FACULTAD DE TECNOLOGIA UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANSISCO XAVIER DE CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

CARRERA: ING. PETROLEO Y GAS NATURAL

ASIGNATURA:LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

TITULO DE PRACTICO:MEDIDORES DE FLUJO

NUMERO DE PRACTICO : N 4

NOMBRES:

SEJAS TERRAZAS JOSE EDGAR

ACUA SOZA MIGUEL ANGEL

FECHA REAL:16 de Abril de 2009

FECHA DE ENTREGA:23 de Abril de 2009

SUCRE-BOLIVIA

TITULO: MEDIDORES DE FLUJO

1.-INTRODUCCION.- Esta investigacin tiene como objetivo principal estudiar los clculos de los coeficientes de caudales por el efecto, funcionamiento y las aplicaciones tecnolgicas de algunos aparatos medidores de flujo el cual su invencin data de los aos 1.800,como el Tubo Ventur, donde su creador luego de muchos clculos y pruebas logr disear un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo.Principalmente su funcin se bas en esto, y luego con posteriores investigaciones para aprovechar las condiciones que presentaba el mismo, se llegaron a encontrar nuevas aplicaciones como la de crear vaco a travs de la cada de presin.Luego a travs de los aos se crearon aparatos como los rotmetros y los fluxmetros que en la actualidad cuenta con la mayor tecnologa para ser ms precisos en la medicin del flujo. Tambin tener siempre presente la seleccin del tipo de medidor, como los factores comerciales, econmicos, para el tipo de necesidad que se tiene etc.El estudiante o ingeniero que conozca los fundamentos bsicos y aplicaciones que se presentan en este trabajo debe estar en capacidad para escoger el tipo de medidor que se adapte a las necesidades que el usuario requiere.MEDIDORES DE PRESIN DIFERENCIAL O DE CAUDALESPresentan una reduccin de la seccin de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energa cintica y, por consiguiente, su presin tiende a disminuir en una proporcin equivalente, de acuerdo con el principio de conservacin de la energa.El caudal es estimado midiendo la diferencia de presin y usando un coeficiente de correccin emprica.Tipos de medidores de caudalFactores para la eleccin del tipo de medidor de fluidoRango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigacin de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalacin de medicin en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo as como el rango de las variaciones esperadas.Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medicin de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayora de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de ms del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud.Prdida de presin: debido a que los detalles de construccin de los distintos medidores son muy diferentes, stos proporcionan diversas cantidades de prdida de energa o prdida de presin conforme el fluido corre a travs de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medicin estableciendo una restriccin o un dispositivo mecnico en la corriente de flujo, causando as la prdida de energa.Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideracin bsica es si el fluido es un lquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosin, la conductividad elctrica, la claridad ptica, las propiedades de lubricacin y homogeneidad. Calibracin: se requiere de calibracin en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibracin en forma de una grfica o esquema del flujo real versus indicacin de la lectura. Algunos estn equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo ms bsico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geomtricas y dimensiones estndar para las que se encuentran datos empricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fcil de medicin, tal como una diferencia de presin o un nivel de fluido.Medidores de cabeza variable

El principio bsico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presin disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a travs de la restriccin, por lo tanto la diferencia de presin entre los puntos antes y despus de la restriccin puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos ms comunes de medidores de cabeza variable son el tubo Ventur, la placa orificio y el tubo de flujo.1. Tubo de Ventur

