LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA II TEMA: Medidores de Flujo Interno ESCUELA: Mecánica ESCUELA: Mecánica Eléctrica DOCENTE: Ing. Neil VELASQUEZ DIAZ INTEGRANTES: ESPINOZA AVALOS Jhon ALVARADO ROMERO Jhunior GALVEZ DIAS Joel PADILLA BONIFACIO Luis
2013-I
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
LABORATORIO N°04: MEDIDORES DE FLUJO INTERNO I.
OBJETIVOS: 1. OBJETIVOS GENERALES: Reconocer los aspectos fundamentales del estudio de las propiedades termodinámicas de psicrometría, presencia de humedad en el aire u otros gases. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS: Determinar la humedad relativa presente en una mezcla, en la atmosfera, a condiciones normales mediante un psicrómetro de bulbo húmedo y bulbo seco. Reconocer valores de estado como punto de roció, punto de escarcha, humedad relativa, humedad absoluta y presiones parciales . Leer correctamente diagramas psicrométricos.
II.
III.
ROTÁMETRO Y VENTURIMÉTRO
EQUIPOS Y MATERIALES
Un banco hidráulico FME-00 Equipo de demostración de medición de flujo FME-18 Cronómetro
IV.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Llenado de los tubos manométricos:
Cierre la válvula de control del banco hidráulico y cierre también la válvula de control de flujo del equipo, FME-18 Conecte la bomba y abra completamente la válvula del equipo y la válvula del banco hidráulico (lentamente) hasta alcanzar un flujo de 30 L/min. Espere unos minutos hasta que los tubos manométricos estén completamente llenos y no queden burbujas de aire en su interior.
Medidores de Flujo interno
2
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
V.
Apague la bomba y cierre una válvula asegurándose de que el equipo quede completamente estanco, es decir que entre ni salga agua. Abrir la válvula de purga. Abrir con cuidado la válvula de control de equipo, se puede observar como los tubos manométricos se llenen de aire. Una vez alcanzado el nivel requerido cierre la válvula de control de flujo y coloque otra vez la válvula antirretorno o en su defecto cierre la válvula de purga. Todos los tubos deben haber alcanzado el mismo nivel. Abrir con cuidado la válvula de control de equipo teniendo en cuenta el caudal que se requiere (15, 20, 25, 30 L/min), cerciorándose con el rotámetro del equipo.
DATOS POR CONSIGNAR: PARTE I: Lectura en el Venturímetro
Para el desarrollo de las actividades, para el venturímetro se llenara en este cuadro.
Cuadro N°1 P1
P2
∆P=(P1- P2)
P3
QR
(mmH2O)
(mmH2O)
(mmH2O)
(mmH2O)
(Litros/min)
1
297
198
99
281
30
2
269
195
69
252
25
3
230
185
45
220
20
Medidores de Flujo interno
3
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
4
199
175
24
194
15
Así mismo el caudal en el medidor venturimetro está dado por la ecuación.
= √ 1 1 √ 2 ) ( =0.−98 =8.=3.01410 410− Donde:
Finalmente elaboramos un cuadro comparativo:
Cuadro N°2
1
Volumen (Litros)
Tiempo (s)
2
30.15
2
35.05
2 Promedio
2
Medidores de Flujo interno
QV
(Litros/min) (Litros/min) (Litros/min)
Q’V (Litros/min)
3.4368
30
27.947
28.518
7.93583
25
23.332
23.808
8.3784
20
18.842
19.227
15.3315
15
13.760
14.041
34.55
2
9.58
2
14.80
2
20.97
15.117 2
6.84
2
14.53
2
21.60
Promedio 4
QR
34.916
Promedio
3
Qreal
14.323 2
4.05
4
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
2
8.14
2
11.29
Promedio
7.827
PARTE II: Lectura en la placa orificio
Para el desarrollo de la determinación de las actividades en la placa orificio, se llenara en el cuadro N°3 (ver resultados finales) con los siguientes parámetros.
