CURSO: VENTILACIÓN INDUSTRIAL Abril de 2012 Parte II 5 Expositor: Ing. Danilo Valenzuela Oblitas
CONCEPTOS BASICOS
INTRODUCCIÓN: CONCEPTOS BÁSICOS
El aire que nos rodea es una mezcla de gases y no una composición qumica! pudiendo sus componentes separarse por en"riamiento #asta a $ %&'(C) *a composición del aire se mantiene in+aria,le al menos #asta -. /m) de altura) *a densidad del aire +aria con la altitud y a ni+el del mar se puede considerar un promedio apro0imadamente %)-&1 /g2m1 #asta -.. m de altitud)
Los componentes del aire por unidad de volumen so Nitrógeno:
7.!" # Oxigeno: $!.%% # Dióxido de &arbono : !.!"' # (rgón: !.%) # Otros *ases Nobles !.!!$) # +idrógeno !.!!!!' #.
A ellos se a3aden cantidades +aria,les de +apor de agua y dió0ido de car,ono! cuya porción depende de las circunstancias metereológicas y la "otosntesis u otras sustancias determinadas por la acción de procesos qumicos cercanos! como la com,ustión de gasolina! etc)
3. &onceptos preliminares 1.1.- Flid!.- &ual,uier sustancia ,ue puede -luir un l,uido o un gas. 1.2.- F"#e# de l" $"%eri" ! &##%"'(i" )r"*.- En el universo las sustancias o cuerpos se presentan en tres -ases o /estados0: 1ase sólida2 li,uida o vapor. Vaporización o Evaporación
1usión
4olido
4olidi-icación
L,uido
Licuación
4ublimacón inversa 5p6rdida de energa
4ublimación Directa 5*anancia de energa
*aseoso
C"$bi! de +"#e# de '" ##%"'(i" )r"
C"$bi! de +"#e# de '" ##%"'(i" )r"
Agitación molecular de un gas, debido a la aplicación de calor. En la figura se observa que el gas trata de expandirse y el recipiente se lo impide, por tanto aumenta su presión y temperatura.
Características de los gases y líquidos.
*as caractersticas de estos 4udos son los siguientes *os lquidos son pr6cticamente incomprensi,les! es decir que su +olumen espec7co +aria muy poco con la presión) *os lquidos tienen un +olumen determinado y adaptan su "orma al recipiente que los contiene) *os gases son altamente comprensi,les! es decir su +olumen espec7co y su densidad +aran nota,lemente con la presión) *os gases se e0panden o di"unden inde7nidamente con las 8nicas limitantes de su peso o de las paredes del recipiente que los contiene)
Los líquidos tienden a adquirir la forma del recipiente que los contiene, pero su volumen se mantiene invariable.
Densidad (ρ).- *a densidad es igual a la masa contenida
por unidad de +olumen de una sustancia) Es una propiedad! es decir una caracterstica "sica que permite determinar o conocer el estado en el que se encuentra la sustancia) 9:m2; en el S)I) y la li,ra por pie c8,ico =l,)2pie 1>! en el sistema ingl?s)
% /g2m1 : .).'-@ l,)2pie1! Tam,i?n pueden ser gr2cm 1) *a densidad de un gas depende de la presión y la temperatura! es decir de las condiciones de re"erencia)
Ej. *a densidad del agua a @(C y a % atm es % gr)2cm1 y
la densidad del aire a -. (C y a % atm es %)-. gr)2litro
Peso específco ( ).- Es igual al peso de un
cuerpo por cada unidad de +olumen)
:peso2+olumen :mg2;
=ρ*g
donde g:aceleración de la gra+edad g : &)m2seg-:1-)-pie2segolu!en específco (").- Es el +olumen
por unidad de masa! es decir es la in+ersa de la densidad) + : %29
dr : densidad del gas so,re2 densidad del aire s : peso especi7co del gas2 peso espec7co aire # = d .g r
Para el aire dr : %
*a cantidad de materia! y por lo tanto de energa! contenida en un +olumen dado de un gas depende de las condiciones de presión y temperatura a las que este se encuentre! ya que se trata de un 4uido compresi,le) Es por ello que para indicar correctamente el +olumen ocupado por un gas! adem6s de la unidad de medida empleada! se #an de especi7car las condiciones en que se #a realizado dic#a medición) *as condiciones de re"erencia de presión y temperatura m6s com8nmente utilizadas son las condiciones normales =n> y las condiciones Standard =s>)
Condiciones de re"erencia normales =n> p : % atm T : .(C 8
Condiciones de re"erencia standard =s> p : % atm T : -.(C 8
4e toma como aire standard2 a,uel aire ,ue tiene una densidad de !.!7' lb9pie " 53.$!" g9m". Esto es sustancialmente e,uivalente a tener aire seco a una presión atmos-6rica de $%.%$ pulg +g 53).7psi. ; temperatura de bulbo seco de 7!<1 5$3.33 < &. Esto es consistente con los est=ndares ,ue se usan usualmente en la ingeniera ; en la industria. ( medida ,ue la presión disminu;a por deba>o de este valor2 el aire pierde densidad ; reduce su capacidad para acarrear materiales2 contrariamente si la presión es superior el aire es mas denso ; aumenta su capacidad de acarreo pudiendo trasportar mas material.
