INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL <>
ESIQIE Laboratorio de l!"o de l!idos
Pr#ctica No$ %& “Determinación de los coefcientes de los medidores de ujo, placa de orifcio, Venturi Venturi y calibración del rotámetro”
Pro'esor& Ing. Carlos Román Román
Al!(no& Vásquez Gómez Alredo !nrique )r!po& 3PM41 E*!ipo& 6 T!rno& Matutino Ciclo Escolar& Enero-Junio 2014
+, de Abril del +-.%
Objetivos
General Calibrar el rotámetro y obtener los gastos volumétricos de la placa de orifico y el tubo Venturi, así como las diferencias de alturas que se producen.
Específicos -
Calcular los gastos volumétricos a partir de la calibración del rotámetro, mediante la construcción de una curva. Calcular los coeficientes de descarga en el tubo Venturi y la plaa de orificio.
Marco Teórico !as medidas de flu"o son muy importantes en todos los procesos industriales. !a manera en la que la raón de flu"o se cuantifica depende de si la cantidad fluido es un sólido, líquido o gas. En el caso de sólidos, es apropiado medir la raón de flu"o de la masa, mientras que en el caso de líquidos y gases, se mide el flu"o normalmente en cuanto a raón de volumen. !a raón de flu"o de volumen es la forma apropiada de cuantificar el flu"o de los materiales gaseosos y líquidos #cuando partículas sólidas van suspendidas en un medio líquido$. !os materiales en estas formas son conducidos mediante tuberías, y los instrumentos más comunes usados para medir dic%o flu"o de volumen son los siguientes& -
'edidor de carga variable 'edidor de área variable 'edidor de flu"o de vórtice 'edidor de flu"o de turbina 'edidores de desplaamiento positivo 'edidor de flu"o electromagnético 'edidor de emisión de torbellinos 'edidor de ultrasónico
Cuando se restringe una corriente de un fluido su presión disminuye en una cantidad que depende del flu"o volumétrico a través de la restricción. Medidor de Carga Variable:
a) Tubo Venturi: El flu"o que viene de la
tubería principal en la sección ( se %ace acelerar a través de una sección estrec%a denominada garganta, donde la presión del fluido disminuye. )espués el flu"o se e*pande a través de una porción divergente que alcana el mismo diámetro de la tubería "ubo Venturi principal. b) Boquilla de flujo: Contracción Gradual de la corriente de flu"o de una sección cilíndrica, recta y corta. c) Placa de Orificio: +laca plana con un agu"era de bordes afilados y un maquinado con precisión. Cuando se coloca en forma concéntrica dentro de un tubo, %ace que el flu"o se contraiga de modo repentino conforme se acerca al orificio y después que se e*panda al regresar a todo el diámetro del tubo. #laca de $rifcio
d) Tubos de Flujo: diferencia de los anteriores, estos tienen cierta pérdida menor de
presión #recuperación de presión mayor$ El rotámetro es un tipo com-n de medidor de área variable. El fluido se mueve %acia arriba, a través de un tubo libre que tiene un medidor e*acto en su interior. e suspende un flotador en el fluido en posición proporcional al flu"o volumétrico. Medidor de Carga Variable:
El fluido %ace que el motor de la turbina gire a una velocidad que depende del flu"o volumétrico. Cuando cada alabe del rotor pasa por una bobina %otámetro magnética, se genera un pulso de volta"e que entra a un medidor de frecuencia, un contador electrónico, o alg-n dispositivo similar cuyas lecturas se convierten a flu"o volumétrico. Medidor de Flujo de Turbina:
Medidor de Flujo de Vórtice: e
coloca un cuerpo que obstruye la corriente y %ace que se formen vórtices y se ale"e del cuerpo con una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flu"o. /n sensor en el medidor del flu"o detecta los vórtices y genera una se0al para el dispositivo de lectura del medidor. Medidor de Flujo Magnético: Cuando
un conductor móvil atraviesa un campo magnético, se conduce un volta"e. !os electrodos detectan el volta"e que se genera en el fluid. Como el volta"e generado es directamente proporcional a la velocidad del fluido, un flu"o volumétrico mayor genera un volta"e más elevado. El fluido que ingresa llena una cámara que se mueve del lado de entrada al de salida del instrumento. El medidor registra o indica el volumen acumulado de fluido que %a pasado a través de él. Medidores de Desplazamiento ositivo:
Medidores de Flujo !ltrasónicos: e ad"unta un generador ultrasónico al e*terior del tubo
y se transmite una se0al de alta frecuencia a través de la pared y de la corriente de flu"o, por lo com-n con un ángulo agudo respecto del e"e de la tubería. El tiempo que toma a la se0al atravesar la tubería depende de la velocidad del fluido que circula por él.
