EXPERIENCIA N2MEDICION DE FLUJOS

Jairo Ballestas,MichelCampo,BrandonPrez, Brayan Rincn.Elementos de ingenieriaIngeniera Agroindustrial Facultad de Ingeniera 13/05/2015

Resumen.La presente practica se realizo con el objetivo de estudiar la operacin de los medidores de flujo , el estudio se baso en la determinancion de parmetros para los medidores venturi , placa de orifico , de vertedero y de ranura , para esto se variaba el caudal y se tomaba las mediciones de presin para los medidores venturi y placa, adems la altura en los medidor de vertedero y ranura , asi como el volumen y tiempo de descarga, los datos obtenidos nos permitio la realizacin de los clculos e identificar el comportamiento de cada medidor. Palabras claves: Coeficiente de descarga, Medidores de flujo, calibracin, presin.

Abstract.

This laboratory experiment was divided into two parts: one, to find the friction losses in pipes and the other for friction losses in pipes with accessories. Friction losses based on the Bernoulli energy equation, using the data obtained in the system by finding the values of two point pressures and flow carrying, to get the data proceeded as follows calculated: to find the flow height of the water column was measured in the storage tank having a constant volume and counting the time it took to get to that point, two-point pressures were obtained using the manometros.Este process was carried out 3 times varying the pressure in each case.

Keywords: friction, accessories, lost, pipeline.

I. Introduccin.

La actividad industrial se ve regida principalmente por la cantidad de materia prima que emplea en un proceso. Por lo que es de suma importancia tener un control sobre la entrada y salida del material, as como del tiempo que tarda en completar el proceso .Los medidores de flujo son instrumentos que permiten cuantificar la cantidad de masa o el volumen, que por unidad de tiempo, pasa a travs de determinada seccin , dependiendo de la necesidad del proceso, los medidores mas utilizados se pueden calsificar en medidores de carga variable como los tubos venturi, las placas de orificio , los cuales dependen de una constriccion en el flujo ; los medidores de canales abiertos como los vertederos y ranuras ; los medidores de rea variable como los rotmetros entre otros.Los medidores de flujo deben ser calibrados antes de utilizarlos, pues de no ser as, se obtendran medidas inexactas, debido a factores que no son considerados bajo la suposicin de un caudal ideal, como lo son: reparto desigual de velocidades, la contraccin de la vena del fluido, las rugosidades de la tubera, entre otros . Por lo que el presente estudio tiene por objetivo calibrar los tres tipos de medidores de flujo de presin diferencial mencionados, mediante el clculo del coeficiente de descarga, a travs de mediciones y procedimientos que sern descritos en el presente informe.

II. Marco terico.

El caudal es una indicacin de que tanto fluido en peso o volumen se esta moviendo , osea es que tanta cantidad de fluido esta pasando por un determidado punto dentro de un periodo de tiempo, para esto se utilizan los medidores de flujo.

Un medidor de flujo es el dispositivo que mide la cantidad de fluido en movimiento a travs de conductos cerrados o abiertos , la mayora de los medidores de caudal se basan en un cambio del rea de flujo , lo que provoca un cambio de presin que puede relacionarse con el caudal a tra ves de la ecuacion de Bernoulli. A continuacin se presenta una descripcin de los medidores utilizados en el laboratorio: Medidores de orificio , medidores de venturi y de ranura.

Medidores de orificio.Son dispositivos que consisten en una reduccin en la seccin de flujo de una tubera , de modo que se produzca una cada de presin , a consecuencia del aumento de velocidad.

Figura 1. Medidor de placa de orificio

Haciendo una balance de energa entre una posicin antes de la restriccin (punto 1 ) y la seccin de la obstruccion (punto 2) , despreciando las perdidas por friccion y de energa potecial debido a que estn a una misma altura tenemos:

Para un fluido incomprensible y de la ecuacion de continuidad :

(2)Al reemplazar 2 en 1 obtenemos :

(3)Donde es la razn de dimetros. Despus que se conoce v2, la razn de flujo se puede determinar a partir de: (4)En caso de que se consideren las perdidas de friccion , es necesario agregar el coeficiente de descarga Cd , quedndonos la tasa de flujo de las iguiente forma: (5)Donde = = es el rea transversal del agujero y es la razn del dimetro del agujero de la tubera.usualmente el dimetro del orificio esta entre 50 y 70 % del dimetro de la tubera. Tubo VenturiEste medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de Venturi por el cientfico italiano que fue el primero en experimentar en tubos divergentes.Este medidor es el ms exacto teniendo una mnima prdida de presin permanente y permitiendo el paso de 1.6 veces ms el flujo que la placa de orificio.El aparato est formado por tres secciones principales, una convergente con ngulo menor a 7, una seccin intermedia que constituye la garganta o estrechamiento y una divergente.

