UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA -ENERGÍA
Ordinola Ascencios Julio.
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICAENERGÍA TEMA: Primera Experiencia: Medición del Caudal
CURSO: Laboratorio de Mecánica de Fluidos
PROFESOR: Juan Palomino Correa ALUMNOS:
BELLAVISTA - CALLAO
2011
INDICE
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA TEMA
Pág
CARATULA --------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 INDICE ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1.INTRODUCCION --------------------------------------------------------------------------------------- 3 2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA----------------------------------------------------------------------3 3. OBJETIVOS----------------------------------------------------------------------------------------- -------3 3.1.Objetivo Principal-----------------------------------------------------------------------------3 3.2.Objetivos Secundarios-----------------------------------------------------------------------3 4.
MATERIALES Y MÉTODOS---------------------------------------------------------------------------4 4.1. Equipos e Instrumentos--------------------------------------------------------------------4 Probeta Graduada----------------------------------------------------------------------------4 Gravímetro de banco hidráulico----------------------------------------------------------- 4 Termómetro----------------------------------------------------------------------------------- 5 Cronómetro----------------------------------------------------------------------------------- 5 4.2. Procedimientos----------------------------------------------------------------------------- 5 Ensayo de flujo volumétrico--------------------------------------------------------------- 5 Ensayo de flujo gravimétrico--------------------------------------------------------------- 6 4.3. Análisis y métodos de cálculo---------------------------------------------------------------7 Ensayo de flujo volumétrico----------------------------------------------------------------- 7 Ensayo de flujo gravimétrico---------------------------------------------------------------- 8
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA 3. RESULTADOS------------------------------------------------------------------------------------------ 9 5.1. Tabulación de resultados y gráficos------------------------------------------------------ 9 4. CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------------------------------- 10 5. RECOMENDACIONES------------------------------------------------------------------------------- 10 6. BIBLIOGRAFÍA---------------------------------------------------------------------------------------- 10 7. ANEXOS----------------------------------------------------------------------------------------------- 11
1) Introducción: Las mediciones de caudal se debe hacer en plantas químicas, refinerías, centrales eléctricas, y cualquier otro lugar donde la calidad del producto el rendimiento de la planta depende de tener una precisión del caudal. Las mediciones de flujo también estarán en nuestra vida cotidiana en la dosificación de agua y gas natural en nuestros hogares y la gasolina en nuestros autos. En este experimento se medirá el flujo de agua en el laboratorio de mecánica de fluidos en el banco gravimétrico entre las mediciones que normalmente se llevan a cabo en un fluido que circula por un conducto cerrado se tiene la del gasto, para lo cual existen varios métodos a saber: métodos directos, indirectos, gravimétricos, volumétricos, electrónicos y electromagnéticos. Por ejemplo, un método directo para medir un gasto en un flujo dado consiste en determinar el volumen o el peso del fluido que pasa por una sección en un intervalo de tiempo específico. Los métodos indirectos para medir el gasto suelen requerir la determinación de una carga manométrica, una diferencia de presiones o la velocidad en varios puntos de una sección transversal, para que posteriormente con base a estos datos, se calcule el gasto buscado. Los métodos más precisos son los gravimétricos o los volumétricos, en los cuales el peso o el volumen del fluido se miden mediante balanzas apropiadas que en este caso es un (banco gravimétrico) o por medio de un tanque aforado de acuerdo con un intervalo de tiempo que se mide con un cronómetro.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA 2)Formulación del problema: Calcular el caudal de un líquido que en este caso es el agua por el método gravimétrico y volumétrico y contrastar con la base teoría.
3) Objetivos: 3.1. Objetivo Principal •
Familiarizarse con los métodos de medición de caudal de fluidos que en este caso es el (agua) incompresibles en conductos cerrados.