-
Comparación de algunos 'edidores de 1lu"o Medidor
"i#uido recomendado s
erdida de resión
$%actitud t&pica '()
Medidas * di+metros
$,ecto Viscoso
Coste elativo
+laca de 2rificio
!iquidos sucios y limpios3 algunos
'edio
45 a 46 de la escala total
(7 a 87
lto
9a"o
:ubo Venturi :ubo +itot :urbina 'agnético
/ltrasónic o
-
viscosos !íquidos viscosos, sucios y limpios !íquidos limpios !íquidos limpios y viscosos !íquidos sucios y limpios3 líquidos viscosos y conductores !íquidos sucios y líquidos viscosos
9a"o
4(
; a 57
lto
'edio
'uy 9a"o lto
48 a 4;
57 a 87
9a"o
9a"o
47.5;
; a (7
lto
lto
47.;
;
lto
4;
; a 87
lto
Calibración
e basa en el establecimiento de flu"o estacionario a través del medidor de flu"o a ser calibrado y la medición del volumen o masa del fluido que pasa a través de él en un intervalo de tiempo medido con precisión. -
=+ara qué nos irven>
iendo redundantes los medidores de flu"o nos sirven, para eso, medir el flu"o de diferentes sustancias lo cual es de suma importancia debido a que nos ayudan a cuantificar procesos industriales para la optimiación del transporte de los mismos, ya que la mayoría de los materiales son transportados en forma de fluidos.
Tabla de Datos $%perimentales Corrida
( 5 8 6 ; B A -
ot+metro ϴ =2 min
Tubo Venturi
laca de Ori,icio
(
./ 'm)
(
.0 'm)
(
.0 'm)
(77 @7 ?7 A7 B7 ;7 67
7.7; 7.78A 7.76 7.768 7.785 7.75A 7.7;
(77 @7 ?7 A7 B7 ;7 67
7.5(5 7.(?8 7.(A 7.(;6 7.(; 7.(6A 7.(6(
(77 @7 ?7 A7 B7 ;7 67
7.7?? 7.7? 7.7B 7.7; 7.78@ 7.75? 7.75(
)atos dicionales Dato
Cantidad
)iámetro del :anque
D=1.08 m
)iámetro del tubo Venturi
dv = 0.0192 m
)iámetro de la placa de orificio
do =0.0254
)ensidad del agua
)ensidad del tetracloruro de carbono
ρ H 2 O =1000
kg
ρCCl =1585
Kg
4
m
m
3
3
3
)ensidad de la glicerina
ρglicerina= 1.26 g / cm
)ensidad de la Gasolina
ρgasolina =0.68 g / cm
Constante de aceleración de la gravedad
g= 9.81
m s
2
3
:abla de Ecuaciones
1o 2 4
$cuación
!nidades
2
Gv =
G v =Gasto Volumetrico
3
( 0.785)( D )( ∆ Z )
m Gv = min
ϴ
3imbolog&a
del agua ( Rotametro) D= Diametro dle Tanque
∆ Z = Desplazamientodel nivel detanque dealimentacion 5
Gv =
GvH 2 O
[
7.02 ρ 8.02− ρ
3
]
m G v= min
1 2
ρ =
g
nuevo !luido ρ = Densidad del
3
cm
8.02=
Gv=Gasto volumetrico del
"uevo !luido
g cm
3
= #eso especi!ico del
8.02
!lotador
C v = %dimensi
1
6
4 2
Gv [ 1− $ ]
C v = % v
[
( 2 ) ( g ) ( ρm− ρ H O ) 2
ρ H 2 O
]
1 2
2
% v = m
C v =Coe!iciente de descarga del tu&oVenturi % v = %rea de #asodel tu&oVenturi
7
$ =
$ =¿
d gv di
$ = Relacion diametro
%dimensional
de la garganta del tu&o venturi entre eldiametro interior de latu&eria
8
9
% v =
% o
[
( 2 ) ( g ) ( ρm− ρ H 2 O ) ρ H 2 O
% v = %rea de paso
d gv = m
del tu&o venturi
C o= %dimensi
Gv
C o=
% v= m
2
' 2 d gv 4
]
1 2
% o =m
2
C o=Coe!iciente de descarga del tu&oVenturi % o = %rea de #asode la
placa de ori!icio
% o =
' 2 do 4
% o =m
d o= m
C+lculos Rotámetro
E*perimentales (. Calcular del gasto volumétrico. G v 1=
( 0.785 ) ( ( 1.08 m )2 ) (0.05 m) 2 min
m3 =0.022891 min
5. eDcalibración con Glicerina. 3
m 0.022891 min
3
=0.020012 m G v 1= 3 1 min 7.02∗1.26 g / cm 2 3 8.02−1.26 g / cm
(
)
8. eDcalibración con Gasolina. 3
m 0.022891 min
3
m G v 1= =0.028385 3 1 min 7.02∗0.68 g / cm 2 3 8.02 −0.68 g / cm
(
2
)
)atos Corregidos (. Calcular del gasto volumétrico.
