1ºlab.de fluidos-medicion directa de caudal.docx

8/12/2019 1Lab.de fluidos-Medicion Directa de Caudal.docx

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INDICE

INTRODUCCION...............pg. 2

OBJETIVOS...................................................pg.2

MARCO TEORICOpg. 2

DESCRIPCION DEL EQUIPO.pg. 4

PROCEDIMIENTOS DE LABORATORIO.pg. 5

CUADRO CON LOS DATOS OBTENIDOS..pg. 6

RESULTADOS Y CURVAS.pg. 6-7

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESpg.8

BIBLIOGRAFIA..pg. 8

APENDICE..pg. 9


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INTRODUCCION:

La medicin de caudal es de fundamental importancia en la industria de

procesos. Prueba de ello es su elevado porcentaje de ocurrencia en la prctica,

dentro del conjunto de mediciones que se realiza habitualmente.

Existen diversas tcnicas para la medicin de un fluido, entre las cuales se

estudiar el uso y mtodos para determinar el caudal del mismo; en ese caso

se estudiar el mtodo gravimtrico y volumtrico, los cuales se determinan

midiendo con la ayuda de un cronmetro, el peso o volumen de un fluido que

pasan en un intervalo de tiempo.

OBJETIVOS

Objetivo General

Determinar el volumen o el peso del fluido que pasa a travs de una

seccin en un tiempo determinado.

Objetivos Especficos

Determinar el caudal de agua mediante el mtodo volumtrico.

Determinar el caudal de agua mediante el mtodo gravimtrico.

Encontrar la diferencia entre ambos mtodos.

MARCO TEORICO

La medicin del flujo comprende la determinacin de la presin, velocidad,

caudal, etc.

El caudal se puede determinar tanto por el mtodo directo as como por el

mtodo indirecto.

Los mtodos directosresuelven estos problemas determinando el volumen o

el peso del fluido que pasa a travs de una seccin en un tiempo determinado,

los mtodos a usar en esta experiencia son: el mtodo volumtrico y el mtodo

gravimtrico.


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Las mediciones indirectasde caudal determinan la altura, las diferencias de

presiones, cambio de velocidades en varios puntos de una seccin y con estos

datos se calculan el caudal. Entre los instrumentos para las mediciones

indirectas tenemos los caudalimetros.

Ecuacin de continuidad:

El caudal se define como la velocidad media de las partculas multiplicada por

el rea transversal del tubo de la corriente. Las unidades en las cuales se

expresa el caudal son: metros cbicos por segundo, en el sistema

Internacional, o en litros por segundo. Q = A.V

Este mtodo, se utiliza aprovechando el principio de la conservacin de la

masa y considerando que en los lquidos, la densidad es prcticamente

constante.

ANALISIS Y METODOLOGIA DEL CLCULO

A continuacin se presentan los modelos de clculo para determinar el caudal

por el mtodo volumtrico y por el mtodo de la ecuacin de continuidad,

adems el modelo para calcular el porcentaje de error.

CAUDAL. METODOVOLUMETRICO

Q = V/ t

Donde:Q : caudalV : volumen (m3)t : tiempo

CAUDAL. METODOGRAVIMETRICO

Q = 3MP/ d. t

Donde:MP : masas de las pesas (2 kg)d : densidad del fluido (kg/m3)t : tiempo : (s)

CAUDAL. METODO ECUACION DE CONTINUIDADQ = V.A

Donde:Q: CaudalV: Velocidad (m/s).A: Area (m2).

AREA (A)

A = ( .D2)/4Donde:D: Dimetro (m)

VELOCIDAD (V)V = X ( g/2Y )

Donde:V : velocidad de salida del chorro(igual a la velocidad del agua en latubera)X : Alcance del chorro (m).Y : Distancia vertical (m).

g : Gravedad (m/s2).


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PORCENTAJE DE ERROR %E

% E = | (XoXi) / Xo | * 100

Donde:

% E : Porcentaje de errorXo : Parmetro tomado como patrnXi : Parmetro que se pretende comparar

DESCRIPCION DEL EQUIPO

Banco de pruebas hidrulico:se emplea en estudios de caudales a

diferentes aberturas.La nota particular por el uso del banco hidrulico

est en su sistema de equilibrio entre el nmero de pesas y el depsito

del fluido,el brazo de conexin entre ambos presenta una relacin de 3

a 1.

Bomba de agua: proporciona el caudal que se regula para el

procedimiento de las experiencias

Vlvula de control de Flujo

Manguera de descarga

Pesas de 2 Kg

Tapn hermtico

Cronmetro

Probeta Graduada (2 litros): nos sirve para medir el volumen de aguaen un tiempo dado


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PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

PROCEDIMIENTOEXPERIMENTAL

PREPARACIONDEL E UIPO

Tener el banco de prueba hidrulico

completo y su nivel de agua normal.

