulico son mas apropiadas para la produccin de altas presiones.

1.5.1.1.2 Compresores rotativos

Compresores de tornillo

Este tipo de compresores son de desplazamiento positivo, con una determinada relacin de compresin.

La fig evidencia paso a paso, el principio de funcionamiento.

Estos compresores pueden funcionar a velocidades elevadas debido al hecho de que no existan ni vlvulas de aspiracin/impulsin ni fuerzas mecnicas que pueden generar desequilibrio y todo ello hace posible, el que sus dimensiones exteriores sean muy pequeas en relacin a su capacidad.

Los compresores de tornillo del tipo seco, incorporan engranajes de distribucin, para sincronizar la distribucin, para sincronizar la reilacin de rotacin de los rotores macho y hembra. Por otra parte, Los rotores macho y hembra no se tocan, ni entre si, ni con la carcasa, y en consecuencia no se precisa lubricar el espacio de compresin (nter lobular), luego el aire que suministran es exento de aceite FIG

Compresores de paletas

Son maquinas de desplazamiento positivo, de un solo eje, y relacin de compresin determinada.

La fig , indica el principio de funcionamiento.

Un rotor, con paletas radiales flotantes se monta, excntricamente, dentro de una carcasa cilndrica o estator. Cuando se gira el rotor las paletas se desplazan contra las paredes del estator, merced a la fuerza centrifuga. El aire aspirado por el compreso, va entrando a los espacios existentes entre cada dos aletas, zona de mayor excentricidad, en donde tales espacios son mayores. Al girar el rotor, el volumen entre aletas va disminuyendo y el aire se comprime, hasta llegar a la lumbrera de descarga.

Este principio de trabajo se utiliza ampliamente en los motores neumticos.

Los compresores de paletas, son generalmente del tipo de bao de aceite ( fig . Sin embargo tambin los hay exentos de aceite, y en este caso las paletas son de bronce o de carbn grafitado.

Compresores de anillo lquido.

Estos tipos de compresores son tambin de desplazamiento positivo, exentos de aceite y con una relacin de compresin determinada

Constan de un rotor, en el que se montan una serie de alabes fijos, y una carcasa o cilindro, de tal forma que la cmara entre alabes y cilindro varia cclicamente por cada revolucin del rotor.

El cilindro esta parcialmente lleno de lquido.

Durante su funcionamiento, el liquido sale proyectado contra el cilindro, merced a la accin ejercida contra los alabes. La fuerza centrifuga, hace que el cilindro forme un anillo solid sobre el cilindro, cuya pared interior varia en su distancia desde el rotor, en la misma medida en que lo hace la pared del cilindro. De esta manera, el volumen entre los alabes, varia cclicamente, de forma similar a como ocurrira en el compresor de paletas.

Para evitar el empuje radial, el compresor de anillo lquido se disea frecuentemente, con dos espacios de compresin simtricos y opuestos.

La refrigeracin en estos compresores es directa, supuesto que a partir del contacto directo entre gas y lquido, la temperatura de descarga se puede mantener muy prxima a la aspiracin del lquido. Sin embargo, el gas de descarga esta saturado a la temperatura de descarga del liquido de compresin.

Estas maquinas se utiliza es aquellos procesos que requieren una escasa elevacin de temperaturas durante el ciclo de compresin, aproximndose por tanto al proceso de compresin isotrmica.

Como lquido se utiliza generalmente agua, aun cuando puede utilizarse otros lquidos para resultados concretos, durante el procesote compresin, tales como absorcin de un constituyente del gas por el lquido, o como medio de proteccin del compresor contra ataques corrosivos de gases o vapores activos. Aun cuando la compresin se considere en principio como isotrmica, existen sin embargo ciertas perdidas, debido al rozamiento del liquido contra las paredes del cilindro y batidos de los alabes. El resultado ello es un consumo especifico de energa mucho mayor, que el de los compresores alternativos, para un mismo trabajo.

Soplantes rotativos de dos impulsores.

Estos compresores, llamados frecuentemente soplantes Roots, son de un tipo de maquinas de desplazamiento, en las que no hay ni vlvulas ni compresin interna.

