UNVERSIDAD JOSE CECILIO DEL VALLE
ASIGNATURA:
Mecánica De Fluidos II CATEDRATICO:
José Luis Méndez ALUMNOS:
Olga Salinas 20131403 Alan Padilla 2017130277 Carlos Salgado 2014130069 Oscar Padilla 2017130278 TEMA:
Medidores De Carga Variable Medidores De Área Variable FECHA:
14/09/2017
M.D.C. TEGUCIGALPA
MEDIDORES DE CARGA VARIABLE
El Tubo De Venturi
es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.
La ley de conservación de la masa establece que en un flujo estacionario toda la masa que entra por un lado de un recinto debe salir por otro, lo que implica que la velocidad debe ser mayor en la parte más estrecha del tubo.
Por otro lado, la ley de Bernouilli establece que para dos puntos situados en la misma línea de corriente se cumple.
Si los dos puntos se encuentran a la misma altura la presión hidrostática es la misma para ambos, por lo que:
Reordenando términos:
Sustituimos la ecuación de conservación de la masa:
Análogamente:
y el flujo volumétrico es:
Si la diferencia de presiones se mide a partir de la diferencia de altura en dos manómetros, esto queda
Placa Orificio:
La placa orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lámina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado, se fabrica de acero inoxidable, 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 900 grados, al espesor de la placa se le 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.
Tipos de placa orificio:
Placa concéntrica
Placa excéntrica
Placa segmentada
Placa concéntrica: En la industria el uso de placas orificio es regida por la norma ISO-5167.Dos tipos de placa orificio, con oreja de identificación y sin ella. Su uso es con líquidos y en algunos casos líquidos con gases.
Placa excéntrica: Excéntrico respecto al diámetro exterior y tangencial al diámetro de la tubería. Usado en placas para fluidos con dos faces: vapor húmedo, líquidos que contienen solidos en suspensión, aceites que contienen agua, etc.
Placa segmentada: Segmento de circunferencia como orificio, y el diámetro es del 98% del diámetro interior de la tubería.Usado en flujos de gases o líquidos que contienen solidos y evita que se acumulen estos sedimentos. Dos tipos: Segmento fijo y segmento ajustable.
¿Que se mide en la placa orificio? La placa orificio se utiliza como medidores de flujo a partir del principio de presión diferencial. Para determinar el caudal en la placa orificio se deben las características y dimensiones de la tubería, dimensiones del orificio y la densidad del fluido que transitara por ella. Y se deben combinar las ecuaciones hidráulicas que son la ecuación de la conservación de la energía (o Ecuación de Bernoulli) y la ecuación de continuidad, de la que obtenemos.
Aplicaciones:
Ventajas y desventajas de la placa orificio
Ventajas:
Bajo costo
Fácil manejo
Utiliza una pequeña cantidad de material en la manufactura.
Es fácilmente reproducible.
Es fácil de instalar y desmontar.
Se consigue un alto grado de exactitud
Desventajas:
Es inadecuada en la medición de fluidos con sólidos en suspensión. No conviene su uso en medición de vapores, se necesita perforar la parte inferior. El comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático ya que la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada. Produce las mayores pérdidas de presión en comparación con otros elementos primarios de medición de flujos.
Boquilla de flujo Se llama boquilla a todos los tubos adicionales de pequeña longitud constituidos por piezas tubulares adaptadas a los orificios. Se emplean para dirigir el chorro líquido. La boquilla de flujo es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica, recta y corta como se ilustra en la fig. 3.a. Debido a la contracción gradual y lisa, en una boquilla de flujo, hay muy poca perdida de energía entre los puntos 1 y 2.
Tipos De Boquilla De Flujo: Se clasifican en:
Boquillas cilíndricas:
- Interiores (Entrantes) - Exteriores
Boquillas cónicas:
- Convergentes - Divergentes
Boquilla de flujo cilíndricas: Se denominan también: Boquilla patrón: boquilla cuya longitud iguala 2,5 veces su diámetro Boquilla de Borda: boquilla interior de longitud patrón.
Boquillas cilíndricas interior: Sea una boquilla cilíndrica entrante adaptada a un orificio situado en la pared de un recipiente de grandes dimensiones, y la elevación de la superficie libre, con respecto al centro de gravedad del orificio.
Boquilla cilíndrica exterior: Si la longitud de la boquilla es suficiente (cuando menos una y media veces el diámetro. del orificio), la contracción de la vena es seguida de una expansión y la boquilla descarga a sección plana.
Boquilla de flujo cónicos: Con las boquillas cónicas se aumenta el caudal. Las boquillas divergentes con la pequeña sección inicial convergente, conforme muestra la Figura, se denominan Venturi. Las experiencias de Venturi demuestran que un ángulo de divergencia de 5°, combinado con la longitud del tubo igual a cerca de nueve veces el diámetro de la sección estrangulada, permite los más altos coeficientes de descarga.
