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Carlos Julio Fierro
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Alison Zaldumbide
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20/12/2017
16:00
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1. Tema: Simulación del funcionamiento de un sensor en Solidworks y FloWorks.
2. Objetivos:
Simular el funcionamiento estático de un sensor, partiendo de su caracterización mecánica. Manipular una herramienta para el diseño y simulación de un sensor en base a su caracterización mecánica.
3. Marco Teórico
FloWorks es un software para la simulación de fluidos integrado totalmente y de forma exclusiva con SolidWorks. Su objetivo es la facilidad de uso y la potencia de cálculo. La línea de producto se divide de la siguiente manera:
FloWorks Basic: para ingenieros que quieran validar sus diseños, permite analizar flujo interno y externo, compresible e incompresible, flujos laminares y turbulentos, así como análisis en estado permanente y análisis de transferencia de calor. Funciona totalmente a través de asistente, y tiene la misma potencia de análisis que los módulos superiores. FloWorks: añade a las anteriores capacidades la mezcla de múltiples fluidos, capacidad de transferencia de calor adicional y curva de ventiladores y bombas. Además, tiene capacidades de postproceso adicionales, co mo, por ejemplo, el trazado de partículas. Está indicado para ingenieros con necesidades avanzadas de análisis. FloWorks PE: añade además control avanzado de mallados y ajustes del SOLVER para optimizar el análisis a realizar y el tiempo de computación. Soporta los sistemas con múltiples procesadores. Dispone de la función EFD Zomming con la cual el usuario puede concentrarse en una pequeña zona del análisis y recalcular con mayor precisión. FloWorks Explorer: durante el tiempo que una licencia completa de FloWorks está haciendo cálculos, el usuario puede preparar otros análisis y visualizar los resultados de los análisis ya realizados.
(Echeverria, 2017)
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Sensor placa orificio
Ilustración 1. Sensor placa orificio
Una placa orificio es una restricción con una abertura más pequeña que el diámetro de la tubería en la que está inserta. La placa orificio típica presenta un orificio concéntrico, de bordes agudos. Debido a la menor sección, la velocidad del fluido aumenta, causando la correspondiente disminución de la presión. El caudal pued e calcularse a partir de la medición de la caída de presión en la placa orificio. (Electromática, 2015) La placa orificio es un sensor de caudal comúnmente utilizado, pero presenta una presión no recuperable muy grande, debido a la turbulencia alrededor de la placa, ocasionando un alto consumo de energía. (Electromática, 2015) El caudal se puede determinar por medio de las lecturas de presión diferenciales. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa captan esta presión diferencial. (Sensores de caudal, n.d.) El dispositivo primario más utilizado es la placa orificio que constituye la mayoría de los medidores de flujo. Hay diferentes tipos de placas de orificios como placa de orificios concéntricos (un disco circular que tiene una base circular concéntrica con una esquina afilada 90 grados en la cara de entrada), la placa de orificio excéntrico (un disco circular que tiene un orificio circular excéntrico con un ángulo agudo de 90 grados en la entrada de la cara) y la place de orificios segmentaria (disco circular con un orificio que es un segmento del circulo concéntrico y tiene un borde afilado a 90 grados en la cara de entrada). El material de construcción de estas placas es de acero inoxidable. La de orificio concéntrico es ampliamente utilizada en los servicios. En los servicios donde el medio siguiente es pegajoso o en suspensión, la de orificio segmentaria es la preferida. La recuperación de la presión corriente debajo de la placa de orificios es de aproximadamente 75 a 80 por ciento. (Instrumentación Industrial, 2015)
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Características: • • •
Es una forma sencilla de medir caudal (es una chapa precisamente agujereada) En ciertos casos, cuando circula gas se utiliza un transmisor multivariable Suelen requerir arreglos de piping específicos para poder cumplir con requisitos de tramos rectos. (Electromática, 2015)
Tubo Venturi
Ilustración 2. Tubi Venturi
Instrumento de medición de volumen e flujo que consiste en un tubo convergente – divergente. Un venturimetro estándar tiene un ángulo de 30 grados incluido en la sección convergente y un ángulo de 7 grados en la sección divergente. La relación de diámetro de “garganta d ” a “cañería d” es igual a 2. Este dispositivo se utiliza principalmente en los servicios con contenido de lodo. La sección divergente permite una exp ansión suave del flujo de nuevo a la velocidad de flujo y por lo tanto la recuperación de presión es de aproximadamente 87% y por lo tanto es más adecuada en servicios donde las presiones son bajas. (Instrumentación Industrial, 2015)
Tubo Pitot
Ilustración 3. Tubo Pitot
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Mide la velocidad del fluido mediante la conversión de la energía cinética del flujo en ene rgía potencial. Esta indicación de velocidad en combinación con el área de la sección transversal del tubo proporciona una indicación de la velocidad de flujo. (Instrumentación Industrial, 2015)
