MEDIDORES DE FLUJO INTERNO

MEDIDORES DE FLUJO INTERNOI. OBJETIVOSa. OBJETIVOS GENERALES:

Evaluar flujos a travs de medidores diferenciales de presin.

b. OBJETIVOS ESPECIFICOS: Realizar mediciones de flujos internos con el venturmetro. Realizar mediciones de flujos internos con la placa orificio. Comparar las cadas de presin de distintos medidores de flujo interno en simultneo.

II. FUNDAMENTO TEORICOQu es un Medidor de Caudal?Es un dispositivo que, instalado en una tubera, permite conocer el flujo volumtrico o caudal que est circulando por la misma, parmetro ste de muchsima importancia en aquellos procesos que involucran el transporte de un fluido. 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 travs de la ecuacin de Bernoulli.Tipos de Medidores de Caudal.

Figura 1. RotmetrosAlgunos de los medidores de caudal ms utilizados son el Venturi, la Placa Orificio, y el Rotmetro. El Venturi consiste de una reduccin gradual del rea de flujo, seguido de un ensanchamiento gradual de la misma; por estas caractersticas, provoca una prdida de energa moderada. La placa orificio es un elemento ms simple que consiste en un agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubera. El paso del fluido a travs del orificio, cuya rea es constante y menor que la seccin transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable de la velocidad (energa cintica) a expensa de una disminucin importante de la presin. Debido al cambio brusco de seccin, la prdida de energa es importante. 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 en este estrechamiento sea lo suficientemente grande para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabada una escala lineal para conocer la posicin del flotador o, directamente, el caudal.

Figura 2. Venturi (izquierda) y Placa Orificio (derecha)III. MATERIALES Y EQUIPOS Un banco hidrulico FME-00 Equipo de demostracin de medicin de flujo FME-18 Cronometro

IV. PROCEDIMIENTO5.1 ACTIVIDAD N 1: LLEGANDO DE LOS TUBOS MANOMETRICOS: Cierre la vlvula de control de flujo del banco hidrulico y cierre tambin la vlvula de control de flujo del equipo, FME-18 Conecte la bomba y abra completamente la vlvula del equipo y la vlvula del banco hidrulico (lentamente) hasta alcanzar un flujo de 40 litros/min. Espere unos minutos hasta que los tubos manomtricos estn completamente llenos y que no queden burbujas de aire en su interior. Apague la bomba y cierre una vlvula asegurndose de que el equipo quede completamente estanco, es decir que no entre ni salga agua. Abrir la vlvula de purga. Abrir con cuidado la vlvula de control de equipo, se puede observar como los tubos manomtricos se llenan de aire. Una vez alcanzada el nivel requerido cierre la vlvula de control de flujo y coloque otra vez la vlvula anti retorno o en su defecto cierre la vlvula de purga. Todos los tubos deben haber alcanzado el mismo nivel. Ahora abrimos con cuidado la vlvula de control de equipo teniendo en cuenta el caudal que se requiere (5, 10, 15, 20, 25,30 litros/seg.).cerciorndonos estos valores con el rotmetro del equipo.

5.2 ACTIVIDAD N 2: LECTURA EN EL VENTURIMETRO: Para el desarrollo de la determinacin de las actividades en el venturmetro se llenara en este cuadro.CUADRO N 1NP1(mmH2O)P2(mmH2O)P=(P1-P2) (mmH2O)P3(mmH2O)Qr(lit./min)

116015821605

210490149310

32252002522015

42281874121820

52902207027525

6345345022830

Donde: Presin en la entrada del venturmetro. Presin en la garganta del venturmetro. Presin en la salida del venturmetro.

Caudal medido por el rotmetro. Cd = 0.98As mismo el caudal en el medidor venturmetro est dado por la ecuacin:

Donde A1:8.042 x 10-4 m2A2:3.142 x 10-4 m2De los datos obtenidos calculamos Qv. Hallamos para el Qr=5lit /min, 10lit/min, 20lit/min, 25lit/mi., 30lit. /min.

CUADRO N 1.1NQr (litros/min.)Qv (litros/min.)

153.977

21010.524

31514.064

42018.006

52523.532

5.3 LECTURAS EN LA PLACA ORIFICOPara el desarrollo de la determinacin de las actividades en la placa orificio, se llenara en cuadro N 2 (ver resultados finales) con los siguientes parmetros. P6 (mm H2O): presin en la entrada la placa orificio. P7 (mm H2O): presin en la salida de la placa orificio. P8 (mm H2O): presin a una distancia x de la placa orificio. (mm H2O): (lit/min.): (lit/min.):

Asimismo el caudal en el medidor en la placa orificio esta dado por la ecuacin:

Donde:QP= caudal medido en la placa orificio (litros/minutos).