METODOVOLUMETRICO

METODOGRAVIMETRICO

Poner en funcionamiento la Bomba.

Abrir al mximo vlvula a la descarga

de la bomba.

Repetir 2 veces la operacin anteriorusando las dimensiones promedio

para la tabulacin.

Llenar el recipiente de agua hasta que

equilibre el peso muerto del mismo.

Colocar de inmediato una pesa de 2kg

al sistema iniciando el cronometro.

Esperar el equilibrio nuevamente y

anotar el tiempo que se emplea.

Llenar la probeta tras la abertura de la

vlvula en un tiempo determinado.

Repetir todo lo anterior colocando

otras 2 pesas por separado.

Repetir todo el proceso3 veces ms.

Repetir todo el proceso3 veces ms.


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CUADRO CON LOS DATOS OBTENIDOS

VOLUMETRICO GRAVIMETRICOT(s) V(cc) Volumen

promedioQv

(cc/s)T(s) Mpesa

(Kg)Tiempopromedio

Qg(cc/s)

1 1.3118011001150

1143.33 879.4810

910

2 9.67 620.48

2 2124012301260

1243.33 621.66511.2923.2335.09

2 23.20 258.62

3 2.2860900

1100953.33 433.33

16.0932.1248.08

2 32.10 186.92

4 4.9160015601580

1580 322.459.58

10.5213.18

2 11.09 541.03

RESULTADOS Y CURVAS

(*Caudal:lts/s)

Volumtrico

Aberturas 1 2 3 4

Caudal* 0.87948 0.62167 0.43333 0.32245

Gravimtrico

Aberturas 1 2 3 4

Caudal* 0.62048 0.25862 0.18692 0.54103


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Grafica Caudal volumtrico (lts/s) Vs Abertura (N)

Grafica Caudal Gravimtrico (lts/s) Vs Abertura (N)


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Entendimos que hay ms de una forma de descubrir el gasto o

caudal de un fluido.

Descubrimos que el caudal es directamente proporcional a la

abertura de salida del fluido.

Llegamos a la conclusin que el caudal medido mediante el

mtodo volumtrico resulta mayor que el caudal medido mediante el

mtodo gravimtrico para una misma abertura, debido a la falta de

precisin en la toma de datos.

Se recomienda usar instrumentos ms precisos para la toma de

datos de las experiencias a realizarse que muestren la cercana

que se tiene con la teora.

BIBLIOGRAFA:

Ranald V. Giles, Mecnica de fluidos e Hidrulica. Editorial MC.Pg.1-2.

http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal.

www.ing.unlpam.edu.ar/material/fluidos/pdf/clase_medidores_flujo.pdf.

www.predic.com/mediawiki/index.php/Caudal_volumtrico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Caudalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Caudalhttp://www.ing.unlpam.edu.ar/material/fluidos/pdf/clase_medidores_flujo.pdfhttp://www.ing.unlpam.edu.ar/material/fluidos/pdf/clase_medidores_flujo.pdfhttp://www.ing.unlpam.edu.ar/material/fluidos/pdf/clase_medidores_flujo.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Caudal


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APENDICE

Medidores de caudal:

1. Placa de orificio.Consiste en una delgada hoja de metal, plana y con un orificio, sujeta entre unpar de bridas y ubicada en un lugar adecuado de la caera.Su colocacin y extraccin de la caera es sencilla lo que favorece lainspeccin de daos producidos por erosin, corrosin, ensuciamiento odeformacin.La prdida de carga permanente que introduce es apreciable en relacin aotros elementos primarios

FuncionamientoEs importante comprender que en cualquier tubera por la cual circula agua,

la presin aumenta cuando la velocidad disminuye y la presin disminuyecuando la velocidad aumenta.

Vamos a referirnos a la figura, donde se muestra un corte transversal deldispositivo de medicin.

La placa orificio origina que lavelocidad aumente y por lo tanto lapresin disminuye.

Imaginemos que el agua circula por una tubera normal de acero sin quenada la detenga, en este caso la velocidad de un punto de la tubera a otrono cambia.

Pero la placa de orificio(punto C) insertada en la tubera origina que el aguachoque con la placa y disminuya su velocidad.

Debido a la reduccin de la velocidad, la presin justo antes del orificio(puntoB) es un poco mayor que la presin de operacin en la lnea de conduccinaguas arriba(punto A).

Al pasar el agua por el orificio, para compensar la disminucin del rea, lavelocidad aumenta y la presin disminuye, llegando a su menor valor cuandola velocidad es mxima.