Presi$n (p).- *a presión es una magnitud
que se de7ne por la "uerza eercida por P = %&'. cada unidad de 6rea)
Presión ejercida sobre los cuerpos a! El bloque de una masa de "## $g ejerce una presión en un %rea de "## cm&, la figura indica que por cada cm& se ejerce "$g de fuer'a. b! la presión del gas dentro del globo es p, y es ejercida en toda la superficie interior.
*as unidades de la presión en el sistema internacional son
% N2m-:% Pascal =Pa> % /N2m-:%... N2 m% /Pa:%... Pa % Pa:%.' Pa En el sistema ingl?s %l,D"2pulg- : % p)s)i) =poundal! square! inc#>) En la industria del gas se usa con "recuencia el ,ar y el mili,ar =m,ar> En la +entilación industrial se usa "recuentemente pulg) g)! pulg) -O! psi) % m,ar : .)..%,ar *a presión tam,i?n se mide en atmós"eras =atm> % atm : %@)F p)s)i) % atm : %).11 /gD"2cm-
(ig ). El líquido sale como un c*orro debido a la presión de la columna líquida.
(ig. La presión en el fondo del recipiente es igual en el punto A ó en +.
*a presión de un lquido no depende del +olumen sino 8nicamente de la columna de lquido o pro"undidad =#> y se eerce en todas las direcciones as por E)G se usa un tu,o delgado para determinar el ni+el de un lquido en un tanque)
A nivel de mar se demostró con un barómetro, que la presión atmosfrica equivale a la presión *idrost%tica ejercida por una columna de mercurio de -# mm/g ó "#.00 metros de columna de agua.
ipos de Presi$n.- Para un 4udo en reposo se
distinguen tres tipos de presiones Presión atmos"?rica! presión manom?trica o relati+a y presión a,soluta) a) Presi$n !ano!trica o relati"a (p !).- Se denomina as! a la presión medida con relación o por encima de la presión atmos"?rica! tam,i?n se le llama presión manom?trica) As la presión relati+a o presión manom?trica de un tanque que esta a la presión atmos"?rica es cero) *a presión relati+a puede ser positi+a! cuando se mide una presión mayor que la presión atmos"?rica o negati+a! cuando se mide una presión in"erior a la presión atmos"?rica) *a presión manom?trica o relati+a! negati+a tam,i?n se denomina presión de +ació! ó presión +acuom?trica) As una presión in"erior a la atmos"?rica en %psi es una presión negati+a de $%psi o se dice que #ay un +ació de %psi)
@atm
@gas
*(4 @gas @gas @gas
?
) Presi$n asoluta.- Se denomina as a la presión medida desde el +ació a,soluto! =teóricamente se entiende que no #ay presión del 4udo>) As la presión a,soluta medida en un tanque a la presión atmos"?rica sera %.. /N2m-:%@)Fpsi! mientras que la presión manom?tricaG o relati+a sera cero) @ (A4 B @atm C @m @ (A4 B @atm @vacio
HPresión standard : %@)F! # : . msnm HPresión local en =-> : %1)'psi! # - :
4e toma como aire 4tandard2 a,uel aire ,ue tiene una densidad de !.!7' lb.9pie " 53.$!" g.9m". Esto es sustancialmente e,uivalente a tener aire seco a una presión atmos-6rica de $%.%$ pulg. +g. 53).7psi. ; temperatura de bulbo seco de 7!<1 5$3.33 < &. Esto es consistente con los est=ndares ,ue se usan usualmente en la ingeniera ; en la industria. ( medida ,ue la presión disminu;a por deba>o de este valor2 el aire pierde densidad ; reduce su capacidad para acarrear materiales2 contrariamente si la presión es superior el aire es mas denso ; aumenta su capacidad de acarreo pudiendo trasportar mas material.
