Ingeniería A!ienta" O#eraciones y $rocesos Unitarios
MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO (Medidores de Venturi y Orifcio)
INTEGRANTES
%a&an Li'an Roi Figueroa Aado A!e" F"ores %enites Jesus Luis on&a"e& Rona"
LA%ORAORIO *+,
MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
-ontenido RESUMEN............................................................................................................ / I.
INTRODUCCION............................................................................................./
II.
MATERIALES Y METODOS. .............................................................................,
2.1.
Materiales y equipos..................................................................................,
2.2.
Métodos..................................................................................................., RESULTADOS...........................................................................................01
III.
3.1.
En el medidor d Venturi............................................................................01
COEFICIENTE DE VENTURI ..............................................................11 COEFICIENTE DE ORIFICIO. .............................................................13
1.
Calculo de la caída de presión temporal a diferente radio..............................0,
2.
Determinar el caudal en cada lectura del rotámetro. .....................................0,
3.
Determinar la elocidad a diferentes caudales.............................................02
!.
Calcular el coeficiente de orificio................................................................03
".
Calculo de la presión permanente #$$........................................................03
IV.
CONCLUSIONES.......................................................................................04
V.
BIBLIOGRAFICA..........................................................................................04
VI.
ANEXOS...................................................................................................05
#6g. 0
LA%ORAORIO *+,
MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
RESUMEN
El tercer tra%a&o de la%oratorio consistió en mostrar a los alumnos la operación de los medidores de orificio' Venturi y se anali(ó la ariación de descar)a del orificio con el n*mero de +eynolds. $ara tal e,perimento se tuo conocimiento so%re el uso de la cali%ración del rotámetro -practica n1/' pues es muy importante con el cual se tra%a&ó a nieles de "0'100.1"0 y 200' donde se o%tuo diferentes alturas con ayuda al mercurio y una re)la milimetrada y estos datos aplicados para la o%tención de ener)ía suministrada o potencial y finalmente poder reali(ar una )ráfica en función del caudal.
I.
INTRODUCCION.
En la actualidad la medición del flu&o es la aria%le más importante en la operación de una plata' sin esta medida el %alance de materia' el control de calidad y la operación misma de un proceso continuo serian casi imposi%le de reali(ar. E,isten mucos métodos confia%les para la medición de flu&o' uno de los más comunes es el que se %asa en la medición de las caídas de presión causadas por la inserción' en la línea de flu&o' de al)*n mecanismo que reduce la sección al pasar el fluido a traés de la reducción aumenta su elocidad y su ener)ía cinética las placas de orifico y el Venturi estudiados en esta práctica perteneces a esta clase. 4%&etios 5Determinar para los medidores de orificio y Venturi las constantes C 6 Co. 5 Determinar la ener)ía consumida o potencial y la perdida permanente de presión relatia y el n*mero de +eynolds. 5 7raficar y anali(ar $8f -9/ #pp:#p 8 f -9/ además' determinar la constante Co8f -+e/ y C8 f -+e/.
#6g. /
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II.
MATERIALES Y METODOS.
;;.1.
Materiales y equipos. 5 +e)la milimetrada. 5 +otámetro 5 Medidor de orificio. 5 Medidor de Venturi.
;;.2.
Métodos.
>aciendo un %alance de ener)ía entre el orificio -punto 1/ y la sección posterior al orificio -punto 2/' despreciando las pérdidas por fricción tenemos
?-1/ $ara un fluido incompresi%le y de la ecuación de continuidad
?.. -2/ #6g. ,
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=ustituyendo 2 en 1
?.. -3/ Despe&ando V1 y sa%iendo que D18 4rificio
?.. -!/ En caso de que consideren las pérdidas de fricción' es necesario a)re)ar el coeficiente de orificio Co' teniendo lo si)uiente
?.. -"/ =iendo V1 elocidad en el orificio. =i se requiere conocer el caudal
?.. -@/ Co Coeficiente de orificio o coeficiente de descar)a para el caudal. Este coeficiente aría entre 0.@ y 0.@2 para orificios concentrados de %ordes afilados y si el n*mero de +eynolds es mayor de 20000 y si la toma posterior está en la ena contracta. Do Diámetro de orificio. D2 Diámetro de la tu%ería.