Aguas abajo de este punto, el flujo de dispersa, disminuye la velocidad y sepresenta un aumento de la presin en el punto D.

Despus de la placa, la velocidad se recupera porque el agua circula en toda

la tubera(punto E).


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Vamos a llamar a la presin aguas arriba de la placa de orificio como h 1,mientras que la presin aguas abajo como h2. La diferencia entre ambas (h1

h2) se conoce como la presin diferencial, la cual simbolizaremos por h.

Requerimiento de Instalacin:

Dimetro mnimo y mximoPara poder emplear la placa orificio, el dimetro mnimo de la tubera debe deser de 2 pulg y el mximo de 50 pulg. Lo anterior no representa problema, yaque los dimetros ms comunes son de 6, 8, 10 y 12 pulg.

Condiciones de Operacin

Es necesario que en las instalaciones

que revises verifiques lo siguiente:

1. Que la tubera sea circular.2. Que la tubera sea horizontal.

3. Que el agua circule a tubo

lleno.

4. Que el dimetro antes y

despus de la placa sea el mismo.

5. Que el interior de la tubera se

encuentre limpio y libre de

incrustaciones, al menos 10 dimetros

aguas arriba de la placa y 4 dimetros

despus de la misma.


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2. Toberas:Perteneciendo al conjunto de elementos deprimgenos, es tambin unelemento que produce una prdida de carga por accin de unangostamiento de la seccin, si bien mucho ms gradual que el quepresenta la placa orificio.

Es por ello que se la puede utilizar para medicin de caudal de fluidos conslidos en suspensin, de dos fases, de vapor o de fluidos viscosos. Noobstante se la debe desechar para fluidos con altos porcentajes de slidosque puedan obturarla.

Su capacidad es mucho mayor que la de una placa de orificio de igualdimetro y la prdida permanente de presin que produce, es inferior a la delas placas pero superior a la del Venturi.Su extraccin de la caera es mucho ms dificultosa que la de una placaorificio pues no es suficiente con separar algunos milmetros las caerasadyacentes.

3. Venturi:Estn formados por una corta seccin cilndrica, una seccin convergente,

(el cono de entrada una garganta y una seccin divergente, (el cono desalida).

Uno de sus inconvenientes es el tamao del equipo, lo que requiere segnlos casos un tramo considerable de caera para su instalacin.


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Su construccin se realiza a partir de fundicin o de chapas meta Ticas. Sucosto es muy superior al de los otros elementos de primgenos.Las tomas de presin se ubican habitualmente la de alta en el cono deentrada y la de baja en la garganta.Asimismo por sus caractersticas produce una prdida irreversible de

presin que es menor que la producida por los otros elementosdeprimgenos. Dicho en otras palabras, para igual diferencia de presionesprovee mucha mayor capacidad. Ello explica su habitual aplicacin enservicios con poca presin diferencial disponible.Asimismo requiere una longitud de caera recta corriente arriba inferior alos de las placas orificio y permite operar con relaciones caudal mximo amnimo de hasta 20 a 1.

4. Tubo de Pitot:A diferencia de los elementos deprimgenos en los que se establece una

relacin entre el caudal y la diferencia de presiones estticas, en el tubo dePitot se vincula el caudal con la diferencia entre la presin dinmica(presin esttica ms "altura de velocidad") y la presin esttica.

Como se muestra en la figura, el orificio central corresponde a la toma depresin dinmica y los orificios laterales a la toma de presin esttica.Su uso est particularmente difundido en aquellos casos en que no seaceptan prdidas de carga en la instalacin.Si bien su costo es muy bajo tiene el inconveniente de ser muy fcilmenteensuciable razn por la cual su uso industrial se ve limitado.

Es necesario puntualizar asimismo que el caudal se obtiene realmente atravs de la velocidad y la seccin transversal de la caera y la medicin dediferencia de presiones provee informacin sobre la velocidad en el puntode medicin.Dicha velocidad solo ser representativa del caudal en el caso en que lamisma sea constante en toda la seccin, es decir un perfil plano develocidades.Es posible tambin establecer vinculaciones entre la velocidad mximamedida en el eje de la caera y la velocidad media a travs de curvasexpresadas en funcin del nmero de Reynolds.


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5. Medidor de paleta: (target-meter)

Consiste en un disco instalado, dentro de la caera y concntrico col ella,en forma perpendicular a la direccin del flujo.

El caudal se obtiene por la vinculacin existente entre este y la fuerza queejerce el fluido en su circulacin contra la paleta.Su campo de aplicacin se halla en la medicin de caudal de fluidos sucios,viscosos, corrosivos o con slidos en suspensin.

