Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CURSO
: LABORATORIO LABORATORIO DE INGENIERIA INGENIERIA MECANICA MECANICA I
DOCENTE
: JULCA OROSCO TEOBALDO. PRACTICA DE LABORATORIO N° 03:
“MEDICION DE CAUDAL Y CALIBRACION DE ROTÁMETROS”
ALUMNOS
:
CÓDIGO:
-
HIDROCO COLUNCHE JOSE
-
MEJIA VASQUEZ DOLFER
-
MONTENEGRO GRANADOS EDUARDO
-
RIOS RUIZ CRISTIAN MICHAEL
075174 – G
-
SILVA SILVA PERSY
075175 – C C
-
ULCO YOVERA DANIEL
CICLO : 2010 – I I Lambayeque, Octubre de 2010.
061798 – C C
Medición de Caudal Y Calibración Calibraci ón de Rotámetros
FIME - UNPRG
MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTAMETROS I.- OBJETIVOS: GENERAL: -
Obtener
la curva de calibración de un rotámetro utilizando
una
cubeta y un cronometro como instrumento patrón.
ESPECIFICOS: -
Conocer los dispositivos usados para medir flujo volumétrico.
-
Realizar Las Mediciones Correspondientes.
-
Determinar la linealidad y el coeficiente de descarga.
II.- FUNDAMENTO TEORICO: El principio fundamental de los medidores de flujo es producir una transformación de la mecánica de los fluidos, de energía de presión a velocidad de flujo .La importancia de la medida del flujo de fluido que circula a través de una tubería es el propósito fundamental del presente informe, siendo uno de los aspectos más importantes en el control de proceso, de hecho, es una de las variables mas medidas. Existen muchos métodos confiables y precisos para medir flujo, entre los instrumentos utilizados están los instrumentos de área variable, trabajando para efectos de la práctica con el rotámetro, cuya calibración es de gran utilidad para comprobar la efectividad del instrumento y su porcentaje de error.
Caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área
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Medición de Caudal Y Calibración Calibraci ón de Rotámetros
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dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.
Donde: 3 −1
3
Q Caudal ([L T ]; m /s)
A
Es el área ([L2]; m2) Es la velocidad lineal promedio. ([LT −1]; m/s)
La medición práctica del caudal líquido en las diversas obras hidráulicas, tiene una importancia muy grande, ya que de estas mediciones depende muchas veces el buen funcionamiento del sistema hidráulico como un todo, y en muchos casos es fundamental para garantizar la seguridad de la estructura. Calibración : se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos
fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real versus indicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión o un nivel de fluido.
ROTAMETROS El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. La ranuras en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición central en el tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador. Laboratorio de Ing. Mecánica I
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Medición de Caudal Y Calibración Calibraci ón de Rotámetros
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Es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de 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 él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal. Los rotámetros, flowmeters, del tipo área variable, son instrumentos diseñados para la medición y control de caudales, gases y líquidos. Fabricamos caudalímetros desde 1 ml/h hasta 1000000 lts/min. La unidad de lectura vendrá especificada en la unidad de preferencia del usuario (lts/h, g/min, m/h, scfh, lbm/min,
scfm,
etc),
es
decir,
lectura
directa
de
caudal.
Rangos operacionales disponibles: desde 0,5 ltrs/h de agua (0,01 mtr^3/h de aire), para tuberías de diámetro 1/4" NPT, hasta 100000 ltrs/h de agua (3000 mtrs^3/h de aire) para tuberías de diámetro 4". Para diámetros de tubería mayores de 3", caudales hasta 10000000 ltrs/min, se usará el medidor de flujo de tipo área variable modelo "push botton".
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Aquí se presenta un modelo de las especificaciones técnicas de un Rotámetro:
El tubo medidor del tipo pyrex, está protegido por una carcasa protectora de acero inoxidable calidad 316. EL flotador medidor se desplaza verticalmente a lo largo de una varilla guía, razón por la cual pueden ser utilizados para medir fluidos de una alta viscosidad. Rotámetros de seguridad con fabricación especial y a requerimientos específicos están disponibles. Los materiales usados son:
-
Tubo medidor en vidrio borosilicato tipo pyrex.
-
Conectores y partes internas en acero inoxidable 316.
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Medición de Caudal Y Calibración Calibraci ón de Rotámetros
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III. ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y
MATERIALES:
1. 01 Rotámetro.
MEBROHR NR. B 66018
2. 01 Cubeta Graduada.
3. 01 Cronometro.
