“UNIVERSIDAD PRIVADA”
¨JOSE CARLOS MARIATEGUI¨
2014
UNIVERSIDAD “ JOSE CARLOS MARIATEGUI” FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL ING. CIVIL
s o l r TEMA a C MODIFICADORES DE SECCION ” é i s u ALUMNO : o g Irvin Sheyson Sheyson Falcón Cuayla Cuayla J e CODIGO : t d 08102026 a á i CURSO : r d Mediciones Hidraulicas i a s : r M DOCENTE Ing. Emershon Escobedo e CICLO : v i X n FECHA : 25/10/2014 U “ MOQUEGUA – PERU 2014
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1. INTRODUCCIÓN Los rotámetros o flujómetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del desplazamiento vertical de
un
“elemento
sensible”,
cuya
posición
de
equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente, a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece prácticamente constante.
La fuerza equilibrante o antagónica en este tipo de medidores lo constituye la fuerza de gravedad que actúa sobre el elemento sensible construido por lo general de forma cilíndrica con un disco en su extremo, y provisto de orificios laterales por donde circula fluido que inducen una rotación alrededor de su eje para propósitos de estabilidad y centrado. Existen también elementos sensibles de forma esférica, utilizados por lo general para medición de bajos caudales que carecen de rotación. El rotámetro en su forma más simple consta de un tubo de vidrio de baja conicidad, en cuyo interior se encuentra el elemento sensible al caudal que circula por el tubo, al cual se denomina “flotador”. Bajo la acción de la corriente de líqui do o gas el flotador se desplaza verticalmente, e indica sobre una escala graduada directamente el caudal circulante, o un altura que sirve como dato de entrada para determinar el caudal en una curva o gráfico de calibración que debe obtenerse experimentalmente. El principio de funcionamiento de los rotámetros se basa en el equilibrio de fuerzas que actúan sobre el flotador. En efecto, la corriente fluida que se dirige de abajo hacia arriba a través del tubo cónico del rotámetro, provoca la elevación del flotador hasta una altura en que el área anular comprendido entre las paredes del tubo y el cuerpo del flotador, adquiere una dimensión tal que las fuerzas que actúan sobre el mismo se equilibran, y el flotador se mantiene estable a una altura que corresponde a un determinado valor de caudal circulante. Las fuerzas que actúan sobre el flotador son tres y de naturaleza distinta: • Fuerza de origen aerodinámico o resistencia aerodinámica, D actuando hacia arriba. • Fuerza de Arquímedes o empuje hidrostáti co, E también actuando hacia arriba. • Fuerza gravitatoria o peso W actuando hacia abajo.
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En condiciones de estabilidad, el flotador se mantiene a una altura constante, y el equilibrio de fuerzas es tal que la suma de la resistencia aerodinámica D y el empuje hidrostático E equilibran al peso W, pudiendo plantearse la siguiente ecuación de equilibrio:
2. ECUACIÓN DE UN ROTÁMETRO Con el objeto de encontrar las ecuaciones que rigen el comportamiento de un rotámetro, y las variables físicas de las cuales depende, se derivarán dichas ecuaciones considerando un modelo elemental de rotámetro que contempla las siguientes hipótesis simpli ficativas: 1) Flujo incomprensible y no viscoso 2) Tubo de conicidad nula
2.1. ECUACIONES DE VÍNCULO Se aplicarán las siguientes ecuaciones de vínculo de la Mecánica de los Fluidos: a) Ecuación de la Cantidad de Movimiento b) Ecuación de Conservación de la Masa c) Ecuación de Bernoulli
2.2. ECUACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO
Donde en R z se incluye, tanto las fuerzas de masa como las de superficie que actúan sobre el fluido con-tenido en el interior del volumen de control, siendo el segundo miembro el flujo neto de cantidad de movimiento que atraviesa la superficie de control. c
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Una selección cuidadosa y adecuada del volumen de control permitirá poner en evidencia las variables convenientemente. El volumen de control utilizado se indica en líneas de punto en la Figura 2 . La aplicación de la ecuación ( 2) se efectúa a continuación:
3. FORMULA DEL CAUDAL El caudal en volumen q finalmente se puede expresar como:
4.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS ROTAMETROS
El efecto de la viscosidad sobre la indicación es despreciable, pero el efecto del tipo de fluido debe ser adecuadamente calibrado. Ventajas: * Es económico para caudales bajos y tuberías con diámetros menores a 2”.