6. Medidor de Codo:

Mide el caudal por la relacin que existe entre este y la diferencia depresiones entre la cuerda externa (toma de alta) y la interna (toma de baja)en un codo.


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La medicin de caudal se realiza habitualmente por calibracin individual:Si bien la baja prdida de carga que produce es conveniente desde el puntode vista energtico, siendo tan reducida puede plantear problemas para sumedicin.As como en otros elementos deprimgenos, presenta requerimientos en

cuanto a longitud de caera recta corriente arriba y abajo.Permite operar con relaciones de caudal mximo a mnimo de 3 a 1 yprovee exactitudes del 1% para elementos calibrados en laboratorio. Debetenerse presente las dificultades y el costo implicado en una calibracin deeste tipo para dimetros y caudales considerables.

7. Annubar:

Es una modificacin del tubo de Pitot, aunque operando en base al mismoprincipio

Si bien cuenta con una toma de presin dinmica, la misma, en lugar de serpuntual como en el tubo de Pitot, lo es promediada en toda la seccincorrespondiente al punto de instalacin.

La toma de presin esttica est realizada mediante un tubo con suapertura centrada en el eje de la caera.

La prdida de carga permanente que introduce es muy baja lo querepresenta una ventaja pese a sus limitaciones en cuanto a calidad defluidos cuyo caudal se desea medir,

8. Rotmetro:

Est compuesto bsicamente por dos partes. Una de ellas es un tubo devidrio habitualmente construido en borosilicato instalado verticalmente en lacaera, de forma tronco cnica con su parte ms ancha hacia arriba.

La otra es un "flotante" que puede moverse libremente dentro del tubo a lolargo del eje vertical. E1 fluido circula de abajo hacia arriba.


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Externamente al tubo, el rotmetro lleva adosada una escala y el caudal seobtiene por la lectura en dicha escala de la posicin correspondiente alborde del flotante.

El flotante permanece en una posicin de equilibrio cuando las fuerzasascendentes de flotacin y de arrastre lo elevan, aumentando el rea depasaje, hasta igualar a las descendente, producto de su propio peso.Los diferentes caudales corresponden a las secciones anulares quequedan libres para el pasaje del fluido entre la pared interna del tubo devidrio y la periferia del flotante.La relacin caudal-altura de flotante es lineal ya que la seccin anularantes mencionada tambin lo es con la altura del flotante.Si bien su utilizacin est limitada a fluidos que no sean oscuros, se lospuede implementar de manera tal que la posicin del flotante se infieramagntica o elctricamente.Es un elemento especialmente adecuado para caeras de 3" o menores y

permite trabajar con relaciones de caudal mximo a mnimo de hasta 10 a1.Instalado en conjunto con una placa de orificio, y derivando hacia l unaporcin conocida del caudal principal, se lo puede utilizar para medir elcaudal que circula por la caera en la cual est instalada la placa orificio.Proveen lecturas con una exactitud de + 2% del caudal mximo y entre susprincipales ventajas est la simplicidad y el bajo costo.En la medicin de bajos caudales, los fluidos deberan estar libres deslidos en suspensin para evitar daos en el flotante y oclusin de la muyestrecha aren anular disponible.


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9. Medidores de Turbina:

Consisten en una turbina instalada dentro de la caera, su rotacin seproduce gracias al fluido en circulacin y su velocidad angular esproporcional al caudal Las paletas inducen pulsos de corriente de

frecuencia proporcional al caudal al pasar frente a una bobina devanadaalrededor de un imn permanente, Cada pulso r presenta un volumendiscreto y la cantidad de pulsos integrada en un periodo de tiempo,representa el volumen total medido.Se las utiliza habitualmente en la medicin de caudal de numerosos fluidoscomo agua, nafta, cerveza, kerosene, etc.Permite operar con relaciones de caudal mximo a mnimo de hasta 20 a 1y provee lecturas con una exactitud de hasta el 0,1%.Es habitualmente conveniente que el fluido cuyo caudal se desea medirsea limpio. La operacin de los cojinetes de la turbina se ve beneficiadacon las caractersticas lubricantes del fluido.

23. Medidores de desplazamiento positivo:En sus muy variados diseos, opera bsicamente dividiendo el flujo envolmenes conocidos y contando la cantidad de dichos volmenesprocesados para obtener el volumen total.

Al igual que los de turbina, estos medidores giran por la accin del fluidoen circulacin y su funcionamiento se ve beneficiado por fluidos limpios ylubricantes,

Algunas de sus principales ventajas son las de tener una gran exactitud;0,2% y muy baja prdida de carga.Puede trabajar con relacin caudal mximo a mnimo de hasta 5 a 1,Su aplicacin habitual est en la medicin de volmenes con finescontables.

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