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4. Termómetro de columna de Hg TBS 5. Termómetro de columna de Hg TBH
6. Termómetro tipo k
MODEL 303C CLOCK
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Medición de Caudal Y Calibración Calibraci ón de Rotámetros
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IV.- PROCEDIMIENTO: Después de obtener todos los equipos e instrumentos a utilizar en este ensayo se ponen en práctica de la siguiente manera:
2.- Medir la temperatura de bulbo húmedo, bulbo seco, y registrar las condiciones ambientales (presión atm, temperatura y humedad relativa)
3.- A través de la apertura de una válvula que permite el ingreso del líquido el cual nos permitirá marcar la posición del flotador (mm) en el rotámetro lo cual es comparado con un monograma para obtener el caudal teórico y paralelamente también se tiene una cubeta graduada lo cual arroja el caudal real en un tiempo determinado para ambos.
4.- Tomar medidas de columnas de líquido en el rotámetro desde 100mm hasta 190mm en intervalos de 10mm.
5.- Ver en el monograma el caudal teórico respectivo de cada valor tomado del rotámetro.
6.- Una vez tomado la medida en el rotámetro controlar un tiempo determinado con ayuda de un cronometro y medir el caudal real en la cubeta graduada (L/S).
7.- Anotar todos los datos en la tabla de datos experimentales.
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Medición de Caudal Y Calibración Calibraci ón de Rotámetros
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V. DATOS EXPERIMENTALES: Posición del Flotador (mm) N° Asc
Dsc
1
100
100
2
110
3
Tiempo (S)
Asc
Dsc
12.1
0.5
0.5
110
9.72 10.5
0.5
0.5
120
120
8.46 8.55
0.5
0.5
4
130
130
5.89 5.08
0.5
0.5
5
140
140
5.49 4.85
0.5
0.5
6
150
150
4.86 4.72
0.5
0.5
7
160
160
4.1
4.5
0.5
0.5
8
170
170
3.55 3.65
0.5
0.5
9
180
180
3.45 3.33
0.5
0.5
10
190
190
3.28
0.5
0.5
Presión
Asc Dsc
Volumen de la Cubeta (Lts)
15
:
Temperatura del Bulbo Húmedo :
3.1
P = 1atm TBH = 19C°
Temperatura del Bulbo Seco
:
TBS = 32C°
Humedad Relativa
:
HR= 49%
Hora
:
1.18 Pm
Serie del Rotámetro
:
A01012 Nr. B66018
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Medición de Caudal Y Calibración Calibració n de Rotámetros
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VI.- CALCULOS Y RESULTADOS:
Para el caudal teórico ver tabla Nr. B 66018 y dividir el valor tomado entre 3600 ( Tabla Tabla # 03).
Para el caudal real usar la siguiente fórmula: Qreal
Caudal Real Promedio:
QR P
Coeficiente de descarga:
C D
Q R. Asc QR.Dsc
2
Volcubeta (l ) Tiempo(s )
.
; Caudal Caudal Teórico Teórico Promedio:
QTP
QT . Asc
QT .Dsc
2
Qexp erimental Qteorico
TABLA DE RESULTADOS
Volumen Posición Tiempo de del la Cubeta N° Flotador (S) (mm) (Lts) Asc Dsc Asc Dsc Asc Dsc 1 100 100 15 12.1 0.5 0.5 2 110 110 9.72 10.5 0.5 0.5 3 120 120 8.46 8.55 0.5 0.5 4 130 130 5.89 5.08 0.5 0.5 5 140 140 5.49 4.85 0.5 0.5 6 150 150 4.86 4.72 0.5 0.5 7 160 160 4.1 4.5 0.5 0.5 8 170 170 3.55 3.65 0.5 0.5 9 180 180 3.45 3.33 0.5 0.5 10 190 190 3.28 3.1 0.5 0.5
Caudal Teórico (L/s.) Asc
Dsc
Caudal Real (L/s.) Asc
(%)
ER (%)
Coef. de descarga (CD)
4.6 4.6 4.8 2.7 3.5 3.9 4 3 3.5 4
55.422 47.917 44.860 22.689 26.515 27.273 25.478 17.751 19.126 20.305
0.446 0.521 0.551 0.773 0.735 0.727 0.745 0.822 0.809 0.797
QTP (L/s.)
QRP (L/s.)
