UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICAAo de la Industria Responsable y del Compromiso ClimticoLABORATORIO DE INGENIERA MECNICA I

INFORME N 05Medidores de Flujo

AlumnoCdigoFirma

Bonilla Dominguez Dennis Orlando 20120268E

Inga Snchez Augusto Manuel20120249K

Snchez Villanueva Csar Joice20124044D

Leyva Orencio Roberto Angel20124027B

Docente: Ing. Dante Mechan

Lima, 12 noviembre 2014

INTRODUCCIN

La medicin de caudales es de suma importancia en todo lugar donde se trabaje con fluidos incompresibles. Es por tal motivo que se necesitan instrumentos para dicha medicin.Por ello en este informe se muestra distintos instrumentos de medicin tales como el tubo de Venturi, placa de orificio.En la medicin con el Venturi se tomarn muestras que nos permitirn hallar el coeficiente de descarga as como tambin con la de placa de orificio para despus hacer una comparacin entre los mismos. Para la medicin de flujo compresible, se utilizar un anemmetro y un tubo de Pitot. Se medirn velocidades en diferentes puntos del canal para luego realizar un perfil de velocidades experimental.

OBJETIVOS Verificar los fundamentos tericos y prcticos que se usan al medir caudales tanto para flujo compresible cmo para incompresible mediante diversos dispositivos. Calcular el coeficiente de descarga en determinados equipos y/o instalacin de tuberas. Comparar los respectivos coeficientes de descarga al utilizar el tubo de Venturi, la placa de orificio y el rotmetro. Determinar cul de los medidores de caudal es el ms conveniente usar, en qu casos.

Fundamento Terico

TUBO DE VENTURIEl tubo de Venturi est diseado para eliminar la separacin de capas prximas a los bordes y por lo tanto producir arrastre. El cambio en la seccin transversal produce un cambio de presin entre la seccin convergente y la garganta, permitiendo conocer el caudal a partir de esta cada de presin. Aunque es ms caro que una placa orificio, el tubo Venturi tiene una cada de presin no recuperable mucho menor.Presenta una prdida menor que la placa orificio.

Pero:

Reemplazando obtenemos:

Despreciando el h1, el nivel de referencia casi nula e introduciendo un coeficiente de descarga C:

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

Obtenemos:

PLACA DE ORIFICIOUna placa orificio es una restriccin con una abertura ms pequea que el dimetro de la caera en la que est insertada. La placa orificio tpica presenta un orificio concntrico, de bordes agudos. Debido a la menor seccin la velocidad del fluido aumenta, causando la correspondiente la disminucin de la presin. El caudal puede calcularse a partir de la medicin de la cada de presin en la placa orificio, P1-P3. La placa orificio es el sensor de caudal ms comnmente utilizado, pero presenta una presin no recuperable muy grande, debido a la turbulencia alrededor de la placa, ocasionando un alto consumo de energa.Este tipo de dispositivo no es conveniente utilizarlo en la medicin de flujos para lquidos viscosos debido a la gran prdida de presin que se produce. Puede utilizarse para medir flujo de gases, lquidos o vapores.Los clculos para hallar el caudal en este tipo de instrumento es el mismo que del Venturi, pues cumplen la misma funcin y estn conectados similarmente.

El anlisis matemtico es similar al de tubo de Venturi.

ROTAMETRO. Es un medidor de caudal en tuberas de rea variable, de cada de presin constante. El rotmetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cnico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el rea anular entre l y la pared del tubo sea tal, que la cada de presin de este estrechamiento sea lo suficiente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio (para presiones bajas; y de metal para presiones altas) y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posicin del flotador indica el gasto o caudal.

Ejemplo tpico de un rotmetroEl funcionamiento de este instrumento est basado en que el desplazamiento del mbolo es proporcional al empuje realizado, segn el principio de Arqumides ("Todo cuerpo sumergido en un lquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba al peso del lquido desalojado") y la altura desplazada ser equivalente a un flujo determinado. TANQUE DE AFORO:En este depsito, es donde se mide el caudal real. Por defecto ya se encuentra calibrada, lo nico que se debe realizar es controlar el tiempo con el cual se deposita el fluido en este.