Constan de dos rotores, con dos lbulos idnticos y simtricos, que giran en direcciones opuestas dentro de una carcasa cilndrica. Para la sincronizacin de dichos rotores, incorporan un juego de engranajes; la cmara de compresin no va lubricada y normalmente van refrigerados por aire.

La compresin se produce por contra flujo de la descarga, cada vez que un rotor deja abierta la lumbrera de descarga.

1. 5.1.2 COMPRESORES DINAMICOS

Compresores centrfugos.

La fig muestra un compresor centrfugo, caracterizado por un flujo radial.

El gas pasa por el centro de una rueda giratoria con alabes radiales, llamados impulsores, los cuales lanzan el gas hacia la periferia merced ala fuerza centrifuga; y antes de pasar al centro del prximo impulsor, pasa por un difusor, en donde la cintica se transforma en presin. La relacin de presin interetapas redetermina en funcin del cambio de velocidad y densidad del gas.

Las velocidades de funcionamiento son bastante altas en comparacin con otros compresores. La gama comprendida entre 50 000- 100 00 r.p.m. es bastante frecuente en industrias aeronuticas y espaciales donde el peso es un factor dominante.

Los compresores centrfugos, con velocidades prximas a las 20 000 r.p.m., suele ser la gama comercial mas comn, aun cuando ya se estn fabricando con velocidades un tanto superiores.

Debido a las elevadas velocidades con que se construyen los compresores dinmicos de tamao medio, se utilizan cojinetes amortiguados inclinados o abiertos, en lugar de los rodillos, que son los que incorporan los compresores de desplazamiento.

Los compresores centrfugos multi-etapas, llevan algunos impulsores invertidos, para contrarrestar el empuje axial originado por las diferencias de presin.

El caudal mnimo de un compresor centrifugo, esta limitado principalmente, por el flujo de la ltima etapa.

En la prctica, y para los compresores con carcasa seccionada horizontalmente, puede tomarse como limite el de 160 1/seg.

Cada tipo de compresor centrifugo, debe disponer de algunos medios que, limitan o eliminan las fugas de gas procedentes de la carcasa, y pueden producirse a lo largo del eje. Para ello se utilizan generalmente las unidades de sellado, de las que existen varios diseos, algunos bastante sofisticados cuando se destinan a las maquinas de elevada velocidad y alta presin.

Los cuatro tipo de principales que se utilizan para el sellado del eje son:

- Tipo laberinto

-Tipo anillo restrictivo (anillo de carbn). Estos normalmente son secos, aun cuando algunas veces se incorporan lquidos de sellado.

-Mecnicos o de contacto.

-Tipo pelcula liquida.

Los de tipo laberinto son los ms sencillos, y los que mas se utilizan en compresoras de aire y en algunas aplicaciones de gas. La accin de sellado es el resultado de la resistencia que se opone al flujo de gas, por estrangulacin sucesiva, a travs del numero de dientes, dimetro de la empaquetadura, tolerancia, presin y temperatura del gas que se pretende obturar. Siempre hay fugas y por ello deben tomarse las oportunas precauciones como para que las mismas no creen peligro.

Tales unidades de sellado, pueden utilizarse para la obturacin de gases contaminados de polvo.

En ellas, una de las dos partes adyacentes es relativamente blanda, lo que procura un mayor contacto sin averas.

Las unidades de tipo de anillo restrictivo, incorporan anillos planos, y solo se utilizan para gases relativamente limpios.

Supuesto que los anillos se ajustan al eje, individualmente, mejor que lo hacen de tipo laberinto, las fugas se controlan ms fcilmente.

El carbn es el material es el que van construidos, ya que no produce desgastes indebidos en el eje.

Las unidades del tipo mecnico se desarrollaron inicialmente para los compresores de refrigeracin, buscando eliminar las fugas de refrigerante, elemento este bastante costoso. Una caracterstica un tanto especial de tales obturadores, es su gran eficacia; eficacia que permanece aun cuando el compresor esta parado.