Boquilla cónica convergente: La pura convergencia de los pequeños tubos de corriente no implica pérdidas apreciables; pero si la boquilla tiene aristas de entrada vivas, la vena liquida experimenta una contracc ión inicial hasta adquirir la sección µ’, posteriormente se expande hasta llenar la sección de la boquilla; finalmente, después de haber pasado la sección de salida, continúa contrayéndose hasta adquirir la sección µ’’.
Boquilla cónica divergente: Considerar una boquilla aplicada a la pared de un recipiente, y constituida por una convergencia corta seguida de una divergencia de ángulo bastante pequeño, para que los pequeños tubos de corriente no se separen y de manera tal que no se presente una zona muerta en la que ocurren las turbulencias. Si además, el tubo está bien pulido, las pérdidas son muy pequeñas la velocidad de salida es muy cercana a la teórica.
En la boquilla de flujo Se Mide: Es un dispositivo que mide el gasto del fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión que existe entre el lugar por donde entra la corriente y el punto de mínima sección del tubo, en donde su parte ancha final actúa como difusor. Los difusores son válvulas que cambian su sección de paso cuando se modifican las propiedades del fluido que las cruza. Un difusor tiene una sección convergente (la garganta) y una sección divergente.
Aplicaciones de Boquilla De Flujo: En la Industria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de éste se pude observar en lo que es la Alimentación de Combustible. Hidráulica: La depresión generada en un estrechamiento al aumentar la velocidad del fluido, se utiliza frecuentemente para la fabricación de máquinas que proporcionan aditivos en una conducción hidráulica. Es muy frecuente la utilización de este efecto "Venturi ". Aeronáutica: Aunque el efecto Venturi se utiliza frecuentemente para explicar la sustentación producida en alas de aviones el efecto Venturi por sí solo no es suficiente para explicar la sustentación aérea. En la sustentación intervienen además el principio de Bernoulli en virtud del cual el aire adquiere mayor velocidad al pasar por la región más convexa del ala de un avión. Además, se utiliza este tubo para proveer succión a los instrumentos que trabajan con vacío, en los aviones que no están provistos de bombas mecánicas de vacío.
Ventajas Y Desventajas De La Boquilla De Flujo: Ventajas: Menor pérdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida. Medición de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presión diferencial e igual diámetro de tubería. Facilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión.
Desventajas: La desventaja es que no están disponibles, para tuberías con diámetros menores a 6 pulgadas.
MEDIDORES DE AREA VARIABLE ROTAMETROS: Los medidores de caudal por área variable, conocidos como rotámetros, utilizan el mismo principio de medida que los medidores por presión diferencial, es decir, la relación entre la energía cinética y la energía debida a la presión. En el sistema de presión diferencial (dP) el área correspondiente a la restricción es constante y la presión diferencial cambia en función del caudal (Q). En el rotámetro el área de la restricción cambia al mismo tiempo que el caudal, permaneciendo constante la presión diferencial.
Medidor por área variable Q = f (Área) con dP constante La Figura muestra, de forma simplificada, un rotámetro, el cual consta básica-mente de un tubo vertical troncocónico, en muchas ocasiones de cristal, en cuyo interior se encuentra un flotador. El fluido entra por la parte inferior del tubo, arrastrando el flotador en dirección ascendente. Al ascender el flotador va dejando libre un área en forma anular hasta que la fuerza producida por la presión diferencial en las caras superior e inferior del flotador se equilibra.
El rotámetro se basa por tanto en un balance de fuerzas, en el que las fuerzas de impacto y arrastre hacen que ascienda el flotador, aumentando el área anular disponible para el paso del fluido, con lo cual disminuye la fuerza neta de ascensión. El equilibrio se establece cuando la fuerza ascendente equilibra el peso del flotador, o fuerza descendente.
La posición de equilibrio alcanzada por el flotador dentro del tubo es una indicación directa del caudal de paso. En su forma más simple, el rotámetro tiene marcada sobre el propio tubo de cristal la escala de medida. La tabla siguiente muestra las principales ventajas y limitaciones que tienen estos tipos de medidores de caudal:
FLUXOMETRO DE TURBINA: El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad del flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxómetros de turbina de varios tamaños.
FLUXOMETRO DE VORTICE: Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vortices a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en el fluxometro detecta los vortices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor.
La frecuencia de los vortices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo tanto, a la frecuencia del flujo del volumen. Pueden utilizarse en una amplia variedad de fluidos incluyendo líquidos sucios y limpios, así como gases y vapor.
FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO: Basado en la Ley de Faraday. Formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad.
FLUXOMETRO DE ULTRASONICO: Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. Los hay dos tipos: DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45º respecto a la dirección de flujo del líquido.
TUBO PITOT: Tubo hueco colocado de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido. El fluido dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento.
Lo inventó el ingeniero francés Henri Pitot en 1732.Lo modificó Henry Darcy en 1858, Se utiliza mucho para medir la velocidad del viento en aparatos aéreos y para cuantificar las velocidades de aire y gases en aplicaciones industriales. Mide la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo, no la media de la velocidad del viento.
