MEDIDORES DE FLUJO * Anderson Anderson Castillo, ** Anthony Chima. *** Anibal Anibal Hernandez, ****Maricel ****Maricel Parra
*Estudiante de Ingeniería Mecánica, Cdigo! "###$"%$" **Estudiante de Ingeniería Mecánica, Cdigo! "###$"&#'
***Estudiante de Ingeniería Mecánica, Cdigo! "###$"&() ****Estudiante de Ingeniería Mecánica, Cdigo! "###$#&#% Profesor: German Amador
Laboratorio de Mecánica de Fluidos Universidad del Norte Fecha (16-11-2017) Barranuilla-!olo"bia
Resumen: En el sigui siguient ente e in+orm in+orme e se comar comararo aron n los caudal caudales es regist registrad rados os or tres tres tios tios di+erentes de medidores de +lu-o como lo son Medidor de enturi, /otámetro y Placa Per+orada ara así oder hacer una bre0e comaracin entre los datos obtenidos or ellos. El ob-eti0o de esta ráctica +ue e0aluar en oeracin tres tios de medidores de +lu-o, teniendo en cuenta las características de los mismos en t1rminos de e2actitud y recisin, en las mismas condiciones condiciones climáticas. Palabras Claves! Claves! medidores de +lu-o, comaracin, medidor enturi, rotámetro, laca er+orada, caudal.
Abstract: 3he +ollo4ing reort comared the +lo4 rates recorded by three di++erent tyes o+ +lo4 meters such as enturi enturi Meter, /otameter and Per+orated Plate in order to ma5e a brie+ comarison bet4een the data obtained by them. 3he ob-ecti0e o+ this ractice 4as to e0aluate in oeration three tyes o+ +lo4 meters, ta5ing into account the characteristics o+ the same in terms o+ accuracy and recision, under the same climatic conditions. Key wr!s! wr!s! +lo4 meters, comarison, enturi meter, rotameter, er+orated late, +lo4 rate.
Intr!ucc"#n En la actualidad e2isten muchos instrumentos ara la medicin de caudales y se conocen como medidores de +lu-o 0olum1trico, ero al haber tantos de ellos las ersonas se reguntan cual garantiza una me-or calidad, e2actitud y recisin. Por eso el ob-eti0o de este in+orme es demostrar cual de tres tios de medidores es más con+iable 6ue los demás. 7os medidores 6ue usaremos son! Me!"!r $entur"! este disositi0o se utiliza ara medir el gasto a tra01s de una tubería. 8eneralmente se hace de una sola ieza +undida 9Ane2os, +igura %: 6ue consta de una seccin aguas arriba, de igual diámetro 6ue la tubería y ro0ista de un anillo con aberturas iezom1tricas ara medir la resin estática en esa seccin; una seccin cnica con0ergente; una garganta cilíndrica ro0ista tambi1n de un anillo iezom1tricas; y una seccin cnica con una di0ergencia gradual hasta alcanzar el diámetro original de la tubería. La %laca !e r"&"c"! es una laca delgada 6ue uede su-etarse entre bridas de tubería. El ori+icio de arista a+ilada ocasiona 6ue el chorro se contraiga aguas aba-o del ori+icio, de tal manera 6ue las líneas de corriente, tal como se obser0a en la imagen 9Ane2os, +igura ":, contin
Met!l()a Por medio de la medicin del +lu-o 0olum1trico, a artir del 0olumen recolectado y del tiemo 6ue demora en ser recolectado este mismo, se comara con la medicin de caudal registrada or los tres medidores conectados en serie. 7a alicacin de la ecuacin de =ernoulli ara analizar el comortamiento del +luido 6ue atra0iesa un medidor de +lu-o de enturi, al igual 6ue el medidor de laca er+orada, trae como resultado 6ue el caudal ueda ser calculado como aarece en la siguiente ecuacin! Ecuac"#n *
> > > > >
?h es la di+erencia en metros de las lecturas del manmetro. g es la aceleracin debido a la gra0edad. Cd es el coe+iciente de descarga debido al medidor. A% es el área del tubo de rueba uesto aguas arriba del medidor. A" es el área de la garganta del medidor.
El uso del coe+iciente de descarga Cd, es necesario debido a las simli+icaciones hechas al momento de alicar las ecuaciones de =ernoulli. 7a magnitud de este coe+iciente es determinado e2erimentalmente y son los 6ue se muestran a continuacin! > >
Para el medidor de enturi! Cd @ #.'& Para la lámina er+orada! Cd @ #.)
7a 1rdida secundaria de energía 6ue ocurre en dicho tubo es com
este e2erimento, las erdidas rinciales serán comaradas con el cuadrado de la rata del caudal 6ue se emlee ara la rueba.