Si en la descarga de un compresor de gas! la presión relati+a o manom?trica es de % psi y en la succión del mismo #ay un +ació de 1 psi! entonces @resión
absoluta en la descarga B B 3).7 C 3 B "$.7 psi
@resión
relativa de succión B " psi
@resión
absoluta de succión B 3).7 F " B 33.7 psi
*os instrumentos m6s comunes para medir presiones est6ticas es decir 4udos en reposoG pueden ser los manómetros de columna liquida! los manómetros de de"ormación el6stica =manómetros de Bourdon> y los manómetros de peso muerto) A continuación realizaremos una ,re+e descripción de cada una de ellos) +an$!etro de colu!na liquida o !an$!etro di,erencial.- Se usan para medir presiones
peque3as! consiste en un tu,o en en cuyo interior contiene un lquido puede ser mercurio o aceite coloreado sueto en una ta,la o plata"orma 7a! puede ser +ertical o inclinado
5a
5b
? B marca del manómetro 1anómetro de columna liquida. a! 2onectado a una línea de gas, en este caso marca una presión manomtrica positiva, b! manómetro sujeto a una tabla en condiciones normales
a! 1anómetro en situación normal, el líquido esta en el mismo nivel en ambos lados de la columna. b! 1anómetro conectado a un tanque que contiene gas natural a una presión mayor que la atmosfrica, la columna de líquido sube una altura /. c! 1anómetro conectado a un tanque que contiene gas natural a una presión menor que la atmosfrica, la columna de líquido baja una altura /.
*a lectura de un manómetro indica -'J gG de +acióG determinar la presión a,soluta en psi y /N2m-) %atm : -&)&Jg : %.. /N2 m - :%@)F psi Presión a,soluta : P atm D P+ació
Pa,s: -&)&JD-'J : 1)& K g
Pa,s : 1)&J gL=%@)F psi2-&)&J g> : %)&%F psi
Pa,s: 1)&J gL=%.. /N2m -2-&)&J g> : Pa,s : %1).@ /N2m-:%1).@ /Pa
Es el mas com8n de los manómetros de de"ormación el6stica! ,asan su principio de "uncionamiento en la de"ormación el6stica de elementos 4e0i,les =ley de oo/e>) Normalmente son tu,os met6licos cur+os de sección elptica y tienen tendencia a enderezarse cuando se les somete a una presión interna) Si uno de los e0tremos del tu,o esta 7o! el otro e0perimenta un desplazamiento que depende de la magnitud de la presión aplicada) Si la presión interna del tu,o es menor que la e0terna el tu,o tendr6 tendencia de cur+arse a8n mas) Como la presión e0terna que rodea el tu,o es la presión atmos"?rica el manómetro de Bourdon sir+e para determinar presiones manom?tricas)
Esquema constructivo de un manómetro de +ourdon, generalmente consta de un tubo de sección elíptica que al deformarse por la presión del gas mueve una aguja calibrada a travs de un resorte.
*os manómetros de Bourdon tienden a enderezarse si la presión interna es mayor que la atmos"?rica entonces la agua del relo gira en sentido anti#orario y marca presiones! manom?tricas positi+as! pero si la presión e0terna es menor que la presión atmos"?rica el tu,o tendera a cur+arse mas con lo cual la agua girara en sentido #orario marcando presiones negati+as o +acuom?tricas)
5a
5b
1anómetros con escalas en psi. a! 1anómetro para medir presiones positivas de # a "## psi. b! 1anómetro compuesto por dos escalas de # a "## psi y escala negativa de # a 30# pulg /g para medir presiones vacuomtricas.
Su rango de tra,ao puede +ariar de . a & Pa) Mequieren a"erición periódica por cuanto llegan a su"rir de"ormación permanente! recali,ración "recuente) Son suscepti,les a altas temperaturas y al ataque de 4udos corrosi+os) Son muy sensi,les a las +i,raciones) Poseen una precisión de .)-5 a - del "ondo de escala ó a plena escala! y se cali,ran generalmente en /g2cm -) Sin em,argo para aplicaciones especiales pueden lle+ar otras graduaciones por eemplo mm g) o m -O) *os +acuómetros normalmente se grad8an en mm g) Para presiones muy ,aas normalmente se utilizan los manómetros de dia"ragma o de "uelle)
a! 2on escala para presiones positivas. b! 1anómetro compuesto, con escala adicional para presiones negativas.
Cuando las presiones a medir sean muy peque3as por eemplo menos de %.. mm de columna liquida no es posi,le utilizar el manómetro en o el Bourdon de manera directa! normalmente se utiliza tres tipos de instrumentos que son anómetro de columna liquida inclinada! anómetro de dos 4udos y el micromanómetro)
5b 5a 1anómetros de columna liquida para peque4as presiones a! 1anómetro en 5 inclinado,
5c
b! 1anómetro inclinado de una sola rama, la altura * equilibra la presión medida pero se toma como lectura la distancia *", conociendo la inclinación se determina *, c! 1anómetro inclinado de tiro.