′ = √ 1 1 √ 2 6 7 ( ) = √ 1 1 √ 2 6 7 ( ) Cuadro N°3 P6
P7
∆P=(P6- P7)
P8
QR
(mmH2O)
(mmH2O)
(mmH2O)
(mmH2O)
(Litros/min)
1
329
96
233
185
30
2
260
94
166
160
25
3
180
89
91
125
20
4
138
84
54
109
15
Medidores de Flujo interno
5
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Cuadro N°4 Volumen (Litros)
1
2
2.61
2
7.83
2 Promedio
2
5.44
2
11.56
Medidores de Flujo interno
(Litros/min)
(Litros/min)
(Litros/min)
14.8699
30
43.7494
42.8744
10.6411
25
36.9274
36.1888
6.3448
20
27.3410
26.7942
5.2203
15
21.0616
20.6403
16.83
11.277 2
8.59
2
19.17
2
28.98
Promedio
Promedio
Q’p
13.68
2
Promedio
4
Qp
8.04
2
3
QR
Qreal Tiempo (s) (Litros/min)
18.913 2
7.84
2
26.76
2
34.36
22.987
6
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
VI.
CUESTIONARIO 1. En función de los valores del cuadro N°2 y la ecuación (e) graficar, Q R vs Qreal comentar los resultados de la gráfica e indicar cuál es la orientación de la recta ¿Por qué QR ≠ Qreal?
Qreal
QR
QV
Qv vs Qreal
(Litros/min) (Litros/min) (Litros/min) 15
3.4368
30
27.947
25
23.332
20
18.842
3.4368 7.9358 8.3784 15.3315
13 ) n i 11 7.93583 m / L ( l 9 a e r Q
7
8.3784
27.947 23.332 18.842 13.76
5 3 15.3315 13
15
15
13.76
17
19
21
23
25
27
Qv (L/min)
Con referencia al grafico obtenido es notorio que los caudales tanto el real y del Venturi metro, son diferentes por que no se ha considerado algunas perdidas de carga y tiempo adicional, con lo cual ha variado un poco. La orientación es creciente. La diferencia que existe entre Q R y Qreal se debe a que el primero es un valor obtenido por el rotámetro (medición directa) y mientras que el Q real es un valor teórico obtenido a base de cálculos.
Medidores de Flujo interno
7
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2. En función del cuadro Nº 2 y la ecuación (f) graficar Qreal vs Q´v determinar el valor aproximado de la pendiente y compararlo con el valor Cd. Para cada caso dando el margen de error de la práctica realizada. Qreal
QR
QV
Qreal vs Q'v
(Litros/min) (Litros/min) (Litros/min) 27
3.4368
30
27.947
25
23.332
25
3.4368 7.9358 8.3784 15.3315
27.947 23.332 18.842 13.76
23
) n 7.93583 i m21 / L ( v Q19
8.3784 17
Series1 Lineal (Series1)
20
y = -1.184x + 31.354 R² = 0.9155
18.842
15 13 15.3315 3
15
5
13.76
7
9
11
13
15
Qreal (L/min)
Entonces la pendiente del grafico obtenido será igual al Cd para el tubo de Venturi (m=0.98). Pero con una línea de tendencia (m=1.18) aproximadamente.
El porcentaje de error =
Medidores de Flujo interno
− ∗= −. ∗=. %
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3. En función de los valores del cuadro Nº 4 y la ecuación (g) graficar Qp Vs Qreal comentar los resultados de la gráfica e indicar cuál es la orientación de la recta. Porque Qp vs Qreal. Q’p
Qp vs Q real
(Litros/min 15 )
Qp
14 13 42.8744 12
) n i 11 m / L 10 ( l a e36.1888 r 9 Q
43.7494 36.9274 27.341 21.0616
Qreal 14.8699 10.6411 6.3448 5.2203
y = 0.4301x - 4.6091 R² = 0.9642
Qp vs Q real Lineal (Qp vs Q real)
8 7 6
26.7942
5
20
25
30
35
40
Qp (L/min )
Se observa que su pendiente es aproximadamente es m=0.43 y su orientación es ascendente. La diferencia que existe se debe a que el primero Qp es un valor obtenido por el rotámetro (medición directa) y el segundo a base cálculos.
Medidores de Flujo interno
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Laboratorio de ingeniería Mecánica I
4. Graficar Qreal vs Q`p. Determinar el valor aproximado de la pendiente y compararlo con el valor Cd. Para cada caso dando el margen el margen de error de la práctica realizada. Qp
Q’p
Qp vs Q real
(Litros/min (Litros/min ) 15 )
Qp
14 137494 43.
