MEDICIN DE FLUJOS

AULA VIRTUAL

USANDO: PLATAFORMA EDUCATIVA MOODLE Y/OPLATAFORMA EDUCATIVA DOKEOS(An no instalados en el servidor de la UNI)

CURSO: LABORATORIO DE ING. MECNICA I

EXPERIENCIA 5: MEDICIN DE FLUJOS

ING. OSWALDO MORALES TAQUIRI

2008

VERTEDERO

EQUIPOS E INSTRUMENTOS Vertedero triangular, cuyo ngulo es 45 Un cronmetro Una probeta graduada

FUNDAMENTO TERICO

Un vertedero es como una presa, sobre la cual debe pasar el lquido y tomando ciertas medidas del flujo cerca del vertedero puede determinarse el caudal con la ayuda de la Ecuacin de Bernuolli y algunos datos empricos.Hay varios tipos de vertedero, el vertedero triangular o en V que se utiliza para caudales pequeos, el vertedero rectangular para caudales considerables, los vertederos hiperblicos y parablicos, tienen el objetivo de mantener un coeficiente de descarga constante o mantiene una altura "h" directamente proporcional al caudal "q".

Las consideraciones que se tienen para el clculo terico del caudal son:

Obviar la contraccin que sufre el fluido al pasar por el vertedero. No considerar los efectos de tensin superficial. No tomar en cuenta la viscosidad del fluido.

Entre los principales tipos de vertederos tenemos:

La presin que ejerce el fluido vara con la altura, siendo mayor en el vrtice del vertedero, en consecuencia hay un gradiente de velocidades de arriba hacia abajo.El caudal terico que circula por el diferencial de rea es:

Como dA = x*dz; adems

Integrando se llega a:

Donde:

PROCEDIMIENTO

Asi tenemos la grafica total del vertedero con sus respectivas partes:

Placa con agujero triangular Flotador Cuba de Reynolds Para cada variacin de caudal se tienen diferentes alturas en el flotador y con estas alturas se reemplazan en la formula para obtener el caudal terico

Con el flotador y la placa tenemos tenemos el caudal terico medido en el vertedero

Se obtuvieron los siguientes datos en las distintas pruebas:

DATOS OBTENIDOS

h(cm)t(segundos)V(ml)

12,03210,3500

22,15910,47640

32,41310,36690

42,476510,39760

52,548,43660

CLCULOS Y RESULTADOS

Con la tabla de la placa y del flotador obtenemos caudales tericos de la siguiente formula:

Para g=9.81 m/seg2 = 981 cm/seg2 =45 y un h correspondiente

Para H=2.032cm.Q terico l =(8/15)(2*9.81)0.5 *Tg(45/2)*(2.032)5/2 Q terico l =57.5946 cm3 /seg.Y de esta misma manera los dems caudalesQ real=Volumen /tiempoK= Q real/ Q teorico

h(cm)t(segundos)V(cm^3)Qr (cm3/s)Qt(cm3/s)K

12,03210,350048,543689357,59460490,842851

22,15910,4764061,127029667,01995780,912072

32,41310,3669066,602316688,50460110,752529

42,476510,3976073,14725794,44269570,774515

52,548,4366078,2918149100,6136340,778143

K promedio=0,812

Aqu se muestra la grafica de K con respecto al caudal real

Aqu se muestra la grafica de la variacin de error con respecto al caudal terico

OBSERVACIONES

1. A flujos muy pequeos, la vena se deforma notoriamente, el lquido "se pega" a la placa.

2. Se tiene que esperar un tiempo adecuado para la toma de datos, lo que perjudica la rapidez de la experiencia.

3. el tipo de vertedero que se utilizo fue triangular de ngulo de 45.

4. se instala en el canal varias mallas de alambre cada cierta distancia .

5. el caudal forma un ngulo recto con el vertedero.