Cuadro de equi"alencias
A%$
*a equi+alencia entre estas unidades! re"eridas a % atmós"era =F'. mm columna de mercurio> es la siguiente A%$
b"r
)#i
,($2
$$ (d"
Pl /2O
1
1012
13.4
10
10.
304.
nidades de presi$n/ "elocidad y "olu!en e!pleadas en "entilaci$n industrial. Es una costu!re que las unidades de presi$n en los traajos de e0tracci$n de aire se !ide en pulg. de 123/ e!pleando !an$!etros di,erenciales o tuos en . 4as talas y gr5fcos de per,or!ance y resistencia de "entiladores est5n e0presadas en esta unidad are"iada (pulg. 123) 67 1g = 68.97 123
L"# 5el!(id"de# #!' '!r$"l$e'%e e6)re#"d"# e' )ie#$i' 7+)$8. El 5!l$e' ! ("d"l e' )ie $i' 7(+$8.
El dise3o y selección de los componentes de un sistema de +entilación industrial! se ,asa principalmente en las leyes del 4uo de 4uidos) El 4uido a considerar es el aire o una mezcla de este y contaminantes sólidos o otros en estado gaseoso) El conocimiento de estas leyes es de una necesidad "undamental para ingenieros dise3adores =proyectistas> y un entendimiento adecuada de la teora ,6sica es esencial para resol+er e0itosamente pro,lemas poco con+encionales)
El aire es un 4uido co!presileG sin em,argo para el estudio del 4uo de 4uidos en +entilación se puede considerar inco!presile! por las ,aas presiones in+olucradas) Adem6s asumir el 4uo incompresi,le no introduce errores importantes a las e0presiones pr6cticas de perdida por "ricción! potencia! +olumen de aire! y otros "actores de dise3o) En estos casos la densidad del aire en el 4uo se considera constante)
El aire generalmente se considera co!presile G sin em,argo durante le estudio del 4uo de 4uidos ser6 considerado inco!presile) El desarrollo de las leyes del 4uo se simpli7cara por eso para la mayora de los sistemas de +entilación sin p?rdidas considera,les) Adem6s asumir el 4uo incompresi,le no introduce errores importantes a las e0presiones pr6cticas de perdida por "ricción! potencia! +olumen de aire! y otros "actores de dise3o) *a presión atmos"?rica a ni+el del mar es igual a @.F)5 pulg -O y la presión en los sistemas de e0tracción usualmente est6n por encima de %- pulg -O ó por de,ao de la presión atmos"?rica) Sin em,argo #ay algunas aplicaciones en los cuales las presiones en los sistemas pueden ser iguales o mayores o e0ceder de @. a 5. pulg -O) En este caso el :uido dee ser tratado co!o :uido co!prensile y ser sujeto a correcciones de la presi$n.
*a presencia de pol+o y otros contaminantes que se trasportan es ignorado en le desarrollo de las leyes de 4uidos) Su presencia no se considera en los dise3os pr6cticos de colectores de pol+o en donde la concentración de sólidos es ,ao) En sistemas semeantes donde la concentración es considera,le y a +eces e0ceda %. gr2pie1 de aire =.)..%@1 pounds> o cerca del - del peso estos de,en ser considerados en el c6lculo mediante "actores de corrección)
Se denomina as al mo+imiento de un 4udo de una zona a otra! puede ser en el caso de los lquidos a tra+?s de ductos! tu,os) los 4udos se mue+en siempre de las zonas de mayor presión a las de menor presión ya sea en ductos o no)
El gas del recipiente se mueve *acia el otro recipiente que se encuentra a menor presión.
V (i B velocidad en ( de la partcula i.
V ()B V ("B V ($B V (3
Cuando el 4uido se mue+e en una tu,era a ,aas +elocidades siguen trayectorias predeci,les li,res de remolinos) El 4uo luego se dice que es +iscoso ó laminar! Como el aumento de +elocidad caracteriza el cam,io de 4uo! "orma remolinos! y la trayectoria de la corriente de 4uido se #ace sinuoso y con giros! este tipo de 4uido se conoce como K4uido tur,ulentoJ y normalmente se encuentra en sistemas de e0tracción de aire) Cada tipo de 4uo tiene leyes propias de resistencia al mo+imiento) Estas leyes se aplican a todos los 4uidos incluyendo el agua! aire y petróleo! a pesar de las caractersticas indi+iduales de cada 4uido)
na ,re+e descripción del e0perimento de Os,orne Meynolds ayudara a +isualizar las caractersticas de un 4uo laminar y tur,ulento) Estos tu,os est6n colocados con el propósito de localizar la zona de transición de un tipo de 4uo a otro) El aparato empleado es ilustrado esquem6ticamente en la siguiente 7gura)
Cuando un 4uido se mue+e en una tu,era el 4uo puede ser laminar o tur,ulento dependiendo de las presiones y +elocidades alcanzadas) E0perimentalmente se inyecta agua coloreada a un 4uo +iscoso y se o,ser+a las lneas de corriente! en la 7gura -@ se o,ser+a que las lneas de corriente son paralelas en =a>! entonces se dice que el 4uo es laminar! en =,> se o,ser+a que las partculas de agua se dispersan! por tanto las lneas de corriente no son paralelas! el 4uo se denomina tur,ulento)
a! (lujo viscoso laminar, b! flujo turbulento.