4. Procedimiento.
Simule el comportamiento del sensor de placa orificio indicado en el preparatorio. Simule el comportamiento de un Venturi, de un dispositivo de boquilla con los mismos datos de la placa-orificio y un tubo de Pitot. Para el Pitot utilice los datos consultados en el preparatorio.
5. Resultados
5.1.Placa con orificio
Ilustración 4. Sensor Placa con orificio.
Ilustración 5. Comportamiento del sensor placa con orificio (Presión)
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Ilustración 6. Comportamiento del sensor placa con orificio (Velocidad)
5.2.Venturi
Ilustración 7. Tubo Venturi.
Ilustración 8. Comportamiento del Venturi (Presión).
Ilustración 9. Comportamiento del Venturi (Velocidad).
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5.3.Dispositivo de boquilla
Ilustración 10. Dispositivo de boquilla.
Ilustración 11. Comportamiento del dispositivo con boquilla (Presión)
Ilustración 12 Comportamiento del dispositivo con boquilla (Velocidad)
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5.4.Tubo de Pitot
Ilustración 13. Tubo de Pitot.
Ilustración 14. Comportamiento de Tubo Pitot (Presión)
Ilustración 15. Comportamiento de Tubo de Pitot (Velocidad)
6. Conclusiones
El tubo de Pitot no varía al fluido en cuanto a velocidad y presión como si lo hacen placa con orifico, Venturi o dispositivo de boquilla, esto se debe porque el fluido tiene un área mayor para que pueda expandirse, haciendo relación con que la presión es la relación inversa de la fuerza sobre el área, entonces es por esto que la presión del
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líquido antes de pasar por el tubo de Pitot es levemente mayor y después que lo atraviesa esta desciende.
Tanto en la placa orificio, tubo de Venturi, y dispositivo de boq uilla el fluido presenta un comportamiento inverso con respecto a la presión y velocidad respectivamente, esto nos quiere decir que a medida que el fluido atraviesa el sensor de caudal su presión va desde el aumento hasta el descenso y caso contrario en su velocidad esta va desde una velocidad baja hasta una velocidad alta, entonces nos indica que la presión y velocidad son inversamente proporcionales.
7. Recomendaciones
Leer documentos de apoyo como instructivos, herramientas de ayuda del propio programa en donde encontremos información de los comandos y la manipulación correcta del software. Al momento de realizar la simulación tener presente los pasos a seguir para que los resultados sean los deseados.
8. Bibliografía
Sensores de caudal. (s.f.). Recuperado el 31 de mayo de 2015, de
http://sensoresdecaudal.blogspot.com/2009/05/placa-orificio.html Echeverrria, L. (s.f.). insdecem. Recuperado el 17 de http://www.insdecem.com/archivos/guias/GuiaK_INST.pdf
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2015,
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Electromática. (20 de Junio de 2015). Electromática. Obtenido de Electromática: http://www.electromatica.cl/flujometros.html Instrumentación Industrial. (20 de Junio de 2015). Instrumentación Industrial:Mediciones de flujo en refinerías. Obtenido de Instrumentación Industrial:Mediciones de flujo en refinerías: http://www.tecnoficio.com/electricidad/instrumentacion_industrial6.php
9. Anexos
Anexo1. Hoja de datos
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