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MEDICIONES TERMODINAMICA, Guías, Proyectos, Investigaciones de Termodinámica

MEDICIONES DE LA TERMODINAMICA EN LA INGENIERIA

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2019/2020

Subido el 22/02/2020

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PRACTICA NO. 1 Y 2
MEDICIONES
OBJETIVO:
1.-CONOCER LAS VARIABLES MÁS IMPORTANTES INVOLUCRADAS EN UN SISTEMA,
PROCESO O EQUIPO.
2.-UNA VEZ IDENTIFICADA LA VARIABLE, SELECCIONAR EL INSTRUMENTO
3.-PRIMARIO DE MEDICIÓN.
4.-SENSAR Y MEDIR LA VARIABLE CONOCIENDO EL PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL
INSTRUMENTO.
INTRODUCCIÓN:
EN EL ESTUDIO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS LAS VARIABLES NECESITAN
SER DETECTADAS DE ALGUNA MANERA PARA PODER CONOCER LA INFLUENCIA QUE
EJERCEN SOBRE EL FENÓMENO O PROCESO.
LAS VARIABLES SE PUEDEN CLASIFICAR EN:
A) VARIABLES DE CANTIDAD
B) VARIABLES ELÉCTRICAS
C) VARIABLES DE FUERZA
D) VARIABLES DE TIEMPO
E) VARIABLES DE VELOCIDAD
F) VARIABLES DE PRESIÓN
G) VARIABLES DE RADIACIÓN
H) VARIABLES DE COMPOSICIÓN
I) etc.
LAS VARIABLES MÁS IMPORTANTES Y SIMPLES, ACCESIBLES A LA MEDICIÓN DIRECTA
SON:
PRESIÓN, TEMPERATURA, FLUJO, NIVEL Y COMPOSICIÓN.
PRESIÓN
FUERZA EJERCIDA PERPENDICULARMENTE POR EL FLUIDO SOBRE UNA UNIDAD DE
ÁREA
EN LA MAYORÍA DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN, SE MIDE LA
DIFERENCIA ENTRE LA PRESIÓN DE UN FLUIDO Y LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA ESTA
DIFERENCIA DE PRESIÓN SE LLAMA PRESIÓN MANOMÉTRICA
LA PRESIÓN ABSOLUTO DE UN FLUIDO SE OBTIENE POR LA RELACIÓN
PABS = PATM + PMAN
SI EN INFLUIDO EXISTE UNA PRESIÓN ABAJO DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA ES
NEGATIVA Y SE DA EL TERMINO DE VACIO CUYA EXPRESIÓN SERÁ
PABS = PATM – PVACIO
UN MANÓMETRO ES UN INSTRUMENTO SIMPLE QUE INDICA LA DIFERENCIA DE
PRESIÓN A TRAVÉS DE UNA ALTURA DE UNA COLUMNA DE FLUIDO.
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¡Descarga MEDICIONES TERMODINAMICA y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Termodinámica solo en Docsity!

PRACTICA NO. 1 Y 2

MEDICIONES

OBJETIVO:

1.-CONOCER LAS VARIABLES MÁS IMPORTANTES INVOLUCRADAS EN UN SISTEMA,

PROCESO O EQUIPO.

2.-UNA VEZ IDENTIFICADA LA VARIABLE, SELECCIONAR EL INSTRUMENTO

3.-PRIMARIO DE MEDICIÓN.

4.-SENSAR Y MEDIR LA VARIABLE CONOCIENDO EL PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL

INSTRUMENTO.

INTRODUCCIÓN:

EN EL ESTUDIO DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS LAS VARIABLES NECESITAN

SER DETECTADAS DE ALGUNA MANERA PARA PODER CONOCER LA INFLUENCIA QUE

EJERCEN SOBRE EL FENÓMENO O PROCESO.