6egimenes de circulación de un flujo de fluídos. a! 2irculación laminar las paralelamente entre si.
venas
fluidas
circulan
b! 2irculación turbulenta se aprecia el fenómeno de ondulación del fluído.
El 4uo laminar se produce de manera uni"orme y esta,le! normalmente no ocasiona ruidos ni +i,raciones) El 4uo tur,ulento puede producir ruidos muy +iolentos y +i,raciones! por eso en los gases es muy importante la m60ima +elocidad que de,e alcanzar el 4uo de 4udos para e+itar el 4uo tur,ulento)
a sido encontrado que el 4uo laminar esta,le contra todo distur,io en Me%'..) *os limites mayores est6n en una zona inesta,le #asta cerca de Me1...) Encima de 1... el 4uo es siempre tur,ulento! de,ao de %'.. el 4uo es siempre laminar puede ser cualquiera entre am,os)
Di=metro de tubera 5pulg
Velocidad critica 5p9min
"
3$!
G
G!
3$
"!
$)
3'
"G
3!
; .> ; .= c
; .9
; .< 6; ;;;
6;; ;;;
?e
7istribución de velocidades de las partículas de un fluído en un tubo.
Distribución de velocidades de las partículas de un fluído en un tubo.
O
; e lo c id a d m e d ia =+ >
;c
+ e lo c id a d O
@ara e-ectos del c=lculo del caudal se traba>a con la velocidad media 5vm2 donde: vm B!.'Vmax2 para -lu>o laminar. vm B!.$Vmax2 para -lu>o turbulento.
5a
5b
7istribución de velocidades en un tubo de fluído. a! (lujo laminar, b! flujo turbulento.
Entendemos as por +olumen de 4uido mo+ido en un ducto en cada unidad de tiempo! independientemente de la densidad del 4uido) El caudal es igual al cociente del +olumen que atra+iesa la sección trans+ersal entre el tiempo) Qeneralmente se mide en m 2# o m 2s! PC2#ora! etc) 8
8
@=A&At Donde A= ariaci$n de "olu!en (! 8/ PC/ litros/ galones/ etc). At= ariaci$n del tie!po (Bora/ !in/ s).
Para calcular el caudal de un 4uo de un 4uido en una tu,era se multiplica la +elocidad media por el 6rea de la sección del tu,o)
R:+)A ) A: rea de la sección =m -! pulg-! pie-! cm->) *as unidades de caudal son m 12seg ! pies 12seg! Para el caso de un gas! el caudal acumulado por da se mide en PC< =millones de pies c8,icos por da>)
Se llama as a la e0presión matem6tica de la conser+ación de la masa total del 4udo! e indica que! si la sección de un tu,o de 4uo se estrec#a su +elocidad aumenta)
v3
En general se cumple: m3 B m$
v$
3
$
5-lu>o m=sico constante.