Figura 2. Medidor de venturi.

La ecuacin para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un medidor de orificio:

v1: velocidad en la garganta.D1: Dimetro de la garganta.D2: Dimetro de la tubera.Cv: Coeficiente de descarga;.Las prdidas de presin no recuperables son del 10% de la cada de presin marcada en el manmetro diferencial

medidor de ranura (cilindro)coniste de una cmara cilndrica , en cuyo diamentro se encuentra un cilindro concntrico con una ranura axial graduada , y por el fondo del mismo se encuentra un orificio por el cual el agua fluye , desbordndose y al mismo tiempo permitiendo un nivel de agua a travs de la ranura . este medidor se fundamenta en que el liquido proveniente de la tubera ingresa a travs de un prifico situado en el fondo de la cmara y pasa a travs de de la ranura rectangular , que es el elemento registrador por medio de una escala graduada en el cilindro.Medidor de canal abierto (vertedero de ranura)Consiste esencialmente de una canaleta rectangular y de una compuerta u obstculo con una pequea ranura o escote por medio del cual el liquido fluye , desarrollando una carga de velocidad ; la cantidad de flujo se determina de modo sencillo y rpido , mediante el nivel de salida del liquido en la abertura que sirve como elemento registrador . las aberturas se construyen de diversas formas geomtricas, siendo las principales de modelo rectangular , circular , triangular , entre otras.La nica precaucion que debe tenerse al construir este medidor , es que la salida del liquido de la lnea de tubera este bastante lejos de la abertura con el objeto de evitar pertubarciones en la vencidad del vertedero.

III. Metodologa Materiales y equipos Bomba centrifuga. Recipiente graduado.. Cronometro. Fluido ( agua a temperuta ambiente ) Manometros de columna. Medidores ( de venturi, de placa de orificio y de ranura)El montaje del equipo constaba de una bomba centrifuga la cual retroalimentaba el agua del tanque del almacenamiento hacindola pasar por un sistema de tuberas en el cual se encontraban distribuidas en serie los medidores utilizados , para el medidor de venturi y de placa de orificio se expresaban las variaciones de presiones para tres puntos ,en sus respectivos manometros generadas a base de mercurio .La toma de datos se produjo despus de habilitar correctamente las vlvulas de alimentacin y de descarga , luego se dejo estabilizar el equipo unos minutos , posteriormente se resgistraron las presiones para cada medidor y la altura del flujo ,para el medidor de ranura de vertedero y de ranura de cilindro, este procedimiento se realizo tres veces para cada unas de las tres variaciones realizdas en la rata de flujo esto para obtener mayor exactitud en la toma de los datos.

Fig.3 Equipo de medicin de flujo Fig.4 panel de manometros

IV. Resultadosy discusin de resultadosCalibracin y determinacion de parmetros en medidores de carga variable (venturi,placa y de ranura) Despues de seguir cada uno de los pasos sealados en el procedimiento , se promediaron y registraron los datos obtenidos estos los podemos observar en la siguiente tabla:

CORRIDAV(L)T(S)RANURAVERTEDERORanuraMEDIDOR DE VENTURI.MEDIDOR DE ORIFICIO.

h(cm)h(cm)P1P2 (mmhg)P2-P3 (mmhg)P1P2 (mmhg)P2-P3 (mmhg)

156.942013.3585110244

257.5318.311.245399037

3512.913.68.215153617

Tabla 1. Datos registrados en la experiencia.El mtodo utilizado para determinar experimentalmente los coeficientes de descarga es por mnimos cuadrados, Teniendo como frmula base: (7)Para esto calculamos dichos valores a partir de los datos experimentales registrados en la tabla 1. Los datos obtenidos los registramos a continacion:Valores Para La placa de orificio en los puntos (1-2) y (2-3)Medidor de orificio Medidor de orificio

corridaQ(l/s)(mm hg)

Q)

(mm hg)

Q)

1O,72011210,587.61446,614,77

20,664909,483,29376,084,03

30,3843662,30174,121,58

suma22813,29810,38

Tabla 1. Datos para el coeficiente de descraga del medidior de placaLuego de reemplazar los valores correspondiente en la ecuacin (7) obtenemos los coeficientes de descarga para el medidor de orifico en el estrechamineto(p1-p2) y en un punto posterior a este (p2-p3) :K1-2= 0,0684 K2-3= 0,10591

Grfica 1. logaritmo de la variacin de caudal vs cada de presin en el estrechamiento, placa de orificio.