LAS VARIABLES SE PUEDEN CLASIFICAR EN:

A) VARIABLES DE CANTIDAD

B) VARIABLES ELÉCTRICAS

C) VARIABLES DE FUERZA

D) VARIABLES DE TIEMPO

E) VARIABLES DE VELOCIDAD

F) VARIABLES DE PRESIÓN

G) VARIABLES DE RADIACIÓN

H) VARIABLES DE COMPOSICIÓN

I) etc. LAS VARIABLES MÁS IMPORTANTES Y SIMPLES, ACCESIBLES A LA MEDICIÓN DIRECTA SON: PRESIÓN, TEMPERATURA, FLUJO, NIVEL Y COMPOSICIÓN. PRESIÓN FUERZA EJERCIDA PERPENDICULARMENTE POR EL FLUIDO SOBRE UNA UNIDAD DE ÁREA EN LA MAYORÍA DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN, SE MIDE LA DIFERENCIA ENTRE LA PRESIÓN DE UN FLUIDO Y LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA ESTA DIFERENCIA DE PRESIÓN SE LLAMA PRESIÓN MANOMÉTRICA LA PRESIÓN ABSOLUTO DE UN FLUIDO SE OBTIENE POR LA RELACIÓN PABS = PATM + PMAN SI EN INFLUIDO EXISTE UNA PRESIÓN ABAJO DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA ES NEGATIVA Y SE DA EL TERMINO DE VACIO CUYA EXPRESIÓN SERÁ PABS = PATM – PVACIO UN MANÓMETRO ES UN INSTRUMENTO SIMPLE QUE INDICA LA DIFERENCIA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE UNA ALTURA DE UNA COLUMNA DE FLUIDO.

PARA UN FLUIDO EN EQUILIBRIO ESTÁTICO, LA RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN Y LA

ALTURA DEL FLUIDO ESTA DADO POR LA RELACIÓN BÁSICA DE LA ESTÁTICA DE

FLUIDOS COMO:

DP = ΓDZ

EN DONDE

DP = DIFERENCIA DE PRESIÓN

Γ = PESO ESPECIFICO

DZ = DIFERENCIA DE ALTURA

ACTUALMENTE EXISTEN DIFERENTES TIPOS DE MANÓMETROS COMO SON:

1.-MANÓMETRO BOURDON

A) ESPIRAL

B) HELICOIDAL

2.-MANÓMETRO DE DIAFRAGMA

3.-MANÓMETRO DE FUELLE

4.-MANÓMETRO DE STRAIN GAGES

5.-MANÓMETRO EN U O DE COLUMNA LIQUIDA

TIPO 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.

PARA PRESIONES HASTA 40 BAR SE UTILIZAN EN GENERAL TUBOS CURVADOS DE

FORMA CIRCULAR CON UN ÁNGULO DE TORSIÓN DE 270°, PARA PRESIONES

SUPERIORES, TUBOS CON VARIAS VUELTAS EN FORMA DE TORNILLO.

PARTES

1. AGUJA INDICADORA

2. ESCALA

3. TUBO DE BOURDON

4. MUELLE EN ESPIRAL

5. CREMALLERA

6. PINON

7. VARILLA ARTICULADA

TEMPERATURA: LA TEMPERATURA ES UNA VARIABLE INTENSIVA Y PUEDE DEFINIRSE

COMO LA MEDIDA DEL CONTENIDO DE CALOR DE UN CUERPO. UN TERMÓMETRO MIDE

LA TEMPERATURA DE UN CUERPO. LA CANTIDAD DE CALOR DEPENDE DE LA

TEMPERATURA PERO ADEMÁS DEPENDE DE LA MASA Y DE LA NATURALEZA DEL

MATERIAL QUE CONFORMA EL CUERPO

CONCRETAMENTE, DADO UN SISTEMA EN ÉL SE PUEDA EXPRESAR COMO SUMA DE

ENERGÍAS CINÉTICAS DE TODAS LAS PARTÍCULAS, Y SUMA DE ENERGÍAS POTENCIALES

DE PARTÍCULAS TOMADAS POR PARES (ES DECIR, H=T+V DONDE V = ΣI<J V (RIJ)),

ENTONCES TENDREMOS QUE SE CUMPLE 3/2 N KBT = 1/N * ΣI<N1/2 MIVI². SIENDO KB LA

CONSTANTE DE BOLTZMANN

ES MUY IMPORTANTE DISTINGUIR LA DIFERENCIA ENTRE ESTOS DOS CONCEPTOS QUE

FRECUENTEMENTE SE CONFUNDEN COMO SON TEMPERATURA Y CALOR.