Las ultimas unidades es decir, las del tipo de pelcula liquida, se introdujeron con los compresores elevadores de presin (booster).

Las unidades del tipo mecnico y pelcula liquida, se alimentan normalmente, desde un sistema independiente de aceite para sellado.

Las fugas interetapas tienen lugar, all donde ele eje atraviesa los diafragma, y tambin alrededor del centro e la rueda giratoria u ojo del impulsor.

Los anillos del tipo laberinto construidos en una aleacin de aluminio especial, van montados en los diafragmas y precisamente en estos puntos de posibles fugas.

Este material ha de procurar el que las piezas giratorias no resulten daadas, ya que de lo contrario, la estanqueidad resultara ineficaz.

Compresores axiales.

Se caracterizan, y de aqu su nombre, por tener un flujo axial en la direccin del eje. El gas pasa axialmente a lo largo del compresor, a travs de las hileras alternadas de paletas, estacionarias y rotativas, que comunican cierta velocidad al gas o energa que despus se transforma en presin.

La capacidad mnima en este tipo de compresores, viene a ser del orden de los 15 metros cbicos por segundo.

Utilizan un tambor de equilibrio para contrarrestar la reaccin o empuje axial. Debido a su pequeo dimetro y para un mismo tipo de trabajo funcionan a velocidades mas elevadas que los compresores centrfugos.

Estas velocidades son superiores en un 25% aprox.

Se destinan a aquellas aplicaciones, en que es preciso disponer de un caudal constante a presiones moderadas.

Salvo en los compresores utilizados en motores de aviacin. La relacin mxima de compresin para cada envoltura se limita a seis.

Los compresores axiales son mas adecuados para aquellas plantas que precisen grandes y constantes caudales de aire.

Compresores elevadores de presin (Booster)

Son un tipo de compresores, que aspiran aire o gas, ya comprimido, suministrndolo despus a presin mas elevada.

Son numerosas las aplicaciones de estos compresores, especialmente en campos relacionados con el petrleo, gas y en ciertos tipos de minas. Es muy frecuente, el instalarlos en redes de aire comprimido de gran longitud, como compensadores de las cadas de presin.

La compresin la realizan en una o dos etapas. El peso del caudal del gas y consecuentemente, la potencia absorbida, aumenta a medida que se incremente la presin de aspiracin, hasta en cierto valor. Por encima de este punto, predomina la relacin de presin decreciente.

La curva de consumo de potencia de un compresor elevador, trazada en funcin de la presin de aspiracin, tiene generalmente la misma forma que la curva de una bomba de vaco.

Intensificadores de presin.

Estos transforman la potencia de un fluido a baja presin a otra mas elevada. Se utilizan frecuentemente, cuando se necesitan pequeas cantidades de gas pero a presiones muy elevadas. Por ejemplo, en los laboratorios para prueba de vlvula, tuberas, mangueras y para cargar acumuladores hidrulicos.

Con ello puede intensificarse una presin normal de trabajo a 7 bar, hasta una presin de 200 bar. Con algunos modelos multi-etapas, pueden alcanzarse presiones de hasta 1 700 bar.

La fig muestra un intensificador de presin de carrera simple ( un impacto).

Cuando el intensificador retrocede, el fluido a baja presin, es conducido a la cmara de compresin, de donde pasara a la lnea de salida, cuando el embolo se extienda. Existen tambin intensificadores de ciclo automtico, que paran cuando se alcanza una determinada presin, y que inician el ciclo, cuando la presin cae por debajo de la fijada en el regulador.

El aire de escape, expandida, en la zona transmisor, se utiliza para refrigerar el cuerpo del cilindro.

Todos los gases inertes, pueden manipular y transmitirse totalmente exentos de aceite.