Para 4uidos incomprensi,les R% : R -
=Caudal constante>
Tam,i?n Para tu,eras o ductos +%) A%: +-) A-
=Caudal constante>
Presi$n Est5tica/ de "elocidad y total.- En el estudio
de los 4uos se emplean conceptos ,6sicos que caracterizan el mo+imiento del 4udo! encontr6ndose dentro de ellos el caudal! la presión est6tica! la presión de +elocidad y total! que pasamos a descri,ir a continuación a) Presi$n Est5tica (pe).- *a presión est6tica es la parte de la presión del 4udo de,ido solamente al grado de compresión del mismo! tam,i?n se entiende como la "uerza por unidad de super7cie eercida en todas las direcciones y sentidos 8nicamente por las partculas del 4udo! al margen de la dirección y sentidos de la +elocidad) Puede e0istir un 4udo en mo+imiento o en reposo! ya que todo 4udo eerce una presión so,re las paredes del recipiente que lo contiene! eerci?ndose por igual en todas las direcciones! siendo su +alor igual al cociente entre el +alor de esa "uerza y la super7cie que reci,e su acción)
) Presi$n de "elocidad (p").- *a presión de
+elocidad es la parte de la presión del 4udo de,ido solamente al mo+imiento del mismo en "orma conunta) Tam,i?n podemos decir que la presión de +elocidad de un 4uo de 4udo es la "uerza por unidad de super7cie que equi+ale a la trans"ormación total de la energa cin?tica en energa de presión) *a presión de +elocidad es siempre positi+a y se mani7esta 8nicamente en el sentido de la +elocidad) El mo+imiento del 4udo como ya se dio! es de,ido ,6sicamente a la di"erencia de presiones que e0isten entre dos puntos) Por lo tanto! la +elocidad del 4uo depende de la resistencia que encuentre en su recorrido la corriente del 4uo) Al igual que cualquier otra cosa que se mue+e! el aire eerce presión contra los o,st6culos a su paso y es proporcional a su +elocidad)
Pre#i9' de 5el!(id"d 7) 58 *a presión de +elocidad +iene e0presada por 2 p v
=
ρ v
2
2
(kg / m )
Siendo ρ: densidad del 4udo en /g2m1 + : +elocidad del 4uo en m2s)
c) Presi$n total (pt).- *a presión total es de,ido al grado de compresión del 4udo y a su mo+imiento) Es la suma alge,raica de la presión de +elocidad y de la presión est6tica en un punto) Si el aire se encuentra en reposo! la presión total ser6 igual a la presión est6tica) Es oportuno o,ser+ar como eemplo que! mientras la presión est6tica es negati+a en la aspiración y positi+a en la impulsión! la presión de +elocidad es siempre positi+a! por lo que la presión total es la suma alge,raica de am,as) @resión total B presión est=tica C presión de velocidad
+edici$n de presiones.
*a presión est6tica es medida en dirección perpendicular al 4uo para e+itar la in4uencia de la +elocidad del 4uido) En la siguiente 7gura ! se muestra el peque3o ori7cio en la pared de la tu,era conectada a un manómetro! es un dispositi+o tpico para medir presiones est6ticas)
Pa
3 rif c io p e r p e n d ic u l a r a l s e n t id o d e l : u j o
+ a n o ! e t ro Pe
Dispositivo tpico para medir presiones est=ticas.
+edici$n de presiones de "elocidad
*a presión de +elocidad es m6s di"cil de medir por que no se puede separar de la presión est6tica! la cual siempre lo acompa3a) *a 8nica e0cepción de una medida #ec#a en la descarga a la atmós"era a,ierta al 7nal de la tu,era! en cuyo caso la presión est6tica es cero) Para o,tener la presión de +elocidad en un ducto o tu,o es necesario medir la presión total y la presión est6tica simult6neamente! la di"erencia entra ellas dos es la presión de +elocidad)
+edici$n de presiones.
' Pa +ano!etro
(rreglo tpico para medir la presión total ; la presión
Tb!# de Pi%!% $"'9$e%r! e' ' d(%! de i$)l#i9'.
5a
5b
5c
a! 1ide la presión de velocidad, b! 1ide la presión est%tica, c! 1ide la presión total del flujo.
Tb!# de Pi%!% $"'9$e%r! e' ' d(%! de "#)ir"(i9'.
5a
5b
a! 1ide la presión de velocidad. b! 1ide la presión est%tica. c! 1ide la presión total del flujo.
5c
Consideremos el siguiente esquema $ E>e del tubo
v$ 3
v3
Nivel de re-erencia
La ecuación de la conservación de la energa para un -lu>o de -luido llamada tambi6n /Ecuación de Aernoulli se expresa as:
p1 γ
= C
2 1
v
+ h1 =
2 g
p2
= C
γ
v
2 2
2 g
+ h2 =
(1)
En unidades de presión
p1
+
1 2
2
v1 ρ + γ h1
=
p 2
+
1 2
v 22 ρ + γ h2
Donde: piBpresión est=tica. vi B Velocidad .
J B peso espec-ico del -ludo
?i B altura medida del nivel de re-erencia. g B aceleración de la gravedad 5%. m9s$
KBdensidad del -ludo
*a "ricción ocasionada por la +iscosidad de un 4udo y la tur,ulencia en un 4uo en especial en las paredes de la tu,era! ocasiona perdidas de energa lo cual para tu,os de di6metro constante se mani7esta como perdida de presión est6tica) En la 7gura siguiente se puede o,ser+ar! que la circulación de un 4udo en un tu,o de,ido a la di"erencia de presiones pro+oca una perdida de presión a lo largo del tu,o de,ido a las rugosidades del mismo) En esta misma 7gura se puede o,ser+ar que a mayor +elocidad las perdidas de carga son mayores)
5a
5b
A mayor caudal mayor perdida. En 8b! la perdida es mayor por el aumento de caudal.
Las perdidas de carga en general son ocasionados no solo por las rugosidades de al tubera2 si no por cual,uier obst=culo ,ue se colo,ue en la dirección o paso del -luido2 as como v=lvulas2 codos2 medidores2 etc.