El Tubo de Ventur fue creado por el fsico e inventor italiano Giovanni Battista Ventur (1.746 1.822). Fue profesor en Mdena y Pava. En Paris y Berna, ciudades donde vivi mucho tiempo, estudi cuestiones tericas relacionadas con el calor, ptica e hidrulica. En este ltimo campo fue que descubri el tubo que lleva su nombre. Segn l este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presin entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de mnima seccin del tubo, en donde su parte ancha final acta como difusor.DefinicinEl Tubo de Ventur es un dispositivo que origina una prdida de presin al pasar por l un fluido. En esencia, ste es una tubera corta recta, o garganta, entre dos tramos cnicos. La presin vara en la proximidad de la seccin estrecha; as, al colocar un manmetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la cada de presin y calcular el caudal instantneo, o bien, unindola a un depsito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.Las dimensiones del Tubo de Ventur para medicin de caudales, tal como las estableci Clemens Herschel, son por lo general las que indica la figura 1. La entrada es una tubera corta recta del mismo dimetro que la tubera a la cual va unida. El cono de entrada, que forma el ngulo a1, conduce por una curva suave a la garganta de dimetro d1. Un largo cono divergente, que tiene un ngulo a2, restaura la presin y hace expansionar el fluido al pleno dimetro de la tubera. El dimetro de la garganta vara desde un tercio a tres cuartos del dimetro de la tubera.

La presin que precede al cono de entrada se transmite a travs de mltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo piezomtrico. De modo anlogo, la presin en la garganta se transmite a otro anillo piezomtrico. Una sola lnea de presin sale de cada anillo y se conecta con un manmetro o registrador. En algunos diseos los anillos piezomtricos se sustituyen por sencillas uniones de presin que conducen a la tubera de entrada y a la garganta.La principal ventaja del Vnturi estriba en que slo pierde un 10 - 20% de la diferencia de presin entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente.Es importante conocer la relacin que existe entre los distintos dimetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presin deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la funcin para la cual est construido.Esta relacin de dimetros y distancias es la base para realizar los clculos para la construccin de un Tubo de Ventur y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por l.Deduciendo se puede decir que un Tubo de Ventur tpico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisin cilndrica, un cono convergente, una garganta y un cono divergente. La entrada convergente tiene un ngulo incluido de alrededor de 21, y el cono divergente de 7 a 8. La finalidad del cono divergente es reducir la prdida global de presin en el medidor; su eliminacin no tendr efecto sobre el coeficiente de descarga. La presin se detecta a travs de una serie de agujeros en la admisin y la garganta; estos agujeros conducen a una cmara angular, y las dos cmaras estn conectadas a un sensor de diferencial de presin.Funcionamiento de un tubo de VenturEn el Tubo de Ventur el flujo desde la tubera principal en la seccin 1 se hace acelerar a travs de la seccin angosta llamada garganta, donde disminuye la presin del fluido. Despus se expande el flujo a travs de la porcin divergente al mismo dimetro que la tubera principal. En la pared de la tubera en la seccin 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos seccin 2, se encuentran ubicados ratificadores de presin. Estos se encuentran unidos a los dos lados de un manmetro diferencial de tal forma que la deflexin h es una indicacin de la diferencia de presin p1 p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presin diferencial.La ecuacin de la energa y la ecuacin de continuidad pueden utilizarse para derivar la relacin a travs de la cual podemos calcular la velocidad del flujo. Utilizando las secciones 1 y 2 en la frmula 2 como puntos de referencia, podemos escribir las siguientes ecuaciones:

Q = A1v1 = A2v2 (2)Estas ecuaciones son vlidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso de los lquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atencin con la presin. La reduccin algebraica dea la variacin del peso especfico las ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

Se pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento. Primero, la diferencia de elevacin (z1-z2) es muy pequea, aun cuando el medidor se encuentre instalado en forma vertical. Por lo tanto, se desprecia este trmino. Segundo, el termino hl es la perdida de la energa del fluido conforme este corre de la seccin 1 a la seccin 2. El valor hl debe determinarse en forma experimental. Pero es ms conveniente modificar la ecuacin (3) eliminando h1 e introduciendo un coeficiente de descarga C:

La ecuacin (4) puede utilizarse para calcular la velocidad de flujo en la garganta del medidor. Sin embargo, usualmente se desea calcular la velocidad de flujo del volumen.Puesto que, tenemos:

El valor del coeficiente C depende del nmero de Reynolds del flujo y de la geometra real del medidor. La siguiente figura muestra una curva tpica de C Vs nmero de Reynolds en la tubera principal.