% o = %rea de #asode la placade ori!icio
Gv 1=20
l min
5. eDcalibración con Glicerina. 20
G 1=
(
l min
7.02∗1.26 g / cm
3
8.02−1.26 g / cm
3
)
=17.4844 1 2
l min
8. eDcalibración con Gasolina. 20
G1=
(
l min
7.02∗0.68 g / cm
3 3
8.02−0.68 g / cm
)
1 2
=24.8002
l min
:ubo Venturi E*perimentales 3
(. Convertir el gasto volumétrico a 3
| |
m s
m 1 min m Gv 1=0.022891 =3.82∗10−4 min 60 s s
3
5. Calcular la relación e*istente entre el diámetro de garganta del tubo Venturi y el diámetro interior del tubo. $ =
0.0192 m = 0.3779 0.0508 m
8. Calcular el área de la garganta del tubo Venturi − 0.0 192m ¿ = 2.89529∗10 m 2
% v =
4
' 4
2
¿
6. Calcular el coeficiente de descarga del tubo Venturi #Cv$
1
3
−4 m 10
∗
3.82
C v 1 =
∗[ 1− 0.3779 ]
s
[
2
m kg 2∗ 9.81 2 ∗0.212 m∗[ 1585−1000 ] 3 s m −4 2 2.89529∗10 m ∗ kg 1000
m
3
]
1
]
1
=0.836082
2
)atos Corregidos 3
(. Convertir el gasto volumétrico a 3
m Gv 1=0.02 min
m s
| | 1 min
−4 m
=3.33∗10
60 s
3
s
5. Calcular el coeficiente de descarga del tubo Venturi #Cv$ 1
3
−4 m
3.33∗10
C v 1 =
∗[ 1− 0.3779 ] 2
s
[
m kg 2∗ 9.81 2 ∗0.212 m∗[ 1585−1000 ] 3 s m −4 2 2.89529∗10 m ∗ kg 1000
m
3
+laca de 2rificio
E*perimentales 3
( Convertir el gasto volumétrico a 3
m Gv 1=0.022891 min
m s
| | 1 min
−4 m
=3.82∗10
60 s
3
s
5 Calcular el rea de la placa de orificio 0.0254 m
¿ =5.06707∗10− m 2
4
2
' % o = ¿ 4
8 Calcular el coeficiente de descarga de la placa de orificio #Co$.
2
=0.73049
−4 m
3.82∗10
C o1 =
(
(
3
s
)
m kg 2∗9.81 2 ∗0.088 m∗( 1585−1000 ) 3 s m −4 2 5.06707∗10 m ∗ kg 1000 3 m
)