En una tubera ,ue cambia de sección como se muestra en la -igura se demuestra ,ue la velocidad aumenta.
v$
v3
3
$
9 & :9 ", La velocidad aumenta pero la presión disminuye es decir p& ;p", gener%ndose un efecto de succión denominado el
4i el caudal se mantiene constante 53B$ ; el di=metro del tubo es uni-orme: (3B ($2 entonces: v3 B v$ @or tanto: ∆h
=
P 1
−
γ
P 2
@6rdida de carga
P;rdid"# de +ri((i9' ! re#i#%e'(i" de l" %ber<"
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3
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*a presión usada para +encer la resistencia del 4uo en un ducto es la presi$n est5tica) Por eso la presión est6tica en algunos te0tos es llamada presi$n ,riccional o de resistencia.
*a medida de la "ricción del 4uido en una tu,era es la cada de presión est6tica de una sección plana trans+ersal al 4uo a otra sección aguas de,ao de igual 6rea)
C V e ' % i l" l" d ! r
A
11000 (+$
B
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T b e r <" d e S ( ( i 9 ' 100? Pe@.3*/2O
Pe@.0*/2O
Diagrama ilustrativo ,ue muestra la cada de presión est=tica debido a la -ricción.
Para medir 4uos se de,e determinar la +elocidad media del Para 4uo en adelante solo +elocidad + elocidad y el caudal) *os instrumentos para medir 4uos son normalmente los siguientes
El tu,o de Pitot)
El tu,o de Annu,ar
El anemómetro
la placa ori7cio)
El tu,o de +enturi)
El contador +olum?trico! etc)
*a determinación de 4uos en el interior de ductos o tu,eras considera el #ec#o de que la +elocidad no es uni"orma a lo largo de cualquier di6metro de cualquier sección trans+ersal) A continuación +amos a realizar una ,re+e descripción de los mismos
Es un instrumento que permite medir la +elocidad de los 4udos! consta de un tu,o en ! que permite medir la presión de la +elocidad de un 4udo) Este instrumento consiste ,6sicamente en dos tu,os met6licos en dos tu,os met6licos conc?ntricos entre si y conectados a un manómetro di"erencial) ide puntualmente la presión de +elocidad del 4udo! que circula circu la en el interior de un ducto o tu,era! como como la di"erencia =p> entre su presión total tomada por el tu,o e0terno) A partir de esta di"erencia o,tiene la +elocidad puntual del 4udo mediante la ecuación
Q = kA
2∆ p ρ
Donde: B &audal Mp B @resión de velocidad ρ B Densidad del -ludo B &onstante del instrumento. ( B sección del del ducto
5b
5a
3
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a! tubo de Pitot con dos tomas para medir la presión est%tica 8"! y la presión de velocidad 8&!. b! esquema de un tubo real de pitot, el cual tiene tubos concntricos para determinar la presión de velocidad
Es un instrumento sencillo y de "6cil maneo utilizado principalmente para gases y tam,i?n para lquidos) Puede o,struirse cuando el 4uido arrastra sólidos)
Su rango de utilización es de . a -5.. mm de -O) Permite mediciones en un amplio rango de temperaturas) Es utilizado en ductos de di6metro mayor de %5.mm) *as perdidas de carga que origina son desprecia,les) Su di6metro de,e ser menor o igual a %2@. el del ducto) Para +elocidades in"eriores a - m2s de,e usarse anemómetros) En caso de o,strucción puede limpiarse usando aire comprimido) Su precisión +aria de %). a @). seg8n su operación)
*os anemómetros miden puntualmente la +elocidad de 4uidos e0teriores) Consisten en un rotor! dotado de ala,es met6licos inclinados! acoplado a un mecanismo que determina sus re+oluciones) Algunas de las caractersticas de los anemómetros son las siguientes Ideales para gases con +elocidades de .)-5 a 1. m2s) Tra,aan en un rango de temperaturas de . a . (C) Son m6s delicados que el tu,o de pitot) E0isten dos tipos muy conocidos de #ilo caliente e impelente) Se usa "recuentemente para medir al +elocidad del +iento o el aire)
Es un dispositi+o estacionario que mide la di"erencia de presión est6tica antes y despu?s de un disco met6lico cuyo centro tiene un ori7cio cali,rado) Se instala en ductos y tu,eras en cuyo interior circula el 4uido) *a di"erencia de presiones =p> es tomada por un manómetro di"erencial y esta relacionada con el caudal =R> seg8n la ecuación siguiente 2∆ p Q = kA ρ
Algunas de las caractersticas de la placa ori7cio son las siguientes
Es un instrumento sencillo y de ,ao costo) Necesita tramos rectos! li,res de cualquier o,strucción! tanto aguas arri,a como aguas a,ao) Admite presiones de 4uido #asta de & Pa)
Algunas de las caractersticas de la placa ori7cio son las siguientes Es un instrumento sencillo y de ,ao costo) Necesita tramos rectos! li,res de cualquier o,strucción! tanto aguas arri,a como aguas a,ao) Admite presiones de 4uido #asta de & Pa) Se utiliza con +apores! lquidos y gases) Ocasiona p?rdidas de presión irrecupera,les en la lnea) Su e0actitud depende del grado de desgaste de su canto) *as 4uctuaciones de presión ocasionan errores de lectura) Su precisión es del orden del %). del "ondo de la escala)
Vista de un medidor de placa ori-icio2 se puede ver ,ue la di-erencia de presiones medida por el manómetro permite determinar la velocidad del -luido conociendo la relación de =reas.
