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1.1.
1.2.
GENERALES
Calibrar los diferentes dispositivos de medición de flujo.
Realizar la comparación directa de medición de flujo utilizando utilizando un Venturimetro, orificio, rotámetro.
Demostrar la aplicación de la ecuación de Bernoulli para fluidos incompresibles.
ESPECÍFICOS 1.2.1. Medidor de Venturi
Determinar la constante de la ecuación de calibración de Venturi.
Determinar el coeficiente de Venturi ( ) y coeficiente de velocidades (Cv) a varias velocidades de flujo y estudiar su comportamiento en función del número de Reynolds.
1.2.2. Medidor de orificio en cañería.
Determinar la constante de ecuación de calibración de orificio ( ) y Cd.
Calcular el coeficiente de orificio en función del número de Reynolds.
2.1. MEDIDORES DE FLUJO 2.1.1. Medidor de Venturi. Es un tipo especial de boquilla seguido inmediatamente de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la perdida de energía cinética debido a rozamiento cuando el chorro de una boquilla sencilla u orificio descarga en el fluido que se mueve lentamente aguas
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abajo. Es, por principio, un medidor de área constante y caída de presión variable.
, conociendo el valor del caudad (forma práctica).
Se tiene que
siendo H diferencia de alturas del piezómetro.
Despejando el coeficiente de velocidades (Cv) de (2).
Relación de diámetros
()
2.1.2. Medidor de orificio. El paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable en la velocidad (energía cinética), a expensas de una disminución de la presión estática (caída de presión). Por esta razón se lo clasifica como un medidor de caudal de área constante y caída de presión variable, por cuanto esta última variara en función del caudal.
Relación de diámetros
()
√
Debido a la dificultad que es determinar los dos tipos de coeficientes (Cd = Cv x Cc) por separado, generalmente se utiliza la fórmula más simplificada de la ecuación (Streeter, 1977). Si hacemos
√
reemplazando en (4) Página 3
Por lo tanto
√
Despejando √
Número de Reynolds
Dónde: V: velocidad de flujo. D: diámetro de la garganta u orificio. v: viscosidad cinemática del agua (10 -6m2/seg.)
2.1.3. Rotámetro. Es un medidor de caudal en tubería, de área variable y caída de presión constante. El rotámetro consiste en un flotador-indicador que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba, hasta que el área anular entre en él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea suficiente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabada una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto. Mientras el flotador se encuentre más hacia la parte superior, el área de flujo será mayor. El rotámetro es uno de los aforadores más populares de la industria. Es especialmente útil para el control manual o automático, porque permite que el operador visualice el proceso de circulación y haga comparación sin parar la instalación.
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Para el desarrollo de la actividad experimental, el equipo consta de:
Tanque de almacenamiento de agua Bomba centrifuga de 1Hp Medidores de flujo: rotámetro, Venturi y orificio. Tubería recta y accesorios de conexión. Tablero con medidores de caída de presión.
Los diferentes dispositivos de medidores de flujo se hallan instalados en serie y el agua recircula a través del sistema. Además, la unidad cuenta con un manómetro Boudon para indicar la presión del sistema. El Venturimetro es un dispositivo, el cual se representa en un esquema con sus respectivas medidas. El medidor de orifico, está instalado en la tubería de 1” OD SS -304 (Di=22mm). El rotámetro presenta una escala de 0-36 LPM, calibrado para agua. El rotámetro galvanizado es de ½” (diámetro interno=16mm), el tubo PVC es de ½” (diámetro (diámetro interno=16mm) y el tubo de acero inoxidable ¾” OD (10mm), equivalente a la tubería de ½” de 16mm de diámetro interno.
1. Verificar que el tanque tenga contenido de agua. 2. Verificar que la válvula de bola (Vb), válvula de compuerta (Vc) y válvula de globo (Vg) del sistema de tubería este completamente abierta. 3. Verificar que la válvula globo de control de flujo este completamente cerrado al igual que la válvula de retorno By pass (V2). 4. Poner en marcha el equipo experimental a través del switch on 1” off, luego abrir cuidadosamente la válvula hasta obtener y evacuar las burbujas de aire en la red. 5. A continuación cerrar cuidadosamente la válvula hasta un caudal Q=4LPM y apagar el motor para proceder a suministrar aire a través de un inflador para controlar el nivel de referencia del líquido piezómetro, se recomienda que sea lo mínimo posible por debajo de la escala cero, en todos los casos, tanto para medidores de flujo, y los diferentes accesorios de conexión (codo, Te, expansión, contracción y curvatura de retorno). Página 5
6. De igual forma evacua aire de los manómetros de tubo recto y válvula (globo, compuerta y bola). 7. A continuación se pone en marcha nuevamente la bomba y se procede con el experimento iniciando con un caudal de 2, 4, 6, 8, 10, 12LPM (máximo por limitación limitació n de las alturas de columna de líquido de los piezómetros). 8. Finalizado el experimento experimento apagar el switch, switch, en caso utilizar el equipo equipo por más de 15 días es necesario drenar el agua del sistema, a través de los tapones instalados. Es necesario desfogar toda el agua del sistema de tubería a través de los tapones que están colocados en las diferentes test del equipo, menos en la test de evaluación. Para la curva de calibración del rotámetro, fijar un caudal en el rotámetro y luego tomar el volumen y tiempo (se recomienda 3 tomas por cada lectura de rotámetro.