3.2. Objetivos específicos •
•
Analizar comparativamente la eficiencia de los instrumentos o métodos empleados para la medición del caudal. Analizar los errores que se dan en el momento de realizar los experimentos en el laboratorio y contrastar con el argumento teórico.
4) Materiales y métodos: 4.1. Equipos e instrumentos Probeta graduada, 2000 ml
Especificaciones
Ref.: 11636320 Clase B Tolerancia ± 20 ml Con pico y base hexagonal Graduación cada 20 ml DIN 12680, ISO 4788
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA Gravimétrico de banco hidráulico Condiciones de funcionamiento
Entorno de funcionamiento: Laboratorio de medio ambiente Temperatura de almacenamiento: -25 º C a +55 º C (al momento de embalaje para el transporte) Rango de temperatura:
5 º C a +40 º C
Servicios Esenciales
Suministro eléctrico: Monofásico, puesta a tierra de suministro eléctrico, 220/240 VAC, 50 Hz, o 110 / 120 VAC, 60 Hz a 200 W El espacio del piso es necesario: Aproximadamente 2,5 m x 1,5 m de suelo firme y parejo, Especificación
Superficie útil dimensiones: 1200 mm x 760 mm x 1100 mm Bolsas de dimensiones y peso: 1,65 m3 y 158 g La precisión típica de medición de caudal: 2% Otras partes:
Capacidad del depósito: 160 litros Pesar Capacidad del depósito: 40 litros Suspensión pesos: seis pesos, cada uno de 2 kg Capacidad de la bomba: de 0 a 60 litros / minuto a la cabeza de 1,5 m Accesorios (incluidos):
Aditivo en el agua y la hoja de • Todas las tuberías necesarias y abrazaderas de tubos •
➢
Termómetro
Cronómetro
4.2. Procedimiento Ensayo de Flujo Volumétrico :
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA 1. Realización 2. 3. Finalizado Preparación ladela para experiencia experiencia la realización se mide registrando deel la volumen experiencia los datos conylade los probeta lainstrumentos misma y luego (tiempo) se para mide el ensayo la temperatu
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Ensayo de Flujo Gravimétrico:
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA 3. Luego 4. 1. 2. Preparación se nos al llegar mide fijamos de el alos la tiempo en instrumentos marca el nivel que del de llega banco referencia a usar lassemasas coloca y luego enael una la se tanque marca abre pesa la para del con válvula banco suavidad poderpara ymedir sese prosigue dejar baja el tiempo que la con palanca fluya hasta este el
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4.3. Tabulación N °
Gravimetrico
volumetrico
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1
2
3
4
T(s Pesos (2 ) Kg)
T(s )
Volume n (cc)
91
1
10
1380
19 4
2
31 7
3
45
1
5
1800
10 1
2
15 7
3
12
1
3
1600
29
2
48
3
7
1
2
1340
20
2
35
3
4.4. Análisis y métodos de cálculo Ensayo de Flujo Volumétrico:
Para este ensayo se tomara la ecuación del flujo del agua con respecto al tiempo (V=v/t ), y se recogerán los datos obtenidos durante la experiencia para realizar los cálculos, luego se promedian los resultados pues en el ensayo se han incluido ciertos errores (por error del alumno o por el margen de error que ofrece el instrumento)y finalmente se obtiene un valor promedio para el flujo que luego será comparado con el resultado obtenido por el ensayo del flujo gravimétrico. A) Para el Primer ensayo: V1= 890cc/10s = 89 cc/s
B) Para el segundo ensayo: V1= 1800 cc/5s = 360 cc/s
C) Para el tercer ensayo:
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA V1= 1600 cc/3s = 533.33 cc/s
D) Para el cuarto ensayo: V1= 1340 cc/2s = 670 cc/s
Ensayo de Flujo Gravimétrico:
Para este análisis se realizarán los cálculos mediante la siguiente ecuación V=3 × Mmasast×ρ obtenida al hacer el equilibrio en la marca del dispositivo, esto nos lleva a buscar la densidad del agua, y como esta depende de la temperatura después de la experiencia se tomara la temperatura y por tablas se obtendrá la densidad del agua para realizar los cálculos, la cual dio una temperatura de 22°C lo que lleva a una densidad aproximada a 998 Kg/m3
A) Para el Primer ensayo: V1=3×2Kg998Kgm3×91s =66 cc/s V2=3×2Kg998Kgm3×103s=58cc/s V3=3×2Kg998Kgm3×123s= 49cc/s
B) Para el segundo ensayo: V1=3×2Kg998Kgm3×45s =134 cc/s V2=3×2Kg998Kgm3×56s=107 cc/s V3=3×2Kg998Kgm3×56s=107 cc/s
C) Para el tercer ensayo: V1=3×2Kg998Kgm3×12s =501 cc/s V2=3×2Kg998Kgm3×17s=354 cc/s V3=3×2Kg998Kgm3×19s=316 cc/s
D) Para el cuarto ensayo: V1=3×2Kg998Kgm3×7s =859cc/s V2=3×2Kg998Kgm3×13s=462 cc/s V3=3×2Kg998Kgm3×15s=401 cc/s
5) Resultados
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA 5.1. Tabulación de resultados y gráficos N°
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V gravimetrico( cc/s)
V volumétricopr omedio (cc/s)
V gravimetricop romedio (cc/s)
% de error
89
58
34.83%
360
116
67.7%
533.33
390.33
26.81%
670
573.33
14.43%
66 58 49
2
134 107 107
3
501 354 316
4
859 462 401
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA Primer Ensayo Segundo Tercer Cuarto Ensayo Ensayo
120 100 80 60 40 20 LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
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6) Conclusiones
Con los datos obtenidos en el laboratorio, se obtuvieron los valores de los caudales volumétrico y gravimétrico, los cuales diferían por un gran margen de error lo cual concluye que hubo fallas a la hora de medir el caudal. Esto indica que se introdujeron errores a la hora de medir los caudales los cuales produjeron esta diferencia de resultados; los cuales se menciona a continuación: Al momento de medir el flujo gravimétrico no se consideró el peso del tanque que contenía el agua y del peso de los aparatos que los sujetaban al momento de calcular el volumen del agua en el intervalo de tiempo medido, además al momento que en tanque subía de nivel la válvula dejaba salir el agua lo cual hacia variar un poco el volumen del agua del tanque aparte de las fugas que este tenía y también la poca precisión al momento de hace el ensayo en el intervalo de poner las pesas y tomar el tiempo promedio en el cronometro. También al momento de medir el flujo volumétrico se introdujo algunos errores al aproximar el volumen del agua en el intervalo de tiempo medido, además cuando el flujo se incrementó salpico un poco del fluido lo cual hizo variar un poco al volumen medido.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA -ENERGÍA Esto además del margen de error de los dispositivos usados hacen que los caudales medidos varíen en esas proporciones en vez de mostrar valores más cercanos entre si, al medir un mismo caudal por dos métodos diferentes.
7) Recomendaciones ➢ ➢ ➢
Tener en cuenta los pesos de los dispositivos a la hora de tomar los datos en el método gravimétrico. Realizar mejoras al banco hidráulico para evitar fugas que perjudiquen los resultados de la experiencia. Tener más cuidado al momento de tomar las medidas del volumen en el ensayo volumétrico para no introducir errores de medición.
8)Bibliografía ➢ ➢ ➢
Mecánica de Fluidos de Robert L. Mott Mecánica de Fluidos: Fundamentos y aplicaciones de Cengel y Cimbala Robert W. Fox y Alan T. McDonald, Introducción a la Mecánica de Fluidos, Cuarta Edición, Mc Graw Hill, México, 1995.
9) Anexos
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Tabla de propiedades del agua del libro de Mecánica de fluidos sexta edición de Robert L. Mott
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