Es un aparato que permite e+aluar el caudal o +elocidad de los 4uidos lquidos y gases) unciona de manera an6loga a la placa ori7cio) Consiste ,6sicamente en un tu,o "ormado por una garganta recta entre dos troncos de cono) na toma de presión est6tica se realiza en la garganta y la otra a la salida del instrumento) Am,as tomas est6n conectadas a un manómetro di"erencial) Algunas de las caractersticas del tu,o +enturi son las siguientes Se utiliza para medir los 4uos de lquidos y gases) Introduce una perdida de presión in"erior a la placa ori7cio) Su precisión es del orden del .)5 de la lectura)
>ubo de venturi con manómetro diferencial para medir el caudal de un flujo.
Es un medidor estacionario constituido ,6sicamente de un disco que gira! en el interior de una ca+idad! al paso del lquido) El disco est6 acoplado a un mecanismo de lectura acumulati+a) Algunas de las caractersticas del contador +olum?trico son las siguientes No tiene competidor para 4uos ,aos de lquidos +iscosos) Puede medir caudales #asta de %. ... m 12#) *a presión del lquido puede alcanzar los .)& Pa) Es sensi,le a las impurezas del lquido) Su precisión es del orden del -)5 del "ondo de la escala)
'ire at!os,rico.- el aire es una mezcla de gas seco y
+apor de agua) *os gases contienen apro0imadamente F' de nitrógeno y -1 de o0igeno y otros gases totalizan apro0imadamente %! el +apor de agua e0iste en muy pocas cantidades as que es medido en gramos) e!peratura de ulo seco (#).- Es la temperatura medida con un termómetro ordinario =de ,ul,o seco> e!peratura de ulo B!edo (1).- Es la temperatura que resulta de la e+aporación del agua! en una gasa #8meda colocando so,re un termómetro com8n) El termómetro de ,ul,o #8medo es un termómetro de columna cuyo ,ul,o a sido cu,ierto por una gasa con algodón #8medo)
Ter$9$e%r! de blb! $ed!.
Para medir la temperatura de ,ul,o seco y #8medo se toma dos termómetros de cali,ración igual montado so,re un marco com8n para que tenga una mania que permita girar los instrumentos) Se gira cerca de dos tres +eces por segundo #asta que las lecturas repetidas sean constantes) =Tal+ez despu?s de unos minutos>) O,ser+amos la lectura de am,os termómetros tenemos una indicación de la #umedad relati+a! que signi7ca la cantidad real de #umedad en el aire! comparada con la m60ima cantidad que el aire puede contener a esa temperatura de ,ul,o seco)
P#i(r9$e%r! de 5!l%e!
e!peratura de punto de roci.
Es la temperatura de saturación a la cual tiene lugar la condensación del +apor de agua un eemplo es la #umedad so,re una +aso de agua con #ielo) El +idrio "rió reduce la temperatura del aire por de,ao de su punto de roció y la #umedad que se condensa "orma gotas so,re la super7cie del +idrio)
1u!edad especí,ica ()
Es el peso real de +apor de agua en el aire se e0presa en gramos a li,ras de agua por li,ra de aire seco! dependiendo de los datos usados) U : masa de +apor de agua 2 masa de gas seco : m+2mgs)
1u!edad relati"a
Es la relación del +apor de agua real en el aire comparado a la m60ima cantidad que estara presente a la misma temperatura! e0presada como un porcentae => : P+2Pg Tam,i?n se o,tiene directamente empleando una cur+a psicrometrica! aparte de la temperatura del ,ul,o seco y ,ul,o #8medo)
ubo de @itot ; manómetro2 midiendo presión de velocidad
anómetro midiendo di-erencia de presiones en un ducto
anómetro di-erencial inclinado
a anómetro para medir presión en pulgadas de agua2 b anómeteros para medir velocidad en pies9min
(nemómetro