LA TEMPERATURA ES UNA VARIABLE INTENSIVA QUE PUEDE DEFINIRSE COMO LA

MEDIDA DEL CONTENIDO DE CALOR DE UN CUERPO

LOS TERMÓMETROS SE CLASIFICAN PARA SU ESTUDIO EN:

A) BIMETALICOS

B) SISTEMA TERMAL LLENO

B.1) LIQUIDO

B.2) VAPOR

B.3) GAS MERCURIO

C) TERMOPARES

D) RESISTENCIA

E) PIROMETROS

TERMÓMETROS BIMETALICOS

EL MARCADOR ESTA MEDIDO EN LA UNIDAD DE CELSIUS, TIENE UNA DIVISIÓN DE

ESCALA DE CADA 2 GRADOS CELSIUS, ASÍ SE PUEDE DECIR QUE ESTE INSTRUMENTO

TIENE UN ERROR APROXIMADO DE MAS MENOS 0,5º C. EN LO QUE RESPECTA A SU

VELOCIDAD DE RESPUESTA PARA ENTREGAR EL VALOR A MEDIR, ESTE TERMÓMETRO

ES EL MAS LENTO (EN COMPARACIÓN CON EL TERMÓMETRO DE MERCURIO Y EL

TERMOCUPLA),

FLUJOS

LA MEDICIÓN DEL FLUJO ES DE SUMA IMPORTANCIA EN LOS PROCESOS PUES NOS DA

LA PAUTA PARA EFECTUAR EL BALANCE DE MATERIAL Y ESTA REPRESENTA UN FLUIDO

NEWTONIANO DE AHÍ SU IMPORTANCIA

A) ANNUBAR

B) PLACA ORIFICIO

C) TUBO PITOT

D) TUVO VENTURI

E) TOBERA

F) ROTAMETRO

UTILIZAREMOS EN EL LABORATORIO EL TUBO PITOT

LA PRESIÓN DE UNA CORRIENTE DE AIRE FLUYENDO EN UN DUCTO ES LA SUMA DE LA

PRESIÓN ESTÁTICA EJERCIDA SOBRE LAS PAREDES DEL DUCTO Y LA PRESIÓN DE

IMPACTO O DE VELOCIDAD CON QUE SE MUEVE EL AIRE POR MEDIO DEL TUBO DE

PITOT, SE PUEDE DETERMINAR ESTAS DOS PRESIONES LA PRESIÓN ESTÁTICA Y LA

DINÁMICA ESTO SE REALIZA CON LA AYUDA DE UN MANÓMETRO DIFERENCIAL AL

CUAL VA CONECTADO EL TUBO DE PITOT

TUBO DE PITOT

USOS DEL TUBO DE PITOT

SE UTILIZA COMO UN ESTÁNDAR SECUNDARIO PARA COMPROBAR INSTALACIONES DE

MEDIDORES DE FLUJO YUA QUE TOMANDO VARIAS LECTURAS EN DIFERENTES

POSICIONES DEL TUBO DE PITOT SE PUEDE DETERMINAR LA RAPIDEZ PROMEDIO DEL

FLUJO

EN EQUILIBRIO PAIRE = P H2O

RESULTADOS:

T = 293.15 K

r (^) AIRE = 0.287 KJ / KGK P = 585 MMHG * ((101.3 kpascales)/(760mm dehg)) P= 77.97 KPAS ( KN / M²) eAIRE = .917 KG / M³ eH20 = 998.6 KG / M³ eHG = 13600 KG / M³ SE PUEDE OBTENER = h (^) AIRE e (^) AIRE = h H2O e H2O h H2O = PULG DE H2O X 2.54 X 10-2^ = m DE H2O e H2O .20 C = 998.6 KG/M³ e (^) AIRE C.L. = KG/M³ eAIRE = .917 KG / M³ DESPEJANDO h (^) AIRE h (^) AIRE = h H2O e H2O / eAIRE C.L. h (^) AIRE = (998.6)(1.2 x 10-2) / (.917) h (^) AIRE = 13.27 m ECUACION DE BERNOULLI (P / Γ) + (V1²/G) + Z1 = (P2 / Γ) + (V2²/ 2 G) + Z V = 2 g * h AIRE = m/s V = 2 (9.81) (13.27) = 16.10 m/s 10 cm 10 cm

EN MEDIO h= .5 T= 23

ARRIBA h= .6 T= 22.

ABAJO h= .5 T= 23

MEDIO DERECHO h= .4 T= 22.

MEDIO IZQUIERDO h= .4 T= 22.