EABS
IEABSI
0.083 0.096 0.107 0.119 0.132 0.143 0.157 0.169 0.183 0.197
0.037 0.050 0.059 0.092 0.097 0.104 0.117 0.139 0.148 0.157
-0.05 -0.05 -0.05 -0.03 -0.04 -0.04 -0.04 -0.03 -0.04 -0.04
Dsc
0.083
0.083
0.033
0.041
0.096
0.096
0.051
0.048
0.107 0.119 0.132 0.143 0.157 0.169 0.183
0.107 0.119 0.132 0.143 0.157 0.169 0.183
0.059 0.085 0.091 0.103 0.122
0.058 0.098 0.103 0.106 0.111
0.141 0.145
0.137 0.150
0.197
0.197
0.152
0.161
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Medición de Caudal Y Calibración de Rotámetros
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CALCULOS valor leido en el rotamero
valor leido en monograma
caudal teorico
100
300
0.083
110
344
0.096
120
384
0.107
130
428
0.119
140
474
0.132
150
516
0.143
160
564
0.157
170
610
0.169
180
660
0.183
190
710
0.197
Para el caudal teórico ver tabla Nr. B 66018 y dividir el valor tomado entre 3600
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CALCULOS valor leido en el rotamero
valor leido en monograma
caudal teorico
100
300
0.083
110
344
0.096
120
384
0.107
130
428
0.119
140
474
0.132
150
516
0.143
160
564
0.157
170
610
0.169
180
660
0.183
190
710
0.197
Caudal teorico
0.083 0.096 0.107 0.119 0.132 0.143 0.157 0.169 0.183 0.197
Caudal real
Para el caudal teórico ver tabla Nr. B 66018 y dividir el valor tomado entre 3600
Eabs
Eabs( %)
ER(%)
0.037
-0.05
0.05
4.6
55.422
0.05 0.059
-0.05
0.05
4.6
47.917
-0.05
0.05
4.8
44.860
0.092 0.097 0.104 0.117 0.139 0.148
-0.03
0.03
2.7
22.689
-0.04
0.04
3.5
26.515
-0.04
0.04
3.9
27.273
-0.04
0.04
4
25.478
-0.03
0.03
3
17.751
-0.04
0.04
3.5
19.126
0.157
-0.04
0.04
4
20.305
CALCULO DE ERRORES Ecuación de la curva de calibración y ajuste
Donde:
∑ (∑ )(∑ ) ∑ (∑ )
Laboratorio de Ingeniería Mecánica Mecánic a I
∑ (∑ ) (∑ )(∑ ) ∑ (∑ )
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Medición de Caudal Y Calibración de Rotámetros
2
FIME - UNPRG
2
N°
Q TP TP
Q TP TP
Q EP EP
Q EP EP
Q TP TP*Q EP EP
1
0.006889
0.037 0.05 0.059 0.092 0.097 0.104 0.117 0.139 0.148 0.157
0.001369
0.003071
0.0025
0.0048
0.003481
0.006313
0.008464
0.010948
0.009409
0.012804
0.010816
0.014872
0.013689
0.018369
0.019321
0.023491
0.021904
0.027084
10
0.083 0.096 0.107 0.119 0.132 0.143 0.157 0.169 0.183 0.197
0.024649
0.030929
Sumatorias
1.386
0.205096
0.115602
0.152681
2 3 4 5 6 7 8 9
0.009216 0.011449 0.014161 0.017424 0.020449 0.024649 0.028561 0.033489 0.038809
33.12
VII.- GRAFICAS: Curva De Calibración Y Ajuste Ajuste
s / L o i d e m o r P l a e R l a d u a C
Q RP RP VS Q TP TP 0.2 0.15 0.1
y = 1.083x - 0.050 R² = 0.977
0.05 0 0
0.05
0 .1
0 .1 5
0.2
0.25
Caudal Teorico Promedio L/s
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Medición de Caudal Y Calibración de Rotámetros
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Curva De Corrección
ER (%) VS Q TP TP 60 ) 50 % ( o 40 v i t a 30 l e R r 20 o r r 10 E
0.197, 20.305
0 0
0.05
0 .1
0 .1 5
0 .2
0.25
Caudal Teorico Promedio L/s
Curva Del Coeficiente de Descarga
CD VS CTP 1 a g r a 0.8 c s e D0.6 e d e 0.4 t n e i c 0.2 i f e o C 0
0.197, 0.797
0
0 .0 5
0.1
0 .1 5
0.2
0 .2 5
Caudal Teorico Promedio L/s
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VIII.- OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Observaciones:
El caudal teórico es igual cuando se toma la medida ascendente que descendente.
El porcentaje de error es muy alto esto se puede deber a una mala precisión con que se tomaron las medidas.
Conclusiones:
Mediante
la
practica
realizada
hemos aprendido a calibrar un
rotámetro con ayuda de una cubeta y un cronometro.
La posición del flotador se convierte en un parámetro de comparación entre el caudal teórico y el real.
Obteniendo el
caudal real
y teórico
hemos
podido
calcular el
coeficiente de calibración.
Recomendaciones:
Para disminuir el error trabajar con una cubeta más grande (1L ó más).
Tener mucho cuidado al abrir o cerrar las válvulas que permiten el ingreso del líquido al Rotámetro.
IX.- BIBLIOGRAFIA Y LINCOGRAFIA: - CENGEL Yunus, CIMBALA John. Mecánica de fluidos: fundamentos y aplicaciones. Mc Graw Hill. México. 2006
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/camacho_a_l/apendiceE.pdf Laboratorio de Ingeniería Mecánica Mecánic a I
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ANEXO
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Monograma utilizado para el cálculo del caudal teórico
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