La referencia 3 recomienda que C = 0.984 para un Tubo Vnturi fabricado o fundido con las siguientes condiciones:

La referencia 3, 5 y 9 proporcionan informacin extensa sobre la seleccin adecuada y la aplicacin de los Tubos de Ventur.La ecuacin (14-5) se utiliza para la boquilla de flujo y para el orificio, as como tambin para el Tubo de Ventur. APLICACIONES TECNOLGICAS DE UN TUBO DE VENTURIEl Tubo Vnturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar:En la Industria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de ste se pude observar en lo que es la Alimentacin de Combustible. Los motores requieren aire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina necesita aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algn mecanismo dosificador que permita el ingreso de la mezcla al motor en la proporcin correcta. A ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de Vnturi: al variar el dimetro interior de una tubera, se aumenta la velocidad del paso de aire.

2. Placa de OrificioCuando dicha placa se coloca en forma concntrica dentro de una tubera, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y despus se expande de repente al dimetro total de la tubera. La corriente que fluye a travs del orificio forma una vena contracta y la rpida velocidad del flujo resulta en una disminucin de presin hacia abajo desde el orificio. El valor real del coeficiente de descarga C depende de la ubicacin de las ramificaciones de presin, igualmente es afectado por las variaciones en la geometra de la orilla del orificio. El valor de C es mucho ms bajo que el del tubo Ventur o la boquilla de flujo puesto que el fluido se fuerza a realizar una contraccin repentina seguida de una expansin repentina. Algunos tipos de placas orificios son los siguientes:

La concntrica sirve para lquidos, la excntrica para los gases donde los cambios de presin implican condensacin, cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos.La gran ventaja de la placa de orificio en comparacin con los otros elementos primarios de medicin, es que debido a la pequea cantidad de material y al tiempo relativamente corto de maquinado que se requiere en su manufactura, su costo llega a ser comparativamente bajo, aparte de que es fcilmente reproducible, fcil de instalar y desmontar y de que se consigue con ella un alto grado de exactitud. Adems que no retiene muchas partculas suspendidas en el fluido dentro del orificio. El uso de la placa de orificio es inadecuado en la medicin de fluidos con slidos en suspensin pues estas partculas se pueden acumular en la entrada de la placa, el comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errtico pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada y produce las mayores prdidas de presin en comparacin con los otros elementos primarios. Las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la prdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las prdidas de energa que se producen cuando se forman vrtices a la salida del orificio.3. Codos Cuando un fluido circula por el codo de una tubera est sujeto a una aceleracin angular. La fuerza centrfuga resultante crea una presin diferencial entre el radio interior y el radio exterior. La raz cuadrada de esta presin diferencial es proporcional al caudal, siendo la base fundamental de estos medidores de caudal.

Las tomas en el codo presentan la ventaja de que como la mayora de las configuraciones de tuberas tienen codos, pueden situarse en ellos las tomas de presin. Esto permite una instalacin econmica, sin prdidas de presin, y sin introducir obstrucciones en la lnea. Debe ponerse especial cuidado para alinear los orificios de las tomas de presin en ambos planos. Si el codo est calibrado, su precisin puede ser comparable a la de una placa orificio.Otros tipos de medidores de caudales: Tubos Dall Boquillas de flujo Tubos Pitot Medidores de rea variable Medidores de placaVentajas Sencillez de construccin Funcionamiento de fcil comprensin No son caros Pueden utilizarse para la mayora de los fluidosDesventajas La amplitud del campo de medicin es menor que para la mayora de los otros tipos de medidores Pueden producir prdidas de carga significativas La seal de salida no es lineal con el caudal Deben respetarse unos tramos rectos de tubera aguas arriba y aguas abajo del medidor que, segn el trazado de la tubera y los accesorios existentes, pueden ser grandes. Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulacin de depsitos o la erosin de las aristas vivas. La precisin suele ser menor que la de medidores ms modernos2.-OBJETIVOS.-

2.1.-OBJETIVOS GENERALES.-

Calcular en forma prctica y experimental los coeficientes de caudal, para diferentes medidores de flujo .