#6g. 2
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?.. -B/ $ara )ases la ecuación de%e modificarse mediante un factor empírico que' para el caso de comportamiento ideal es
?.. -G/ =iendo H la relación de las capacidades caloríficas a presión y olumen constantes.
?.. -I/ #6g. 3
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$or lo tanto
?.. -10/ as ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presión están situadas en las %ridas' 1 diámetro de la tu%ería antes de la placa y 0." diámetro después' si la toma posterior está situada después de la ena contracta se utili(a un factor H que es función de la relación J para +eynolds mayores de 20 000.
Donde
….. (11) Tubo Ventu!
Este medidor fue inentado por Clemens >erscel en 1GG1 y llea el nom%re de Venturi por el científico italiana que fue el primero en e,perimentar en tu%os dier)entes.
#6g. 7
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Este medidor es el más e,acto teniendo una mínimo perdida de presión permanente y permitiendo el paso de 1.@ eces más el flu&o que la placa de orificio. El aparato está formado por tres secciones principales' una coner)ente con Kn)ulo menor a B' una sección intermedia que constituye la )ar)anta o estrecamiento y una dier)ente.
a ecuación para o%tener la elocidad se deduce de manera similar a la de un medidor de orificio.
?.. -12/ V1 Velocidad en la )ar)anta. D1 Diámetro de la )ar)anta. D2 Diámetro de la tu%ería. C Coeficiente de descar)a su alor medio es de 0.IG. as pérdidas de presión no recupera%les son del 10 de la caída de presión marcada en el manómetro diferencial.
#6g. 4
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E,isten
otros
medidores
de
flu&o
como Rot"#eto
Consiste esencialmente de un flotador indicador que se muee li%remente en un tu%o ertical li)eramente cónico con el e,tremo de menor diámetro en la parte inferior. El fluido entra por la parte inferior del tu%o y e&erce una fuer(a ascendente so%re la %ase del flotador al su%ir el flotador permite que pase una determinada cantidad de flu&o por el área anular' área formada entre el flotador y la pared del tu%o y será tal que la caída de presión en ese estrecamiento %aste para equili%rar la fuer(a de )raedad y el peso del flotador' en ese momento el flotador permanece estacionario en al)*n punto del tu%o. a pérdida de presión se mantiene constante so%re el interalo completo del flu&o. Entonces para cada flu&o. El flotador alcan(a una altura determinada. El tu%o cónico llea )ra%ada una escala lineal en unidades del flu&o o indica el porcenta&e del flu&o má,imo. os rotámetros no necesitan tramos rectos de tu%ería antes y después del punto donde se instalan.
#6g. 5
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a ecuación correspondiente al flu&o o caudal -Ca/ iene dada por
?.. -1!/ Cada ma)nitud tiene el si)nificado indicado en la fi)ura anterior y H es el coeficiente rotámetro. 7eneralmente el rotámetro se cali%ra con el fluido para el cual se empleará como medidor del caudal. =in em%ar)o' si se cali%ra con un fluido K de densidad r K y después se emplea para medir el caudal de otro fluido L de r L' la relación de caudales iene dada por
?.. -1"/
#6g. 8
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III.
RESULTADOS.
;;;.1. En el medidor d Venturi T$b%$ N&1. Datos calculados' de la ariación de alturas. Tube'$ (#) LR. * 1** 1* +**
+-m/ 0.00I 0.02@" 0.0"@ 0.0GI
+ -m/ 0.00G" 0.020" 0.03I" 0.0"I
I a 10 0.01 0.02I 0.0@! 0.0IG
I a 11 0.01! 0.03! 0.0@" 0.0I!