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>
> >
•
Mater"ales: Bisositi0o de medicin de +lu-o! Medidor enturi, Placa Per+orada y /otámetro. Cronometro. El banco hidráulico de ensayos. 9Ane2os, +igura (:. Detalles !el E+%er"ment
e coloc el e6uio de ensayo de medidor de +lu-o sobre el banco y se asegur de 6ue tenía el ni0el necesario ara registra las medidas recisas de los manmetros. e conect el tubo de entrada al suministro del banco y el tubo de salida al tan6ue 0olum1trico, desu1s se asegur el e2tremo +inal del tubo ara re0enir 6ue se mue0a, se encendi la bomba y se abri la 0ál0ula del banco y la 0ál0ula de control de +lu-o del e6uio de ensayo, ara 6ue +uncione el sistema. Para e2ulsar aire de los untos de toma de resin y de los manmetros, se cerr la 0ál0ula del banco y la del e6uio de ensayo, se abri la taa roscada 6ue ermite la salida del aire y se remo0i la taa de la 0ál0ula de aire adyacente. e conect una manguera e6ueDa desde la 0ál0ula de aire hasta el tan6ue 0olum1trico. Besu1s se abri la 0ál0ula del banco y se ermiti el +lu-o a tra01s de los tubos del manmetro ara absorber de ellos el aire residente. 7uego se a-ust la rosca 6ue ermite la salida del aire y abri arcialmente la 0ál0ula de control de +lu-o del e6uio de ensayo y se cerr arcialmente la 0ál0ula del banco. Ahora se abri ligeramente la rosca 6ue ermite la salida de aire ara ermitir 6ue el aire sea lle0ado a los tubos del
manmetro. e /ea-usto la rosca cuando los ni0eles del manmetro alcanzaron un ni0el con0eniente. e re0is 6ue todos los ni0eles del manmetro est1n en la escala ara má2imo caudal de +lu-o 9la lectura en el medidor de área 0ariable en el má2imo:. Estos ni0eles ueden ser a-ustados adicionalmente mediante el uso de la rosca 6ue ermite la salida de aire o or medio de la bomba de mano suministrada. •
Prce!"m"ents:
Por medio de la medicin del +lu-o 0olum1trico, a artir del 0olumen recolectado y del tiemo 6ue demora en ser recolectado este mismo, se comara con la medicin de caudal registrada or tres medidores di+erentes conectados en serie. A un +lu-o 0olum1trico reciso, se registr todas las mediciones del manmetro, la lectura del medidor de área 0ariable y se lle0 a cabo la recoleccin de 0olumen contabilizado usando el tan6ue 0olum1trico. Esto se registr, cerrando la bola y cadena y midiendo el tiemo re6uerido ara acumular un 0olumen de un +luido conocido en el tan6ue, como medida de aseguramiento. 3oda la e2eriencia se realiz en un laboratorio, en un ambiente aislado, a una temeratura de "FC.
Resulta!s 7a in+ormacin concerniente al medidor de enturi y al medidor de +lu-o de laca er+orada, aarecen descritas en la 3abla % 9Ane2os:. 7os manmetros están conectados de modo 6ue se ueden obtener las siguientes di+erencias de resin!
h%>h" 7ectura del medidor de enturi. h%>h) Perdida del enturi. h(>h Perdida del Medidor de área 0ariable. h>h$ 7ectura de la laca er+orada.
7os resultados obtenidos de la ráctica de laboratorio se resentan en las siguientes grá+icas! ,abla -. Lecturas !e cabe/as
h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 h8
Q. Máximo
Q.
Mínimo
Q. Intermedio
365 300 340
160 105 140
260 200 235
330 280 280 240 260
130 80 80 40 45
225 175 175 130 135
,abla 0. D"&erenc"a !e %res"nes (mm)
Q.
h1-h2 h1-h3 h4-h5 h6-h7 h1-h8
65 25 50 40 105
Máximo
Q.
Mínimo
55 20 50 40 115
Q. Intermedio
60 25 50 45 125
,abla 1. Cau!ales
(m^3/s) Q.
Toma 1
Toma 2
Toma 3
0,00020
0,00015
0,00018
0,00020
0,00014
0,00018
0,00019
0,00015
0,00017
0,00020
0,00015
0,00018
!.
0,01300
0,01100
0,01000
"otámetro (#)
0,01500
0,01300
0,01200
Máximo
Q. Intermedio
Q. Q.
Mínimo
romedio
,abla 2. Cau!ales calcula!s cn la ecuac"#n *.
(m^3/ Q. Q. Máximo Mínimo s)
h%>h& Perdida de la laca er+orada.
(mm)
Con los datos obtenidos se uede calcular el 0alor de los caudales en el medidor enturi y la laca er+orada!