FLUJO COMPRESIBLETodos losfluidosson compresibles, incluyendo los lquidos. Cuando estos cambios de volumen son demasiado grandes se opta por considerar el flujo como compresible (que muestran una variacin significativa de la densidad como resultado de fluir), esto sucede cuando la velocidad del flujo es cercano a lavelocidad del sonido. Estos cambios suelen suceder principalmente en los gases ya que para alcanzar estas velocidades de flujo en lquidos, se precisa de presiones del orden de 1000 atmsferas, en cambio un gas slo precisa una relacin de presiones de 2:1 para alcanzar velocidades snicas. Lacompresibilidadde un flujo es bsicamente una medida en el cambio de la densidad. Los gases son en general muy compresibles, en cambio, la mayora de los lquidos tienen una compresibilidad muy baja.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

Flujo incompresible

Bombas

Tubo de Venturi

Cronmetro

Banco de tuberas

Placa orificio

Flujo compresible TUBO DE PITOT

ANEMOMETRO

MANOMETRO DIFERENCIAL

CONDUCTO DE AIRE

PROCEDIMIENTOS:Para Flujo Incompresible. Se prenden las bombas de alimentacin de agua.Se toma como base un caudal de agua inicial, a partir del cual se va variando los caudales.Para cada caudal, se toma nota de la medicin de la variacin de presin en el tubo de Venturi, y en la Placa Orificio. Adems se mide en el tanque de aforo y el Rotmetro.Para flujo compresiblea) Tubo de Pitot:

1.- Se abre la vlvula de aire para medir la velocidad del fluido, y se introduce la columna con el fluido estacionario, colocando el punto de estancamiento en la primera medida.

2.- Se toman medidas de velocidad de 4 distintas partes del tubo; un punto central, un punto muy cercano a la pared del tubo y 2 puntos intermedios entre los 2 primeros.

3.- Con ayuda de una regla milimetrada, se anotan las distintas longitudes de cada punto donde se miden las velocidades.

4.- As tambin como las diferencias de presin esttica en la corriente de fluido principal y la presin de estancamiento, en el manmetro diferencial.b) Anemmetro:1.- Primero lo encendemos, luego lo ajustamos segn las unidades que queremos (velocidad en pies/min y temperatura en F).

2.- Lo colocamos, sin importar el lado donde recibe el flujo, aproximadamente en el centroide del ducto rectangular.

3.- Una vez en el punto de medida, para esas condiciones apuntamos la velocidad y temperatura instantnea que marca el instrumento.4.- Tomamos 4 medidas.

DATOS Y RESULTADOSa) Flujo Incompresible.Datos:Nro. Flujo Incompresible

Tubo de VenturiPlaca OrificioTanque SimpleRotmetro

P1(mm Hg)P2(mm Hg)P1(pulg. Hg)P2(pulg. Hg)Nro.(Gal. USA)Tiempo(s)Escala del rotmetro

012754011.74.638.3467

0225860115.5413.0766

032398010.755.75414.8565

042071119.756.75524.0662

051831368.757.62532.3139

Caudal Real:De lo medido en el tanque obtenemos:QrealCaudal real (l/s)

Nro. Gal. USAtiempo

31.3613311.361331

41.1582251.158225

41.0193941.019394

50.7864710.786471

50.5856550.585655

Caudal (Mediante Placa Orificio):Usando las formulas deducidas anteriormente

Obtenemos:Placa Orificio

D2(m)D1 (m)

0.019050.03175

A2 (m2)A1 (m2)

0.0002850.000792

Placa Orificio

Nro.P1-P2(Pa)Caudal Placa Orificio (l/s)Coef. De Descarga

0123728.952.0567550.662

0218381.581.8102340.640

0316710.531.7259910.591

0410026.321.3369470.588

053776.5790.8205270.714

Prom.0.639

Caudal (Mediante Tubo de Venturi)Tubo de Venturi

D2 (m)D1 (m)

0.01732280.03175

A2 (m2)A1 (m2)

0.000235680.000792

Tubo de Venturi

Nro.P1-P2(Pa)Caudal (l/s)Coef. De Descarga

0130921.051.9414080.701

0226052.631.7820320.650

0320921.051.5969140.638

0412631.581.2408480.634

056184.2110.8682240.675

Prom.0.660

Caudal (Mediante Rotmetro)Rotmetro

Nro.Rotmetro (gal USA /min)Caudal (l/s)Coef. De descarga.