A = .1 m V (^) PUNTO = V * A V (^) PUNTO = (16.10)(.1) = 1.610 m^3 /s MEDIDOR DE FLUJO TIPO ANNUBAR EL PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL MEDIDOR DE FLUJO DE VÓRTICE TIENE COMO FUNDAMENTO EL FENÓMENO NATURAL DEL ESPARCIMIENTO DE VÓRTICE. CUANDO UN FLUIDO FLUYE SOBRE UN CUERPO, LAS CAPAS LIMITANTES DEL FLUIDO EN MOVIMIENTO MÁS LENTO SE DESLIZAN SOBRE LA SUPERFICIE DEL CUERPO. SI ÉSTE NO ES HIDRODINÁMICO, ES DECIR, SI ES ESCARPADO (POR EJEMPLO UN CILINDRO RECTANGULAR, CIRCULAR O TRIANGULAR), LAS CAPAS LÍMITE A LADO Y LADO DEL CUERPO NO PUEDEN SEGUIR LOS CONTORNOS DEL MISMO YSE SEPARAN GIRANDO EN SENTIDOS CONTRARIOS, FORMANDO UNA ESTELA DE VÓRTICES CONOCIDA COMO LA VÍA DE VÓRTICE DE VON KARMAN. ESTOS VÓRTICES SE PRODUCEN ALTERNATIVAMENTE EN DOS HILERAS QUE SE MUEVEN CORRIENTE ABAJO, PARALELAS ENTRE SÍ A UNA VELOCIDAD Y SEPARACIÓN FIJAS MIDE LA VELOCIDAD DEL FLUJO EN UN PUNTO DEL FLUIDO, CONSTA DE UN HUECO ALINEADO CON EL FLUJO QUE SE APROXIMA Y ESTÁ CERRADO POR UNO DE SUS EXTREMOS CON UN TAPÓN REDONDO QUE TIENE UN PEQUEÑO ORIFICIO EN LA LÍNEA CENTRAL DEL TUBO. EL FLUIDO DENTRO DEL TUBO PITOT ES ESTACIONARIO, EN TANTO QUE EL QUE SE APROXIMA FLUYE ALREDEDOR DE ESTE. UNA PARTÍCULA DE FLUIDO QUE SE MUEVE A LO LARGO DE LA LÍNEA DE CORRIENTE, QUE COINCIDE CON EL EJE DEL TUBO PITOT, ALCANZA EL REPOSO AL ACERCARSE A LA PUNTA DEL TUBO PITOT ( S ), DEBIDO A QUE DEBE DIVIDIRSE Y PASAR POR AMBOS LADOS DEL TUBO. AL ENTRAR MOMENTÁNEAMENTE EN REPOSO, LA PRESIÓN DEL FLUIDO SE ELEVA A UN VALOR PS EL CUAL SE CONOCE COMO PRESIÓN DE ESTANCAMIENTO Y SE RELACIONA CON LA VELOCIDAD DEL TUBO CORRIENTE ARRIBA. LA PRESIÓN DEL FLUJO ESTACIONARIO EN EL INTERIOR DEL TUBO PITOT ES IGUAL A LA PRESIÓN DE ESTANCAMIENTO DEL FLUJO EXTERNO CON EL QUE ESTÁ EN CONTACTO A TRAVÉS DEL PEQUEÑO ORIFICIO LOCALIZADO EN EL PUNTO DE ESTANCAMIENTO S DEL TUBO.