Cuadro 1.- Recolección de datos experimentales. Índice Volumen Tiempo Caudal Altura manométrica rotáme experimental (Qc) tro Venturi Orificio 3 3 (l/min) l m seg min (l/min) (m /seg) (mm) (m) (mm) (m) 4 6 8 10 12
1.57 1.2 1.51 2.0 1.81 1.61 1.87 1.74 1.84 1.9
1.57*10 -3 1.2*10 -3 1.51*10 -3 2.0*10 -3 1.81*10 -3 1.61*10 -3 1.87*10 -3 1.74*10 -3 1.84*10 -3 1.9*10 -3
21 17 15 19 13 12 11 10 9 8
0.35 0.28 0.25 0.317 0.217 0.2 0.183 0.167 0.15 0.133
4.486 4.24 6.04 6.32 8.35 8.05 10.2 10.44 12.27 14.25
7.48*10 -5 7.06*10 -4 1.01*10 -4 1.05*10 -4 1.39*10 -4 1.34*10 -4 1.7*10 -4 1.74*10 -4 2.04*10 -4 2.38*10 -4
90 100 270 280 440 500 1720 560 1150 1100
0.09 0.1 0.27 0.28 0.44 0.5 1.72 0.56 1.15 1.10
30 90 250 230 300 250 710 800 1100 1020
0.03 0.09 0.25 0.23 0.3 0.25 0.71 0.80 1.10 1.02
Cuadro 2.- Resultados del medidor Venturi. Diámetro de tubería (D1)=0.022m Diámetro de garganta (D2)=0.0132m Para el cálculo cálculo de V, , Cv y Re se usaron las siguientes siguientes formulas:
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Índice rotámetro (l/min) 4 6 8 10 12
H (m) 0.095 0.275 0.47 1.14 1.125
Qc (m3/seg) 7.27*10 -5 1.03*10 -4 1.365*10 -4 1.72*10 -4 2.21*10 -4
V (m/seg) 0.075 0.75 0.996 1.255 1.61
Cv 0.39 0.32 0.33 0.27 0.34
0.3627 0.2976 0.3069 0.2511 0.3162
Re 990 9900 13147.2 16566 21252
Cuadro 3.- Resultados del medidor de Orificio. Diámetro de tubería (D1)=0.022m Diámetro de orificio (D2)=0.0154m Para el cálculo de V, , Cd y Re se usaron las siguientes formulas:
Índice rotámetro 4 6 8 10 12
H (m) 0.06 0.24 0.275 0.755 1.06
Qc (m3/seg) 7.27*10 -5 1.03*10 -4 1.365*10 -4 1.72*10 -4 2.21*10 -4
V (m/seg) 0.39 0.55 0.73 0.92 1.19
0.36 0.26 0.32 0.24 0.26
Cd
Re
0.3132 0.2262 0.2754 0.2088 0.2262
6006 8470 11242 14168 18326
6.1. Gráfico de la curva curva de calibración del rotámetro. rotámetro. Índice rotámetro (l/min)
Caudal experimental (Qc) (l/min)
4 6 8
4.363 6.180 8.200 Página 7
10 12
10.320 13.260
) 14 M P L ( 12 o r t e 10 m a t o 8 r e d e 6 c i d n i
Series1 Linear (Series1)
4 2 0
0
5
10
15
caudal experimental Qc (LPM)
6.2. Gráfico de la variación de Cv y Reynolds.
con respecto a la variación del número de
Cv 0.39 0.32 0.33 0.27 0.34
0.3627 0.2976 0.3069 0.2511 0.3162
Re 990 9900 13147.2 16566 21252
v 0.45 C y 0.4
0.35 0.3 0.25
a
0.2
Cv
0.15
Linear (a)
0.1
Linear (Cv)
0.05 0 0
5000
10000
15000
20000
25 000
numero de Reynolds
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6.3. Gráfico de la variación variación de Cd y con respecto a la variación del número de Reynolds.