2.2.-OBJETIVOS ESPECIFICOS.- Deducir las ecuaciones para calcular los coeficientes de caudal para fluidos incompresibles en el Venturmetro, placa de orificio y medidor de codo. Deducir la ecuacin para determinar el coeficiente de caudal en el medidor de placa de orificio. Medir caudales con medidores de flujo considerando las alturas de las columnas de agua.

3.-ESQUEMA DEL PRCTICO.-

4.-DESCRIPCION DE EQUIPOS Y MATERIALES.-

El equipo de Flujo de Fluidos en conductos cerrados consta de un sistema de tuberas de fierro galvanizado con vlvulas de diferentes accesorios segn se detalla a continuacin:

Tubera de Fierro galvanizado de , 1, 2 pulgadas. Codos de 90 de , 1 y 2 pulgadas. Vlvula. Unin universal. Venturmetro. Placa de Orificio. Manmetro en U con mercurio. Bomba. Tanque de alimentacin. Piezmetros con vlvulas de acople adjunto. Un cronmetro. Una Probeta graduada.

VenturmetroUn Ventur es un dispositivo que clsicamente incorpora una simple convergencia y divergencia a travs de una seccin y usa los principios de Bernoulli para relacionar la velocidad con la presin del fluido. Este principio se basa en que cuando el gas o lquido en movimiento, baja su presin y aumenta su velocidad.

Placa de OrificioLos diafragmas de orificio concntrico o placas de orificio pueden utilizarse para todo caudal permanente de fluido limpio y homogneo (lquido, gas o vapor) en el campo de caudales turbulentos normales para los cules el nmero de Reynolds alcanza un valor superior a 5.000.

CodosEs un instrumento que sirve como medidor de caudales o tambin como medidor de diferencias de presiones. Este instrumento de medicin de caudales nos ayuda a medir caudales con el paso de los fluidos.

Manmetro en UEl manmetro en forma de "U" conforma, segn se especific, un sistema de medicin ms bien absoluto y no depende, por lo tanto, de calibracin. Esta ventaja lo hace un artefacto muy comn. Su desventaja principal es la longitud de tubos necesarios para una medicin de presiones altas y, desde el punto de vista de la instrumentacin de procesos, no es trivial transformarlo en un sistema de transmisin remota de informacin sobre presin.

Bomba centrifugaUna bomba centrfuga es un tipo de bomba hidrulica que transforma la energa mecnica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energa cintica y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos labes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrfuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa).

Tanque de alimentacinEs un instrumento que sirve como fuente de alimentacin y donde se encuentra el liquido utilizado.

Piezmetros con vlvulas de acople adjuntoInstrumento que permite medir la presin experimentada por los lquidos.Existen piezmetros de tubo abierto, neumticos o de cable vibratorio.El tipo de piezmetro a seleccionar para cada estudio especfico depende de las caractersticas de funcionamiento del piezmetro y su precisin.

Un cronmetroEl cronmetro es un reloj o una funcin de reloj para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas.

Una Probeta graduadaLa probeta graduada es un tubo de cristal con una base plana o sin ella y que se encuentra cerrada por un extremo y tiene como finalidad el contener lquidos o gases.

Vlvula de controlLa vlvula automtica de control generalmente constituye el ltimo elemento en un lazo de control instalado en la lnea de proceso y se comporta como un orificio cuya seccin de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.

Unin universalEs un instrumento que sirve para la unin de las tuberas .Este instrumento puede ser de hierro galvanizado y viene en diferentes medidas.

5.-TABULACION DE DATOS.-

Tabla Nro. 1

1155.364546811715

2167.391511401317010096

3215.62287272264131222216

Fuente: elaboracin propia

6.- TABULACION DE RESULTADOS.-

Resultados de los coeficientes de Caudales:Tabla N 1

10.81680.2580.81378

20.83940.29140.62023

30.92600310.25430.6523

0.8607340.26790.695437

Fuente: Elaboracin propia.