Cuando se maneja aire comprimido a presiones muy elevadas, debera ir tambien exento de aceite, con lo que se eliminara el riesgo de auto ignicin.2. METODOLOGA2.1 EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOSLos equipos y materiales que se usaron en el laboratorio son:

Compresor

Red neumtica

Regulador de presin

Mangueras de presin

Conector Cnico

Manmetro Vacumetro

Las fichas tcnicas de los manmetros son:

1.-

Instrumento MANMETRO DE BOURDON (PATRN)Marca SINCEL

Industria CHECOSLOVAKA

Color CARCASA DORADA

Unidades BAR

Escala mnima 0

Escala mxima 2.5

Sensibilidad 0.1 Bar

Incertidumbre 0.25

2.-

Instrumento MANMETRO DE BOURDON (REGULADOR)

Marca ASHCROFT

Industria USAColor CARCASA PLATEADA

Unidades PSI

Escala mnima 0

Escala mxima 100

Sensibilidad 2

Incertidumbre 1

3.-

Instrumento COMPRESOR

Marca MULLER

Modelo HP-4

Descripcin ALTERNATIVO, 2 MANOMETROS, UN MOTOR ELECTRICO Y

UN TANQUE

Industria ALEMANA

Color ROJO4.-

Instrumento MOTOR ELCTRICO

Marca ELVEMIndustria

Modelo T540/8Tipo 5AZ-100 LA-283Color AZUL

Potencia 3 [KW] 4 [HP]Frecuencia 50 [Hz]

Amperaje 11.1 8.4Factor de Potencia COS = 0.862.2 MONTAJE DEL EQUIPO.-

FIGURA 2.1. Montaje del Experimento

2.3 DESCRIPCIN DEL EXPERIMENTO.-

La actividad experimental se realiz en el Laboratorio de Mquinas Hidrulicas y Neumticas, utilizando la red neumtica instalada en este laboratorio. Dentro de las condiciones ambientales, la temperatura del ambiente era de 17 C.

Para la realizacin de la actividad experimental, se siguieron los siguientes pasos:

Inicialmente se realiz una descripcin del funcionamiento del compresor y sus formas en que transforma la energa elctrica a mecnica y finalmente a energa neumtica (presin).

Viendo las caractersticas de cada uno de los manmetros, se elabor la ficha tcnica de cada uno de ellos de acuerdo a sus diferentes especificaciones y tambien se elaboro las ficha tecnica del compresor que fue utilizado. Se realiz la lectura de la medida de la presin a la salida del compresor.

Se abri la vlvula del compresor para presurizar la red Se comprob que la presin esttica a la salida del regulador no sobrepase los 9 psi o inferior a 1 psi, se abri la vlvula de paso y obstruyndose la salida de la manguera. Se coloc la manguera de presin de 8 mm a la salida del regulador de presin de la red neumtica, y en su otro extremo se coloc el conector cnico, de manera que pueda colocarse en la conexin correspondiente del manmetro de Bourdon.

Se hizo una primera lectura de presin a la salida del regulador, para ver el manmetro que se iba a utilizar en las mediciones (de acuerdo a su valor mximo), la cual era de 10 psi.

Se realizaron las diferentes mediciones operando de la siguiente forma: Inicialmente se hizo variar la presin por medio de la perilla reguladora del regulador de presin de la red neumtica, mediante el conector cnico se coloc la manguera en el manmetro, y se realizaron las lecturas tanto en el manmetro regulador de presin como en el manmetro de Bourdon.

Para realizar una siguiente lectura, primero se sac la manguera del manmetro, y se hizo variar la presin mediante el regulador de presin, cerrando con el dedo la manguera, y despus volvindola a insertar en el manmetro de Bourdon. De esta manera, se realizaron las cuatro mediciones de presin. Finalmente se realizo la medicin con el calibrador del dimetro de los ductos de admisin del compresor.3. OBTENCIN Y REGISTRO DE DATOS.-

Fecha: 04 de marzo de 2008

Horas: 17:00

Condiciones ambientales: Temperatura ambiente de 17 C NPatrnRegulador

PsipKPapPsip

1 4.5 0.25 30.00 2.506 1.00

2 5.5 0.2540.00 2.50 7 1.00

3 7.0 0.2550.00 2.50 8 1.00

4 8.5 0.2560.00 2.50 10 1.00

TABLA 2.1. Registro de datos obtenidos en laboratorio

4. CLCULOS

En el cuadro donde se presentan las diferentes lecturas de presin, se utiliz la tcnica de redondeo a dos decimales, y se coloc la incertidumbre de acuerdo a la incertidumbre de escala del aparato de medicin.