Los calculos para el medidor de venturi se realizaron de igual forma que para el de orificio acontinuacion los datos obtenidos:

Medidor de venturi Medidor de venturi

corridaQ(l/s)(mm hg)

Q)

(mm hg)

Q)

1O,720587,615,47517,145,14

20,664456,704,45396,244,14

30,384153,871,48153,871,48

suma11811,4110510,77

Tabla 3. Datos para el coeficiente de descarga del medidor de venturi.

K1-2= 0,0967 K2-3= 0,10257

Grfica 2. logaritmo de la variacin de caudal vs cada de presin en el estrechamiento, medidor de venturi.

Para la determinacion de los coeficientes de descarga para los medidiores de ranura( de vertedero y con cilindro) se realizo el mismo procedimiento:

vertedero de RanuraCilindro con Ranura

corridaQ(l/s)(mm hg)

Q)

(mm hg)

Q)

1O,72011,33,362,42204,483,21

20,66411,23,342,2218,34,252,81

30,3848,22,861,0913,63,61,38

suma30,75,7351,97,41

Los coeficientes son:

Kvertedero=0,1866 Kcilindro= 0,1427

Grfica 3. logaritmo de la variacin de caudal vs altura en el cilindro , medidor de ranura.

Grfica 4. logaritmo de la variacin de caudal vs altura en el vertedero de reanura.

Las mediciones de presin para el fluido cuando transitaba en la placa de orificio y tubo de venturi se registraron en relacin a tres puntos la cual la relacin de los primeros dos nos daba la cada de presin permanente en el estrechamiento y la relacin con el punto posterior la cada de presin pasado el estrechamiento, a partir del anlisis de estos datos podemos ver que el medidor que menor perdida de presin registro fue el de venturi , permitiendo adems mayor paso de flujo en la reduccin esto genera una mayor exactitud en la medicin del caudal frente a otros medidores .

la importancia sobre el coeficiente de descarga, radica en que el caudal calculado de forma convencional no resulta un caudal real, ya que no contempla las prdidas de energa existentes en el dispositivo. Es necesario corregir la medicin del caudal, para lo cual se define el coeficiente de descarga como la relacin entre el caudal real y el caudal terico.

De esta forma el coeficiente descarga sirve como factor de correccin del caudal medido para tomar en cuenta las perdidas de energa presentes. Analizando los valores obtenidos en la experiencia es que el los medidores que los medidores carga variable (venturi y orifico ) presentan coeficiente de descarga muy parecidos sin embargo el medidor de orifico provoca una mayor perdida de presin lo cual puede afectar la medicin, de igual forma vemos que el medidor de mayor coeficiente descarga fue el de vertedero de ranura.

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se determin que el caudal que circula por la tubera es directamente proporcional a la cada de presin ya que a mayor caudal mayor es la cada de presin tanto en el Vnturi como en la Placa orificio. Debido a La obstruccin menos brusca en el tubo Venturi hay mayor recuperacin de presin, mientras que en la placa orificio la recuperacin de presin es menor ,aunque en esto tambin influye la cada de presin debido a la friccin generada al estar en contacto el fluido con las paredes de la tubera y obviamente luego de haber pasado el mismo por las obstrucciones de los dispositivos antes mencionado.Es importante la calibracin de los medidores , pues de no ser as, se obtendran medidas inexactas, debido a factores que no son considerados en el clculos de un caudal ideal, como lo son: reparto desigual de velocidades, la contraccin de la vena del fluido, las predidas permanentes por friccion, entre otros.

Recomendaciones Mejorar la escala graduada en el panel de variacin de presin para los medidores, as como tambin la utilizacin de un fluido manomtrico menos denso para observar de maneras ms clara las variaciones de altura en dicho instrumento.

Realizar mas variaciones en el cudal para que se obtengan mayor cantidad de valores experimentales y de sta manera se presente una mayor confiabilidad en los resultados obtenidos.

VI. Bibliografa

[1]MOTT, Robert y BRITO, Javier. Mecnica de fluidos. Mc Graw-Hill, Mxico, 6ta edicin, 2006. [2] CENGEL Yunus A. CIMBALA John M. Mecnica de fluidos, Fundamentos y aplicaciones. Primera edicin. [3] STREETER V. Mecnica de fluidos. Novena edicin. [4] HEWITT Paul G. Fsica conceptual. Tercera edicin. [5] WHITE, Frank. Mecnica de fluidos. Mc Graw-Hill, 4ta edicin, Espaa, 2003.

VII. Anexos

Fig.5 Medidor de ranura Fig. 6 medidor de venturi

Fig.7 Medidor de ranura Fig.8 vertedero de ranura 1.