0.36 0.26 0.32 0.24 0.26
Cd
Re
0.3132 0.2262 0.2754 0.2088 0.2262
6006 8470 11242 14168 18326
0.4
d C y 0.35
0.3 0.25 b 0.2
Cd
0.15
Linear (b)
0.1
Linear (Cd)
0.05 0 0
5000
10 00 0
15000
20000
numero de Reynolds
6.4. Elaborar una escala escala que permita por la sola lectura del medidor de orificio y Venturi determinar el caudal del fluido. a. ESCALA DE DE MEDIDA DEL CAUDAL CAUDAL EN EL MEDIDOR VENTURI VENTURI H (m) 0.095 0.275 0.47 1.14 1.125
Qc (m3/seg) 7.27*10 -5 1.03*10 -4 1.365*10 -4 1.72*10 -4 2.21*10 -4
b. ESCALA DE DE MEDIDA DEL CAUDAL CAUDAL EN EL MEDIDOR VENTURI VENTURI H (m) 0.06 0.24
Qc (m3/seg) 7.27*10 -5 1.03*10 -4 Página 9
0.275 0.755 1.06
1.365*10 -4 1.72*10 -4 2.21*10 -4
.La selección eficaz de un medidor de caudal exige un conocimiento práctico de la tecnología del medidor, además de un profundo conocimiento del proceso y del fluido que se quiere medir. .Cuando la medida del caudal se utiliza con el propósito de facturar un consumo, deberá ser lo más precisa posible, teniendo en cuenta el valor económico del fluido que pasa a través del medidor, y la legislación obligatoria aplicable en cada caso.
Tener en cuenta que los Medidores de Flujos son dispositivos, el cual pueden ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales son comunes
Reconocer que con la ayuda de un medidor de flujo se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o hacerle mejoras a equipos ya construidos y que estén siendo utilizados por empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de energía, menos espacio físico y en general muchos aspectos que le puedan disminuir pérdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios.
El Tubo de Venturi es un dispositivo que por medio de cambios de presiones puede crear condiciones adecuadas para la realización de actividades que nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnológicas.
1. ¿Cuál de los dispositivos de medición de flujo considera Ud. el más adecuado para medir caudales en una tubería? Página 10
La selección eficaz de un medidor de caudal exige un conocimiento práctico de la tecnología del medidor, además de un profundo conocimiento del proceso y del fluido que se quiere medir.
2. Proponga el método más adecuado para la medición de grandes caudales de flujo de agua. El tubo Annubar tiene mayor precisión que el tubo de Pitot, así como una baja pérdida de carga, utilizándose para la medida de pequeños y grandes caudales de fluidos.
3. Señalar los principales factores que intervienen en la variación del coeficiente β en el medidor de orificio.
El medidor de orificio es un dispositivo extraordinariamente sencillo, para indicar índices de flujo, pero podría utilizarse como medidor cualquier medidor que produjera una caída de presión y admitiera una relación del índice de flujo en función de la caída de presión como A condición de que el coeficiente de descarga se determinara por pruebas simples como se ha señalado antes, las cantidades dependientes del nº de Reynolds tienden a hacerse constantes al incrementar dicho número. A veces los Ing. Interpretan este hecho en el sentido de que existe un valor constante del coeficiente de descarga para los índices comunes de flujo. Esta opinión puede ser incorrecta, por supuesto, y es preciso tener en cuenta que la viscosidad del fluido, la densidad y los diámetros de los tubos producen variación del nº de Reynolds, que puede tener a su vez una magnitud suficiente para ser que Cd varíe ampliamente.
Coeficiente de contracción El coeficiente de contracción (Cc) es la relación entre el área de la sección recta contraída de una corriente (chorro) y el área del orificio a través del cual fluye el fluido.
Coeficiente de descarga El coeficiente de descarga (Cd) es la relación entre el caudal real que pasa a través del aparato y el caudal ideal. Este coeficiente se expresa así: Más prácticamente, cuando el coeficiente de descarga se ha determinado experimentalmente: El coeficiente de descarga puede escribirse también en función del coeficiente de velocidad y del coeficiente de contracción, o sea: El coeficiente de descarga no es constante. Para un dispositivo dado, varía con el número de Reynolds. Página 11
http://www.monografias.com/trabajos31/medidores-flujo/medidoresflujo.shtml#conclu http://www.swagelok.com/downloads/WebCatalogs/ES/MS-02-346.pdf
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