4.1. VELOCIDAD MEDIA CUADRATICA.

Calcular la velocidad media cuadrtica de las molculas de aire para cada una de las presiones ledas en el manmetro patrn.

La densidad varia respecto de la presin (absoluta), y se calcula mediante la siguiente ecuacin:

(4.1)

La incertidumbre de la densidad, se calcular a partir de la relacin:

(4.1.1)

De donde: p = p1, p2, p3, p4 (presiones absolutas); = ; R es la constante del aire; T es la temperatura (absoluta).

De la ecuacin (1.2) despejamos la variable

(4.2)

Y la incertidumbre de v, se calcula a partir de:

(4.2.1)

Por la ecuacin (4.1): calculamos:

Ahora podemos calcular la velocidad media cuadrtica: entonces de la ecuacin (4.2).

NPresin abs. [Pa] pDensidad [kg/m^3] v v

19500025001.141 0.030499.780 9.295

210500025001.261 0.030499.8018.411

311500025001.381 0.030499.8197.680

412500025001.501 0.030499.8337.066

TABLA 4.1. Resultado de los clculos realizados

4.2 VELOCIDAD DE ENTRADA DEL AIRE AL COMPRESOR.

La velocidad de entrada de aire al compresor, se debe calcular a travs de dos expresiones para el caudal de fluido

Q = (Pot. Motor/ variacin de presiones)

(4.3)

Q = rea* Velocidad

(4.4)

De donde el rea se calcula teniendo el dimetro de los conductos de admisin de aire del compresor (dimetro = 9.8cm, dos conductos).

Entonces el rea ser: 2* r^2 = 0.000150 [m^2]

La potencia del motor es de 3 [KW]= 3000[Nm/s]; =900000 [Pa].

Q=3000/900000=0.00033 [m^3/s]

Despejando la velocidad v de la ecuacin (4.4)

V= Q/A = 0.0003/0.000150=> v= 22.22 0.065[m/s]

5. CUESTIONARIO.

- En funcin de los datos obtenidos para la velocidad media cuadrtica de cada una de las lecturas de presin obtenidas, que afirmacin terica fundamental de la termodinmica se ratifica?

R. Haciendo un anlisis de los datos calculados para la velocidad media cuadrtica (vase TABLA 4.1), es evidente que la variacin es mnima, para anlisis despreciable, por lo cual diremos que es constante para todos los casos.

Sabiendo que la temperatura en su concepcin microscpica es consecuencia del movimiento de las molculas, y por lo tanto de su energa cintica. Al mantenerse una conservacin de energa en todo el sistema (energa constante, sistema sin prdidas) es claro que la temperatura no variara, adems asumiendo que la temperatura externa al sistema tampoco varia, entonces mediante ecuaciones:

(4.2)

(4.1)

si T= Ctte. Entonces (1/RT)=c => de la ecuacin (4.1)

= c * p ()

Reemplazando () en (4.2) tenemos que:

k= ctte.

Por lo tanto la velocidad media cuadrtica no depende de la presin, si no ms bien de la temperatura, y por ende de la energa cintica de las molculas, de donde podemos decir que se ratifica la 1 ley de la termodinmica (conservacin de la energa).

6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES.

Se obtuvo un resultado prcticamente constante para la velocidad media cuadrtica, mas un error promedio, aproximadamente ser:

El cual ya se explico anteriormente. Para la velocidad de admisin de aire se obtuvo un resultado de:

v= 22.22 0.065[m/s]

Con lo cual concluimos que, la velocidad media cuadrtica no depende de la presin si no de la energa cintica de las molculas del fluido de trabajo, y por lo tanto no varia segn el aumento o disminucin de la presin.

Se observa tambin que la velocidad de entrada del aire al compresor es aceptablemente baja, dado que el caudal de aire se extrae del ambiente donde la presin es baja (0.65 bar, en Oruro).