017.60.479370.35213333

027.40.4667550.40299167

037.30.4604480.4516875

046.90.4352180.55338

054.30.2712230.46311

Prom.0.445

Con el uso del plano del Venturi, podemos hacer los clculos:

Grfico N1 (Comparacin de Caudales)

Graficas del Coeficiente de Descarga:

b) Flujo CompresibleDatos Flujo Compresible.Flujo Compresible

Altura (cm)Presin de velocidad (pulg H2O)Velocidad (pulg/min)Velocidad centro (pulg/min)

15.80.0912002391

21.60.2520002338

24.60.27521002368

37.60.321802360

Determinacin del perfil de velocidades.Debido a que la temperatura del aire es igual a 20.8 C 70 F, tomamos las velocidades halladas mediante el manmetro diferencial.Mediante la velocidad hallada con el anemmetro en la parte central del ducto, verificamos la igualdad con lo hallado en el manmetro diferencial; caso contrario, hallamos el porqu de la variacin de datos.

Con lo hallado, tabulamos los datos de velocidad vs radio y con ello graficamos el perfil de velocidades y hallamos su respectiva lnea de tendencia, que en este caso se ajusta ms a una ecuacin de orden 3.

Velocidad en el punto central del ducto (pies/min)

PruebasPromedio

23382364

2368

2360

2391

CONCLUSIONESA. Flujo Incompresible De entre los 3 medidores usados para el flujo incompresible. El Uso del rotmetro es recomendable solo para presiones muy altas, debido a que en este caso se tienes presiones pequeas el rotmetro no nos brinda resultados buenos. Ahora, el coeficiente de descarga del Venturi es mayor que el del orificio; debido a la geometra del mismo debido a que el Venturi posee un cuello que disminuye gradualmente, mientras que el orifico presenta un cambio brusco produciendo cierta turbulencia. Por lo que concluimos, para la medicin hecha en el laboratorio, el ms conveniente usar es el TUBO DE VENTURI. El uso de la placa de orificio es slo para mediciones caceras, ya que las prdidas son demasiadas, adems que su precio es relativamente barato. Tomando como referencia el caudal real del tanque de aforo, se recomienda el uso del Venturi, ya que tiene mayor similitud que el rotmetro. Tal y como se puede apreciar en el Grfico N1.

B. Flujo Compresible Verificamos que la forma del perfil de velocidades en el plano paralelo al ducto presenta una forma parablica, incluso, decimos que la forma tridimensional del perfil de velocidades en el ducto presenta una geometra similar a la de un paraboloide convexo en direccin del flujo msico. El manmetro diferencial es la ms recomendable en la medicin de flujo compresible pues la velocidad del flujo es ms efectiva.RECOMENDACIONES Con ayuda de nuestros clculos y las grficas, se recomienda el tubo Venturi para el ensayo de flujo incompresible. Mientras que para el caso del flujo compresible se recomienda el manmetro diferencial. Tener en cuenta las unidades en las que se fabric las reglas que estn en el tanque de aforo pues estas tienen como unidad los galones britnicos. Tener en cuenta la presencia de las goteras; ya que estos influyen considerablemente en nuestros clculos, ya que el caudal no es muy elevado.

FUENTES BIBLIOGRFICAS El Laboratorio del Ingeniero Mecnico, Jesse Seymour Doolittle, Buenos Aires-1962. (Versin original en Ingles Mechanical Engineering Laboratory, Instrumentation and its application).