12 a 13 0.00G 0.02! 0.0!G 0.0G
12 a 1! 0.003 0.00B 0.01! 0.02!
Fuente: Datos experimentales.
T$b%$ N&+, Datos y respuestas totales' después del cálculo. LR.
R(##)
I
* 1**
R- (##)
G."
2@."
20."
"@
1*
3I."
GI
+**
(#L/)
"I
(#0/)
V(#/)
I3@."2
0.000I3@"
0.0@1""!03!
1@G2.@B
2 0.001@G2@
0.110"I"B!!
2!2G.G2
B 0.002!2GG
0.1"I@3B!"3
31B!.IB
2 0.0031B!I
0.20G@BI1@3
B Fuente: Datos Hipotéticos.
T$b%$ N0, Dato ta%ulados y calculados 2(34$)
22
V(#/)
C5
22/
(34$) 1.+0* 0.78 8.980 1+.*
1.0!@ 2."22 !.G"I B.2"G
2(6)
NRe.
2
0.0@2
0.IG
0.G"0
IBI.211
I.1@321EN0@
0.111
" 0.B"
0.B0B
!2!3.1IB
1.@!@3GEN0"
0.1@0
3 0."2
0.@1B
11G01.3G
2.3B@!3EN0"
0.20I
3 0.G3
0.@02
1 230!2.@3
3.10@!IEN0"
2
1
Fuente: Datos Experimentales.
#6g. 01
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O 8 2!C P>24 8 IIG H):m3 9>) 8 132.GHQ: m 3
RC 8 1.02,10N@m2 :s 9>24 8 I.BI HQ: m 3 COEFICIENTE DE VENTURI
De la ecuación S8 0."IIF : 0.II"F J8 23."Gm : 3I'1B m J 8 0.@0 J2 8 0.3@ J! 8 0.13 #$ 8 + -9>) T 9>24 / #$+ 8 + -9>) T 9>24/ $ 8 #$$,9 Qre 8
v∗ D∗ ρ v ∗ D = µ µc
De la práctica 1 $ara la cali%ración del rotámetro se o%tuo la si)uiente ecuación y 8 1!.I23, U 1I0.3B 98 1!.I23-+/ U 1I0.3B Calculando el área #6g. 00
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K8
πD 4
2
π ( 0.0145 m )
2
8
4
8 0.0001@"0"
+eempla(ando la lectura del rotámetro para cada e,perimento o%tenemos los diferentes caudales -m3:s/. 4%teniendo los diferentes caudales y el área en los puntos' allamos su elocidad. G$:!;$ N&1.+elacion entre el Caudal y el $otencial de ener)ía.
Q VS P /3111.111 /1111.111
:(;) < 855,57 /.4,; = 01,1/.0 R> < 1.82
03111.111 P(w)
01111.111 3111.111 1.111 1
1
1
1
1
1
1
Q (m3/s)
#6g. 0/
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NRe Vs Cv 0./11 0.111 1.511 Cv
:(;) < = 82,4.7/ ; ? 1.87 R> < 1./0
1.711 1.211 1./11 1.111
1
1
1
1
1
1
1
NRe
Fuente: Datos de la tercera tabla.
COEFICIENTE DE ORIFICIO.
#$ 8 + -9>) T 9>24 /
9>) 8 132.GHQ: m 3 9>24 8 I.BI HQ: m 3
O 8 2!C 1. C$%;u%o
+8 Gmm @ #$ 8 0.IG!0G
+8 2!mm @ #$ 8 2.I"22!