1 2
C o1 =0.749182
)atos Corregidos 3
(. Convertir el gasto volumétrico a 3
m Gv 1=0.02 min
| | 1 min
m s
−4 m
=3.33∗10
60 s
3
s
5. Calcular el coeficiente de descarga de la placa de orificio #Co$.
−4 m
3.33∗10
C o1 =
(
(
3
s
)
m kg 2∗9.81 2 ∗0.088 m∗( 1585−1000 ) 3 s m −4 2 5.06707∗10 m ∗ kg 1000 3 m
)
1 2
C o1 =0.654565
Tabla de esultados - Rotámetro Fotámetro
Gv exp H 2 O
Gv Glicerinaep
G v Gasolinaep
m min
( )
m min
( )
( )
7.755?@( 7.7(B@8@ 7.7(?8(5 7.7(@B?B
7.7577(5 7.7(6?7? 7.7(B77@ 7.7(A5(
7.75?8?; 7.75(77; 7.755A7A 7.7566((
3
(77 @7 ?7 A7
3
3
m min
Gv Gasolina
G v H 2
Gv Glicerina
(
( ) ( )
3
m min
7.757 7.7(? 7.7(B 7.7(6
3
3
m min
m min
7.7(A6?6 7.7(;A8B 7.7(8@?A 7.7(558@
7.756? 7.75585 7.7(@?6 7.7(A8B
-
B7 7.7(6B; ;7 7.7(58B( Tubo Venturi Corrida
( 5 8 6 ; B A
7.7(5?7A 7.7(7?7B
( )
7.7(?(BB 7.7(;85?
3
Gvep
m min
7.755?@( 7.7(B@8@ 7.7(?8(5 7.7(@B?B 7.7(6B; 7.7(58B( 7.77@5A(
( ) 3
Gv cor
m min
7.757 7.7(? 7.7(B 7.7(6 7.7(5 7.7(7 7.77?
7.7(5 7.7(7
7.7(76@( 7.77?A65
7.7(6?? 7.7(56
C v exp
C v corregido
7.?8B7?5 7.BB;@7? 7.A6B@75 7.?68B5; 7.B8B(5A 7.;65(?6 7.6(;5
7.A876@ 7.A7AB(? 7.B;5B7( 7.;@@@;A 7.;5(@B 7.68?B5; 7.8;?5??
C o exp
C o corregido
7.A6@(?5 7.;?(668 7.A5;?(5 7.?;6A6; 7.A5755A 7.A(A(@A 7.B5((((
7.B;6;B; 7.B(A?B5 7.B86(A6 7.B7A?B; 7.;?@@6A 7.;?75( 7.;8;@A;
- Placa de Orificio Corrida
( 5 8 6 ; B A
( ) 3
Gvep
m min
7.755?@( 7.7(B@8@ 7.7(?8(5 7.7(@B?B 7.7(6B; 7.7(58B( 7.77@5A(
( ) 3
Gv cor
m min
7.757 7.7(? 7.7(B 7.7(6 7.7(5 7.7(7 7.77?
Observaciones )urante la e*perimentación nos dimos cuenta de muc%as cosas, una de ellas y más importante la precisión, puesto que por una peque0a distracción nuestro e*perimento fallo en algunos resultados, en el gasto volumétricos para ser e*actos, también se pudo observar las diferentes formas de los medidores de flu"o, la placa de orificio por e"emplo, su nombre lo dice, son dos placas circulares con un orificio que no es visible, peor que tiene el tama0o de una moneda, mientras que el tubo Venturi parece como 5 conos, con el pico retirado y unidos con una peque0a sección de tubería, también e*iste una peque0a desviación de la esperada, debido a la antigedad de los equipos, pero en su mayoría estos errores se debieron a nosotros.
Conclusiones !a medición del flu"o en la ingeniería es de suma importancia, puesto que gracias a esta podemos cuantificar infinidad de procesos, y optimiar el transporte de nuestra materia prima, que en nuestro caso es el crudo, debido a que mayoritariamente se encuentra como liquido o gas, es importante la medición del mismo, ya sea para el a%orro de energía, la aplicación de la misma, la elaboración de equipos que puedan darnos esta energía, entre otras cosas, es por eos que es importante la medición del flu"o. E*isten diferentes aparatos que miden el flu"o de un fluido, entre ellos la placa de orifico, el tubo Venturi y el rotámetro, cada uno con su desviación correspondiente, pero de muc%a utilidad, debido a su ba"o costo y su fácil mane"o, además de otros beneficios que estos pudieran ofrecer. En conclusión, la medición del flu"o es de suma importancia para el transporte de los fluidos que cotidianamente utiliamos o bien utiliaremos.
Diagrama de Flujo
;ibliogra,&a
• •
•
%ttp&HHlopei.files.Iordpress.comH57(7H7AHpracticaD6.pdf %ttp&HHIII5.uca.esHgrupinvestHinstrumentJelectroHpp""gdrHElectronicsJKnstrumHElectron icsJKnstrumJ1ilesHtemasH:(?Jflu"o.+)1 'ott, obert !., 'ecánica de 1luidos. e*ta Edición. Ed. +E2<. +rentice Lall. 'é*ico. 577B. p 6A8D6?@