7.- CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES.-

SEJAS TERRAZAS JOSE EDGAR

CONCLUSIONES.-

OBSERVACIONES.-

RECOMENDACIONES.-

ACUA SOZA MIGUEL ANGEL

CONCLUSIONES.-Se concluye que la practica hecha es muy importante para nuestra carrera ya que puede ser muy aplicable en diferentes partes por otra parte tambien podemos decir que esta practica tiene mucha relacion con otras materias .El objetivo trazado en esta practica se cumple de graficar curvas que nos permitan determinar el comportamiento de las bombas, tambien de calcular las alturas experimentales deducidas a partir de la ecuacion de Bernoulii y la ecuacion de continuidad de las bombas o cuanto en realidad impulsan las bomas utilizadas en la practica a partir de datos obtenidos en dicha practica,tambien de calcular y determinar la ecuacion en funcion de los diferentes caudales que nos servira para obtener las graficas de las curvas y por ultimo las potencias de las bomaas en las diferentes corridas de datos.Por otra parte podemos concluir en que se cumplio con otro objetivo de experimentar y ver como influye en muchos aspactos el cambiar de lugar o poner como en serie, paralelo, ejemplo en serie si ponemos dos bombas aumentara la altura que alcance la bomba en lo doble si son iguales las bombas lo que podemos aplicar en nuestra carrera para transportar hidrocarburos dependiendo la altura que querramos.Todos los calculos y deducciones d eesta practica se hicieron a partir de lo siguiente: Del balance de energia o la ecuacion de Bernoulli y de la ecuacion de continuidad. Tambien de los demas conocimientos generales que se debe tener a cerca de las demas ecuaciones utilizadas.Se pudo ver como casi en todas las practicas de laboratorio se cometieron errores ya que por esa razon las curvas de las bombas no son perfectas o no son tanclaras, estoa erroes son por las siguientes causas: Al tomar las medidas de los caudales pudimos veer que no coincidian unos con otros en una corrida al compararlos. Tambien que los instrumentos no son perfectos al aplicarlos en la practica donde pudimos ver en la bomba que a ratos perdia eficiencia. Erroes al leer las presiones en los manometros tanto en succion como en descarga ya que serian erroes humanos o personales. OBSERVACIONES.-Los puntos indicados se presentaron en las deducciones y clculos hechos.Los errores nombrados se presentaron en los diferentes equipos y al sacar los resultados como al graficar

RECOMENDACIONES.-Se recomienda en esta prctica lo siguiente: Realizar los clculos con mucho cuidado y precisin, tratando de evitar errores. Los instrumentos sean ms perfectos o que estn en buen estado. Tener los conceptos muy claros a cerca de las aplicaciones que se dan sobre las ecuaciones de continuidad, las ecuaciones de la energa. Obtener sustentacin terica para guiarse y orientarse en la prctica.Los conocimientos adquiridos en la presente practica son de mucho inters en nuestras vidas como al poner en prctica en nuestra carrera.

CALCULOS

10.0004928-1631.4168157.7300.02540.0254

20.0004512-1631.41610707.0200.02540.0254

30.0003584-1359.51316315.4590.02540.0254

40.0002852-1359.51324473.1890.02540.0254

Balance entre A y B:

10.0005395-1631.41610197.1620.02540.0254

20.0005026-1631.41614276.0270.02540.0254

30.0004106-1495.46426512.6220.02540.0254

40.0003860-1359.51330591.4860.02540.0254

Balance entre A y B:

10.0006372-1223.56216315.4590.02540.0254

20.0006211-1359.51321414.0400.02540.0254

30.0005003-1359.51326512.6220.02540.0254

40.0004093-1223.56229571.7700.02540.0254

Balance entre A y T:

GRAFICOS

ING.DE PETROLEO Y GAS NATURAL