Y para finalizar podemos mencionar que los manmetros son de gran uso y utilidad para las ramas de la ingeniera y sus necesidades.7. BIBLIOGRAFIA.

1.- Faires Moring Virgil, Termodinmica, Editorial Hispano Americana, 1990.

2.- Villca Tudela Juan Andrs, Expresin de la Incertidumbre, Editorial.

Laboratorio Trmicas, Ing. Mecnica Electromecnica, FNI, Oruro 20073.- Atlas Copco Ind., Manual sobre el aire comprimido y su aplicacin en la industria, Editorial Atlas Copco Ind., Mxico, 19854.- Laboratorio de maquinas trmicas, normas de presentacin de informe, www.geocities.com/edgarspe/

RESUMEN

En la presente actividad experimental se utilizaron los manmetros de bourdon, para los cuales se elaboro una ficha tcnica, adems se elaboro tambin la ficha tcnica del compresor utilizado para presurizar la red neumtica del laboratorio. Se tomaron varias lecturas de presiones diferentes, mediante las cuales se logro calcular las velocidades medias cuadrticas respectivas para cada presin, sin embargo se evidencio que sin importar la variacin de presin la velocidad media cuadrtica permaneci constante en , esto debido a que la temperatura (y la energa cinetica) permaneci constante, dado que en el sistema se asumi que no existan perdidas ni intromisin de factores externos.

En otro acpite del presente informe, se evalu tambin el caudal de entrada de aire al compresor Q=0.00033 [m^3/s], esto con la finalidad de calcular la velocidad de admisin de aire en los conductos del compresor, la cual al finalmente tuvo un valor de v= 22.22 0.065[m/s]De esta manera se dio cumplimiento con todos los objetivos propuestos al comienzo de la experiencia realizada en el laboratorio, dejando constancia de ello en el presente informe.

INDICE

PAG.

1. INTRODUCCION.

1

1.2 OBJETIVOS.

1

1.3 FUNDAMENTO TEORICO.

1

1.3.1 PRESION

2

1.3.2 PRESION ABSOLUTA

2

1.3.3 PRESION ATMOSFERICA

2

1.3.4 PRESION MANOMETRICA

2

1.3.5 VELOCIDAD MEDIA CUADRATICA

3

1.4 MANOMETRO DE BOURDON

4

1.5 COMPRESORES 5

1.5.1CLASIFICACION

6

1.5.1.1 COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO 6

1.5.1.1.1 COMPRESORES ALTERNATIVOS 6 1.5.1.1.2 COMPRESORES ROTATIVOS 7

1.5.1.2 COMPRESORES DINAMICOS

6

2. METODOLOGIA

7

2.1 EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS

7

2.2 MONTAJE DEL EQUIPO

10

2.3 DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO

11

3. OBTENCIONY REGISTRO DE DATOS

12

4. CALCULOS

12

4.1 VELOCIDAD MEDIA CUADRATICA

12

4.2 VEL. DE ENTRADA DE AIRE AL COMPRESOR

14

5. CUESTIONARIO

15

6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

16

7. BIBLIOGRAFIA

16

LABORATORIO DE TERMICAS

TERMODINAMICA I

MEC -2254 A

LABORATORIO 1

MEDICIONES EN EL SISTEMA NEUMATICO DEL LABORATORIO DE NEUMATICA

Docente de teora y laboratorio: Ing. Edgar Simen Pearanda Muoz

Fecha de entrega: 24 03 2008SEM I/2008ORURO-BOLIVIA

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO

FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA

INGENIERIA MECANICA

PAGE 1

_1220369864.unknown

_1267799164.unknown

_1267799344.unknown

_1267799943.unknown

_1267800058.unknown

_1267800725.unknown

_1267799958.unknown

_1267799872.unknown

_1267799935.unknown

_1267799356.unknown

_1267799195.unknown

_1221221576.unknown

_1267798810.unknown

_1220369952.unknown

_1220369544.unknown

_1220369746.unknown

_1220369815.unknown

_1220369611.unknown

_1220369284.unknown

_1220369347.unknown

_1220369171.unknown