* Cubre un rango amplio de caudales. * Sirve para líquidos y gases. * Provee una información visual directa. * La caída de presión es baja. * Instalación y mantenimiento simple. 4 c
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Desventajas: * No es sencillo ni económico obtener señal eléctrica a partir de la indicación. * Se incrementa mucho su costo para tuberías de diámetro grande. * No se consiguen rotámetros para tuberías grandes. * Debe instalarse en sentido vertical de modo que el caudal sea ascendente. * Son de baja precisión.
5. EJEMPLO DE ROTAMETROS A. ROTAMETRO METALICO PARA BAJOS CAUDALES PARA LIQUIDOS Y GASES
Mide e Indica Caudal Instantáneo. Construido con Tubo de medición Metálico en lugar de Vidrio es el medidor A/V (Área Variable) confiable y exacto para bajos caudales, apto para Altas Presiones y Fluidos Agresivos o Difíciles de Manejar. Es muy utilizado para dosificar aditivos o ingredientes costosos en Especialidades Químicas, Farmacéuticas, Cosméticas, Alimenticias, así como en Investigación y Desarrollo. Indicador acoplado magnéticamente con escalas intercambiables. Reed switch hermético (opcional) con novedoso doble sensor provee Alarma sin afectar la performance. Instalación: rosca ¼" hembra. Rango: 0,13 a 100 litro/hora para agua; 0.1 a 56 litros/minuto para aire. Exactitud: ±5%. Construcción: Tubo y Flotante de Inox 316L, Hastelloy, o Titanio; Sellos de Viton. Apto hasta 200ºC y 100 bar (modelo sin válvula: 275 bar) e Intemperie NEMA 4. Opciones: 1-Provisto de válvula reguladora; 2-Provisto de Alarma; 3- Apto Zona Ex; 4 Reed Switch hermético. Características: Metálicos para bajos caudales Origen: EEUU Precio: US$ 650
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B.ROTAMETRO METALICO PARA GRANDES CAUDALES PARA LIQUIDOS, GASES Y VAPOR. Mide e Indica Caudal Instantáneo. Construido con Tubo de Medición Metálico en lugar de Vidrio puede manejar un muy amplio rango de caudales con gran exactitud (2%) a pesar de Elevadas Temperaturas y Presiones en Zonas Explosivas. Mínima caída de presión interna, no requiere contra presión, y dispone amortiguación para eliminar rebotes no deseados del flotante. Indicador acoplado magnéticamente. Mismo largo en todos los tamaños facilita la sustitución. Múltiples opciones de comunicación permiten integrarlo en sistemas de control existentes.
Instalación: rosca o brida ½" a 4”.
Rango: 25 a 10.000 l/h agua; 0.84 a 1510 m3/h aire. Exactitud ±1% y ±2% fondo de escala. Construcción Cuerpo y Flotante: Inox, Hastelloy, Titanio; Sellos: Vitón. Apto de - 40 a 215 ºC. y 100 bar. Opciones: Provisto de válvula reguladora y Alarma Salida proporcional 4-20 mA Apto Zona Ex Transmisores con Protocolo Hart programables mediante control remoto, con o sin Alarmas y Salida de pulsos para Totalizar Para fluidos corrosivos o criogénicos apto -20 a 315ºC y 400 bar con Alarma y Transmisor opcional. Características: Metálicos para grandes caudales Origen: EEUU Precio: US$ 720
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