42. 8744
12
) n i 11 m / L 10 ( l a e r36.99274 Q
43.7494 36.9274 27.341 21.0616
y = 0.4388x -Q'p 4.6091 Qreal R² = 0.9642 14.8699 42.8744 10.6411 36.1888 6.3448 26.7942 5.2203 20.6403 Qp vs Q real
36. 1888
Lineal (Qp vs Q real)
8 7 6
27.341
26.7942
5
20
25
30
35
40
Q'p (L/min)
5. Representar en un mismo gráfico Phv y Php vs QR. Comentar los resultados e indicar en cuál de los medidores se da la mayor pérdida de carga y de que depende. Phv 350 300
Php 99 69 45 24
QR 233 166 91 54
Phv, Php vs QR
30 25 20 15
250 200 150 100 50 0 30
25
20
15
QR (L/min) Phv
Medidores de Flujo interno
Php
10
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6. Demostrar la ecuación general (d)
= √ 1 1 √ 2 ( ) De la gráfica mostrada se tienes que:
=
Además el flujo es incomprensible, entonces el caudal es igual en cualquier punto, de modo que la ecuación de la conservación de la masa toma la forma de:
̇ =̇ = ⟹ = = ⟹ = ⟹ =
……………………...(1)
Entonces utilizamos la ecuación de Bernoulli. Se puede calcular las presiones en cada punto, además las alturas son las mismas por lo tanto z1=z2
+ = + Medidores de Flujo interno
………………………(2)
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Reemplazado la ecuación (1) en (2)
+ 2 = + 2 = 2 2 = 2 1 1 = 2 1 1 = 2 = 21 2 = 1 √ 2 = 1 (√ 1 )
En realidad hay que tener en cuenta las pérdidas de carga en el ducto. De este modo la formula anterior se corrige con un coeficiente adicional, C d llamado coeficiente de descarga que tiene en cuenta las pérdidas en el tramo de 1 – 2 así obtendremos:
= √ 1 1 √ 2 ( ) Medidores de Flujo interno
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7. Investigar acerca del marco conceptual y criterio de diseño de: placa orificio , Venturi metro y rotámetro
PLACA DE ORIFICIO:
La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lámina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se fabrica de acero inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al espacio interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje, el espesor del disco depende del tamaño de la tubería y la temperatura de operación, en la cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se coloca perpendicular a la tubería y el borde del orificio, se tornea a escuadra con un ángulo de 90 0 grados, al espesor de la placa se la hace un biselado con un chaflán de un ángulo de 45 grados por el lado de baja presión, el biselado afilado del orificio es muy importante, es prácticamente la única línea de contacto efectivo entre la placa y el flujo, cualquier rebaba, ó distorsión del orificio ocasiona un error del 2 al 10% en la medición, además, se le suelda a la placa de orificio una oreja, para marcar en ella su identificación, el lado de entrada, el número de serie, la capacidad, y la distancia a las tomas de presión alta y baja. En ocasiones a la placa de orificio se le perfora un orificio adicional en la parte baja de la placa para permitir el paso de condensados al medir gases, y en la parte alta de la placa para permitir el paso de gases cuando se miden líquidos.
Medidores de Flujo interno
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VENTURIMETRO
Es un tipo de boquilla especial, seguido de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. En la figura se representa esquemáticamente un medidor tipo Venturi.
EFECTO VENTURI
Fenómeno que se produce en una canalización horizontal y de sección variable por la que circula un fluido incompresible, sin viscosidad y si la circulación se lleva a cabo en régimen permanente. De acuerdo con el teorema de Bernoulli, la velocidad en la parte estrecha de la canalización tiene que ser mayor que en la ancha, y por estar ambas a la misma altura, la presión en la parte ancha es mayor que en la estrecha. Por tanto, cuando un fluido incrementa su velocidad sin variar de nivel, su presión disminuye. Aplicaciones de este fenómeno son la trompa de agua, que es un aparato utilizado en los laboratorios para hacer el vacío, los tubos de Venturi, que se emplean para medir caudales y crear depresiones locales, los pulverizadores y el mechero Bunsen.
Medidores de Flujo interno
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ROTÁMETRO
Un rotámetro es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante.
FUNCIONAMIENTO DEL ROTÁMETRO:
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 suficiente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio (para presiones bajas; y de metal para presiones altas) y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.
FUNDAMENTO DEL ROTÁMETRO:
El funcionamiento de este instrumento está basado en que el desplazamiento del émbolo es proporcional al empuje realizado, según el principio de Arquímedes ("Todo
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cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba al peso del líquido desalojado" ) y la altura desplazada será equivalente a un flujo determinado.
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