TACÓMETROS MECÁNICOS

TACÓMETRO DE RESONANCIA

CONTADOR DE REVOLUCIONES. ESTE TIPO SE EMPLEA EN CONJUNTO CON UN

MECANISMO REGULADOR DE TIEMPO DE CIERTA FORMA PARA DETERMINAR EL

NUMERO DE REVOLUCIONE EN UN PERIODO DE TIEMPO DETERMINADO POR LO TANTO

MIDE LA VELOCIDAD ROTACIONAL INSTANTÁNEA

TACÓMETRO ELÉCTRICO

ESTROBOSCOPIO

1-APLICACIONES

ESTE APARATO MIDE VELOCIDADES ANGULARES DIRECTAMENTE ENTRE 150 Y 30000

REVOLUCIONES POR MINUTO Y POR MÉTODOS INDIRECTOS PUEDE MEDIR HASTA

30000 RPM

ESTE PARTICULARMENTE USADO PARA MEDIR VELOCIDADES EN DONDE EL

TACÓMETRO MECÁNICO NO PUEDE HACERLO O DONDE LAS CONDICIONES NO

PERMITEN USAR MAS QUE EL ESTROBOSCOPIO. OTRA UTILIDAD DEL ESTROBOSCOPIO

ES QUE PUEDE OBSERVAR OBJETOS EN MOVIMIENTO

ELÉCTRICAS

LA MAYORÍA DE MEDICIONES DE INTENSIDAD Y DE VOLTAJES DE LAS CORRIENTES

CONTINUAS SE REALIZAN CON INSTRUMENTOS PORTÁTILES PEQUEÑOS QUE INCLUYEN

BOBINAS MÓVILES DE MEDICIÓN LA EXACTITUD DE LAS MEDICIONES DEPENDERÁ DE

LA PRESIÓN DEL MOVIMIENTO CORRESPONDIENTE A LOS MEDIDORES Y DE LA

CALIDAD DE LOS CIRCUITOS ACCESORIOS DE DICHO MEDIDORES

PRINCIPIO DE OPERACIÓN

EL MEDIDOR INDICADO (DE CORRIENTE CONTINUA) EN EL MEDIDOR BÁSICO DE

BOBINA MÓVIL QUE SE MUESTRA. LA INTENSIDAD DE LAS CORRIENTES SE REGISTRA

COMO UN FUNCIÓN DEL MOVIMIENTO O GIRO DE LA BOBINA DENTRO DE UN CAMPO

MAGNÉTICO

LA BOBINA QUE CONDUCE LA CORRIENTE ELÉCTRICA SE LA ADAPTARA UNA AGUJA

INDICADORA QUE PUEDE MOVER LIBREMENTE TENIENDO UN MOVIMIENTO ANGULAR

MEDIDO POR LA RELACIÓN

EL MEDIDOR DE BOBINA MÓVIL ES BÁSICAMENTE UN DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE

INTENSIDAD DE CORRIENTE SE UTILIZAN RESISTENCIAS EN DERIVACIÓN DE

DIFERENTES VALORES PARA EGULAR LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE QUE

OCASIONE LA DESVIACIÓN COMPLETA DE LA MANECILLA PARA DETERMINAR VOLTAJE

LOS VOLTAJES DE RESISTENCIAS EN SERIE EN EL CIRCUITO DE CORRIENTE

PARA INTENSIDADES DE CORRIENTES

LAS INTENSIDADES CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTES QUE PUEDEN REGISTRARSE

A ESCALA TOTAL CON LAS BOBINAS MÓVILES DE MEDICIÓN VARÍAN DE 1 MA A 50UA.

LAS SENSIBILIDADES REPRESENTATIVAS VARÍAN DE 1000 A 50000OHMS. LA

EXACTITUD DE LAS MEDICIONES QUEDAN DETERMINADA POR LAS CARACTERÍSTICAS

DE LAS BOBINAS MÓVILES DE MEDICIÓN Y POR EL GRADO EN QUE EL CIRCUITO DE

MEDICIÓN NORMALMENTE SE CONSIGUEN PRECISIONES DE 1 A 2

VOLTÍMETRO DE CORRIENTE ALTERNA TIPO DINAMÓMETRO. EL DISPOSITIVO PARA LA

CORRIENTE ALTERNA TIPO DINAMÓMETRO QUE SE MUESTRA. EN CASO QUE SE

ESTABLEZCA UNA CORRIENTE ALTERNA A TRAVÉS DE UN MEDIDOR DE BOBINA MÓVIL

SU INDICADOR OSCILARÍA DE UN LADO A OTRO DE SU POSICIÓN CERO DEBIDO A QUE

SU PAR DE TORSIÓN SE INVERTIRÍA CADA MEDIO CICLO

EN LOS DINAMÓMETROS LA PARTE IMANTADA DE BOBINA MÓVIL DE LOS MEDIDORES

SE SUSTITUYEN POR BOBINAS FIJA EN SERIE CON LA

EN ESTA FORMA LA DIRECCIÓN DEL PAR DE TORSIÓN PERMANECE CE CONSTANTE

CUANDO SE INVIERTE EL AMPO MAGNÉTICO

BIBLIOGRAPHIC

1.- BENEDICT P. ROBERT,

FUNDAMENTALS OF TEMPERATURE

PRESSURE AND FLOW MEASUREMENTS

ED. JHON WILEY AND SONS

USA 1997

2.- JANNAS WILLIAM

INTRODUCTION TO FLUID MECHANICS

PWS-KENTS PUBLISHING COMPANY

USA 1987

3.- JONES B. J. / HAWKINS A G

ENGINEERING THERMODY NAMICS

AN INTRODUCTORY TEXTBOOOK

JOHN WILEY & SONS, INC

SINGAPORE 1986