CONCLUSIONES

1. se utilizan para medir caudales en canales abiertos y se encuentran enformas variadas. 2. El vertedero debe formar un ngulo recto con la direccin del caudal y el canal aguas arriba debe ser recto como mnimo en una distancia de 10 veces la anchura.3. las mallas de alambre instaladas en el canal son para que el caudal que al inicio entra en forma turbulenta llegue al vertedero casi laminar.4. La diferencia de alturas debe medirse en un punto aguas arriba lo suficientemente alejado como para no ser influido por la curva de bajada de la superficie del agua y es conveniente incluso utilizar un pozo de proteccin (tubera de dimetro ligeramente mayor que el flotador) para el flotador del instrumento de medida.5. El vertedero se utiliza para medir caudales, mediante la ecuacin de Bernoulli y de algunos otros datos empricos.6. El porcentaje de error disminuye con respecto al caudal ya sea por la toma de datos q pueden ser mas precisas por que a mayor tiempo mayor ser el volumen y los errores q arrastran no son muchos.7. El coeficiente de descarga tiende a disminuir con respecto al tiempo aunque en la 4 tome de datos se ve una baja considerable eso se debe a la mala toma de ese dato.8. En la toma de valores siempre va a existir un margen de error por la toma de datos

VENTURIMETROEQUIPOS E INSTRUMENTOS Sistema de tuberasDimetro externo = 1 pulgDimetro del cuello = pulg Regla graduada Cronmetro Bomba de agua

PRINCIPIO TERICO El tubo Venturi consta de cinco partes:

1.- La posicin de ingreso cilndrica cuyo dimetro es el mismo que el de la tubera corriente arriba.2.-El cono de ingreso con una conicidad de 2:1 unido a la posicin de ingreso mediante una curva suave.3.-El cuello cilndrico corto que tiene una toma de presin.4.-El cono de salida cuya conicidad esta comprendida entre 5 y 15.5.-Posicin cilndrica de salida cuyo dimetro es igual al de la tubera.

Aplicando la ecuacin de energa en el venturi entre los puntos 1 y 2:

Adems: A1V1=A2V2

Haremos:

Entonces (1) se transforma en:

Relacionando las presiones en el manmetro:

Reordenando:

Reemplazando (6) en (4)

Donde K:Factor de aproximacin de velocidad

El caudal terico:

El caudal real:

DondeQ: Caudal (terico o real)D1: Dimetro de la tuberaD2 Dimetro del cuello H: Diferencia de presin en mm (altura de mercurio) : Densidad (del mercurio y del agua)G: Aceleracin de la gravedadCd: Coeficiente de descarga

PROCEDIMIENTO Se prende la bomba de agua para hacer circular un caudal de agua a travs del tubo de Venturi que tiene una seccin divergente. Luego debemos medir la cada de presin en el tubo de Venturi. Esta cada de presin se lee a partir de un manmetro en U en pulgadas de mercurio.

Luego se tomar nota de las lecturas del nivel de agua en el Tanque Simple que esta graduado directamente en volumen ya que marca la proporcin de agua obtenida dentro de el. Para determinar el tiempo, con que se medir el caudal, se utilizar un cronmetro. Este caudal ser considerado el Real para hacer las comparaciones con el caudal calculado a partir de la cada de presin en el tubo de Venturi.

DATOS OBTENIDOSP(psi)H(mmHg)t(s)V(litros)

15106,688,4510

21466,0411,6410

32045,7214,7710

42430,4816,8210

CLCULOS Y RESULTADOSD1 = 0.03175 mD2 = 0.01905 mg = 9.81 m/s2Haciendo uso de las ecuaciones descritas anteriormente, calculamos el caudal terico: m = 0.031752 / 0.19052 = 0.36k=1.071866157

Hallamos el caudal real:

H(mmHg)t(s)V(litros)Qr (cm3/s)V(cm/s)Qt(cm3/s)CD

1106,688,45101183,431953550,4486021568,904880,75430446

266,0411,6410859,1065292433,0906441234,407760,69596657

345,7214,7710677,0480704360,3531981027,089340,65919102

430,4816,8210594,530321294,227154838,6149340,70894316

cd prom0,7046013

OBSERVACIONES

Se utiliza un sistema de tuberas de cobre y uniones para la prctica de medicin de flujo con tubo de ventura.

Las mediciones de cada de presin se realizaron mediante un manmetro de tubo en U ,reutiliza como liquido el Hg.(cuya densidad = 13600 kg/m3)

Observamos que la altura en el marcador de diferencia de alturas con mercurio no es muy fcil de medir.