0,000 20 Q. M. Venturi 0,000 h1-h3 12 Q. 0,000 Rt!met h4-h5 18 r 0,000 Q. ". h6-h7 19 "er#r$% 0,000 $ h1-h8 31 h1-h2
Q. Interme dio
0,0001 9 0,0001 0,00011 2 0,00018
0,00018
0,0001 8
0,0002 0 0,0003 0,00032 4 0,00019
An'l"s"s !e Resulta!s Be la tabla " se uede notar 6ue la cabeza mayor es la 6ue se registra inicialmente y seria h%, ya 6ue cuando el +luido recorre la trayectoria 0a erdiendo energía y esto se uede notar en h" cuando se reduce el diámetro en 1l tu0o enturi y en h$ 6ue es la cabeza desu1s de asar la laca er+orada. En la tabla ) se uede notar ah& es la mayor di+erencia registrada en la e2eriencia, seguida de h%>h", ero cabe destacar 6ue cierto +actores aumentaron la resin como +ue el caso del aumento de diámetro de h" a h). Bel tubo enturi se uede destacar las 0ariaciones de resiones 6ue se dan sh$. Gtro asecto a tener en cuenta es cuando el caudal tome un 0alor intermedio mayor será la erdida en la laca er+orada como se uede 0er en la tabla ) y sucede lo mismo
en el tubo enturi ues cuando el caudal es má2imo y mínimo las 1rdidas son de "#mm ero cuando toma un 0alor intermedio las erdidas aumentan a " mm. Para las 1rdidas del rotámetro 9h(>h: su 0alor no 0aría aun6ue 0ari1 el caudal. Be los datos obtenidos y calculados uede 6ue el error sea signi+icati0o ya 6ue las cabezas no +ueron calculadas con un muy buen disositi0o, o un gran aarato de medicin sino 6ue +ueron datos tomados al o-o. Sluc"#n al Cuest"nar" %. Como ya se había mencionada antes las medidas +ueron tomadas al o-o, or lo tanto ya hay un error de aralela-e uesto +ueron 0arias ersonas las 6ue tomaron los datos, or ende las di+erencias sí odrían ser or error e2erimental, así como tambi1n está la osibilidad 6ue sea or calibracin y e2actitud de cada uno de los medidores de +lu-o 6ue analizamos. ". 7as grá+icas de erdidas 0s caudal ara cada tio di+erente de medidor de +lu-o se encuentran en los ane2os. ). Para cada uno de los medidores el caudal aumenta cuando las 1rdidas aumentan uesto 6ue son roorcionales or la ecuacin ya descrita anteriormente.
Cnclus"nes y Recmen!ac"nes %. Be la ráctica se uede concluir 6ue las 1rdidas del rotámetro no son a+ectadas or el cambio del caudal, las lacas er+oradas tienen muchas más erdidas al estar más ale-adas del inicio del ciclo de bombeo, a medida 6ue el +luido recorre el camino ierde energía. ". 7os caudales tericos son mayores 6ue los e2erimentales debido a 6ue
no se mide la caída de resin e2istente en la seccin trans0ersal de la tubería y el e6uio emleado no es el adecuado. ). Cuando aumenta el caudal a tra01s de la tubería en estudio, se tiene mayor caída de resin debido a la +riccin e2istente en el aso del +luido or la garganta del tubo de enturi. (. Para un +luido incomresible, como el aire a las condiciones ambientales en la 6ue se traba-, se obtienen un +actor de comresibilidad menor a la unidad, ero muy cercano a ella. . Al aumentar el caudal, el +actor de comresibilidad disminuye or no considerar el gradiente de temeratura e2istente en la tubería. .
7os er+iles de 0elocidad 6ue se ueden resentar en el sistema de estudio, ueden ser 0ariados, ero el más com
$. El r1gimen de +lu-o del aire en la tubería es turbulento, resentando una 0elocidad uni+orme en la regin central de la tubería y una disminucin abruta hacia las aredes. &. na recomendacin seria utilizar alg
6ue si este se gira sobre su mismo e-e se roducen oscilaciones en la altura del lí6uido manom1trico 6ue uede ro0ocar errores en su determinacin.
F"(ura
-.
%#. Aumentar la longitud de tubería entre el medidor de enturi y el tubo Pitot ara garantizar el restablecimiento del er+il de 0elocidades luego del medidor de enturi. %%. Instalar una escala graduada ara el manmetro del tubo de Pitot, ara +acilitar la lectura. Re&erenc"as b"bl"(r'&"cas PG33E/, M y I88E/, B. MECAJICA BE K7IBG. 3ercera Edicin. "##". MEBIJA, L. Jotas de Clase de Mecánica de Kluidos, "#%%. MAI/I, 8. Jotas de Clase de Mecánica de Kluidos, "##&.
Ane+s F"(ura
*.
Me!"!r
!e
$entur" F"(ura 0. Rt'metr
Placa
Paralelas
F"(ura 1. 3anc !e me!"c"#n !el cau!al
4ra&"ca *. Per!"!as vs Cau!al $entur"
4ra&"ca -. Per!"!as vs Cau!al Rt'metr
4ra&"ca 0. Per!"!as vs Cau!al Placa Per&ra!a
,abla *. Caracter)st"cas (em5tr"cas !e ls me!"!res !e &lu6