+8 !G mm #6g. 0,
LA%ORAORIO *+,
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@ #$ 8 ".I0!!G
+8 G0 mm @ #$ 8 I.G!0G
+. Dete#!n$ e% ;$u<$% en ;$<$ %e;tu$
De la practica o%tuimos en una ecuación lineal 98 a -+/ U % -m 3:s/. Donde a 81!.I23 y % 8 y 81I0.3B +8 "0. @ 98 I3@."2 m 3:s
+8 100. @98 1@G2.@B m 3:s
+8 1"0. @98 2!2G.G2 m 3:s
+8 200 @98 31B!.IB m 3:s
0. Dete#!n$ %$ 5e%o;!<$< $
9 8 K Donde el Wrea D8 1!'" mm A =
πD
2
4
El área es constante 1. @"13 m2 98 I3@."2 m3:s
K8
#6g. 02
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@V8 "@B.1!10!0! m:s
98 1@G2.@B m3:s @V8 101G.IIB1"! m:s
98 2!2G.G2 m3:s @V8 1!B0.G"32@B m:s
98 31B!.IB m3:s @V8 1I22.B0I3G m:s
>. C$%;u%$ e% ;oe:!;!ente
√
4
ρ ( 1− β ) V 10∗ 2∗ ΔP
X8 IIG H):m3 J! 8 0."G! 8 0.113 V8 "@B.1!10!0! m:s ΔP =¿
0.IG!0G
@Co 8 1202B.G!GB
V8 101G.IIB1"! ΔP =¿
2.I"22!
@ Co8
[email protected]
V8 1!B0.G"32@B #$8 ".I0!!G @Co8 12B3!.B""3
V8 1I22.B0I3G #$8 I.G!0G @Co8 12GI!.@BGB #6g. 03
LA%ORAORIO *+,
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. C$%;u%o
#$$8 + -9>) T 9>24/
+8 3 mm @ #$$8 0.3@I03 H$a
+8 Bmm @ #$$8 0.G@10B Y$a
+8 1! mm @#$$8 1.B221! H$a
+8 2! mm @#$$8 2.I"22! Y$a T$b%$ N&>. Datos calculados para los medidores de orificio
LR.
R
*.**
R-
G.00
2
3.00
1**.*
2!.0
B.00
* 1*.*
0 !G.0
1!.0
* +**.*
0 G0.0
0 2!.0
*
0
0
0.IG 2.I" ".I0 I.G!
V
Co
2
22/
2
(#0/)
2
"@B.1!
1202B.G
0.3
I3@."2
0.3G
101I.00
"
[email protected]
B 0.G
1@G2.@
0.2I
1!B0.G"
B 12B3!.B
@ 1.B
B 2!2G.G
0.2I
1I22.B1
@ 12GI!.@
2 2.I
2 31B!.I
0.30
G
"
B
Fuente: Datos experimentales.
G":!;o N&0, +elación Ener)ía consumida y el caudal de orificio.
#6g. 07
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ΔPP/ΔP Vs Q 1.21 1.,3 1.,1
:(;) < 1.,5 e;#( 1 ; )
1.,1
1./3 ΔPP/ΔP
1./1 1.03 1.01 1.13 1.11 311.11 0111.11 0311.11 /111.11 /311.11 ,111.11 ,311.11 Q
Fuente: Datos de cuarta tabla.
IV.
CONCLUSIONES.
Después de a%er reali(ado los cálculos correspondientes a la práctica' se o%tuo que un coeficiente de enturi en promedio fue de 0.BB3' comen(ando con datos a descender y finalmente acienden' el cual nos da
el indicio del error e,perimental allado. En el caso de la potencia se puede o%serar claramente el incremento considera%le se)*n el caudal correspondiente y la caída de presión
permanente' siendo su alor promedio 1001@.@0". os n*meros de +eynolds' podemos o%serar que estamos tra%a&ando con altos alores' lo cual nos indica que estamos frente a un flu&o tur%ulento.
V.
BIBLIOGRAFICA.
Mott' +o%ert. Mecanica de los
all.
Mé,ico' 1II@. Lolina)a' Zuan. Mecanica elemental de los fluidosF.
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VI.
ANEXOS.
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