CONCLUSIONES

La velocidad depende en forma directa del caudal a mas caudal mas velocidad en determinada rea

La diferencia entre el caudal real y el terico se debe a que no se considera perdidas primarias ni secundarias y esto nos lleva a un % de error. Tambin los errores en los clculos de lo real con lo terico se debe al margen de error que se tiene en la toma de los datos. NOTA:Permite la medicin de caudales 60% superiores a los de la placa-orificio en las mismas condiciones de servicio y con una prdida de carga de slo 10 a 20% de la presin diferencial. Posee una gran precisin y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de slidos, si bien, los slidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida. El costo del Tubo Venturi es elevado, del orden de 20 veces el de una placa-orificio y su precisin es del orden de 0,75%.

PLACA CON ORIFICIO

EQUIPOS E INSTRUMENTOS sistema de tuberasdimetro externo = 11/4 pulgDimetro del orificio = 3/4 pulg Regla graduada CronmetroPRINCIPIO TERICOConsiste en una placa metlica que tiene un orificio circular. Este tipo de medidor puede utilizarse para medir flujo de gases, lquidos o vapores.Este tipo de dispositivo no es conveniente utilizarlo en la medicin de flujos para lquidos viscosos debido a la gran perdida de presin que se produce.El fundamento terico es el mismo que el Venturi.

El caudal terico:

El caudal real:

DondeQ: Caudal (terico o real)D1: Dimetro de la tuberaD2 Dimetro del orificio H: Diferencia de presin en mm (altura de mercurio) : Densidad (del mercurio y del agua)g: Aceleracin de la gravedadCd: Coeficiente de descarga

PROCEDIMIENTOEl procedimiento para la placa con orificio es el mismo que el de Venturi.

DATOS OBTENIDOS

P(psi)H(mmHg)t(s)V(litros)

110789,6810

2146410,5610

3204413,3510

4241910,465

CLCULOS Y RESULTADOS

D1 = 2.54c mD2 = 1.905c mg = 9.81 m/s2Haciendo uso de las ecuaciones descritas anteriormente, calculamos el caudal terico: m = 0.031752 / 0.19052 = 0.36k=1.071866157

P(psi)H(mmHg)t(s)V(litros)Qr (cm3/s)V(cm/s)Qt(cm3/s)CD

110789,68101033,05785470,67671341,536650,77005563

2146410,5610946,969697426,3491341215,192910,7792752

3204413,3510749,06367353,5100271007,584730,74342499

4241910,465478,011472232,301599662,1128860,7219486

cd promedio 0,75367611

Hallamos el caudal real: Vol. = 0.225 m x 0.30 m x 0.243 m = 0.01 m3

Hallamos tambin el Cd:

OBSERVACIONES

Las tuberas utilizadas son de cobre de (1 1/4)pulg .la cual se conectan con unioes simples y codos Las mediciones de cada de presin se realizaron mediante un manmetro de tubo en U ,reutiliza como liquido el Hg.(cuya densidad=13600 kg/m3) Utiliza una bomba para dar la presin al fluido. Para regular el caudal en la tubera se grada con una llave universal. Notamos que en la experiencia de la placa con orificio se nos fue difcil ver lo que pasaba justo en la seccin donde estaba el dimetro menor La medida del dimetro menor se tubo directamente de los datos sacados con un vernier y asumimos los espesores para sacar as un dimetro estndar.

CONCLUSIONES

La caida de presin depende directamente del caudal que fluye por la tubera. Aunque esta es una forma de hallar los caudales tiene un margen de error ya sea por la cada de presin fundamentalmente.

La velocidad depende en forma directa del caudal a mas caudal mas velocidad en determinada rea

NOTA:Consiste en una placa perforada instalada en la tubera. Dos tomas conectadas en la parte posterior de la placa, captan la presin diferencial la cual es proporcional al cuadrado del caudal. El orificio de la placa puede ser concntrico, excntrico o segmental, con un pequeo orificio de purga o venteo para los pequeos arrastres slidos o gases que pueda llevar el fluido. Las dos ltimas placas permiten medir caudales de fluidos que contengan una cantidad pequea de slidos. La precisin obtenida con la placa es del orden del 1 al 2%.

BIBLIOGRAFIA MANUAL DEL LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA I UNI EL LABORATORIO DEL INGENIERO MECNICO: JESSE SEYMOUR MECNICA DE LOS FLUIDOS: IRVING SHAMES MANUAL DEL LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA II UNI INTERNET