Asimismo debe tener en cuenta que en la placa orificio se tiene.

Luego podemos decir que el flujo en la placa orificio tiene que expresarse como:

Donde Cte. Es bsicamente funcin del rea.

Conociendo el valor de Cd, se cumple:

NP6(mmH2O)P7(mmH2O)P=(P6-P7) (mmH2O)P8(mmH2O)Qr(lit./min)

190882925

21301201014010

31771552211315

41871464116220

Donde: Presin en la entrada de la placa de orificio. Presin en la placa de orificio. Presin en la salida de la placa de orificio.

Caudal medido por el rotmetro. Cd = 0.98

NQr (litros/min.)QP (litros/min.)

153.450

2107.710

31511.436

42015.612

V. RESULTADOS

VENTURIMETRONQr (litros/min.)Qv (litros/min.)

153.977

21010.524

31514.064

42018.006

52523.532

PLACA DE ORIFICIONQr (litros/min.)QP (litros/min.)

153.450

2107.710

31511.436

42015.612

VI. CUESTIONARIO1. En funcin a los valores del cuadro N 1 y la ecuacin (e) graficar Qv vs Qreal comentar los resultados de la grafica e indicar cul es la orientacin de la recta Por qu ?

La grafica nos permite comprobar que el caudal real es directamente proporcional alcaudal en el venturimetro, la orientacin de la recta obtenida es positiva debido a su pendiente.Qv es diferente a Qreal debido a las prdidas en los accesorios y por las prdidas de carga en las tuberas.2. En funcin del cuadro N1 y la ecuacin (f) graficar Qreal vs Qv determinar el valor aproximado de la pendiente y compralo con el valor Cd. Para cada caso dando el margen de error de la prctica realizada.

El valor aproximado de su pendiente es 1.061 y el valor de Cd es de 0.98 con un margen de error en laboratorio del 8%3. En funcin de los valores del cuadro N2 y la ecuacin (g) graficar Qp Vs Qreal comentar los resultados de la grafica e indicar cul es la orientacin de la recta.

La grafica nos permite comprobar que el caudal real es directamente proporcional alcaudal en la placa de orificio, la orientacin de la recta obtenida es positiva debido a su pendiente.4. En la funcin del cuadro N2 y la ecuacin (b) graficar Qreal vs Qp. Determine el valor aproximado de la pendiente y compralo con el valor Cd. Para cada caso dado el margen de error de la prctica realizada.

El valor aproximado de su pendiente es 1.242 y el valor de Cd es de 0.98 el margen de error de esta prctica es del 26%

5. Representar en un mismo grafico Phv y Php vs QR. Comentar los resultados e indicar en cul de los medidores se da la mayor prdida de carga y de que depende.

La grafica nos permite observar que la mayor prdida de carga se da en el venturimetro esta se debe a que el venturimetro tiene menor dimetro en la tubera en aguas arriba, lo que aumenta la perdida de carga.

6. Cul sera el valor final de la perdida de carga en todo el sistema? Cmo se medira?El valor final de la perdida de carga en el sistema ser la suma de las perdidas en el medidor de caudal mas las prdidas que se dan en las tuberas y otros accesorios que componen el sistema, la forma de medirla es aplicando la ecuacin de Bernoulli a todo el sistema en que tomamos las medidas.7. Demostrar la ecuacin general (d)

Para la determinacin del caudal que, tericamente, est circulando por el medidor de caudal, se analiza el mismo a travs de la ecuacin de Bernoulli, la cual tiene la forma siguiente:

Donde los tres sumandos representan los cambios en la energa de presin, energa cintica y energa potencial. Si el medidor est ubicado horizontalmente, el cambio de energa potencial es nulo (Z2-Z1=0). La velocidad puede expresarse como el producto entre el caudal terico y el rea (V=QtA). Se habla de caudal terico, ya que en la ecuacin de Bernoulli no aparecen reflejadas las prdidas de energa. As, la ecuacin se puede transformar de la siguiente manera:

Multiplicando esta ecuacin por, se tiene:

Dado que las presiones se miden con manmetros de lquido, usando la ecuacin de la hidrosttica, se puede decir que:

Donde h1 y h2 son las alturas tomadas de los manmetros de lquido conectados en los puntos 1 y 2.Por lo tanto, el caudal terico resulta:

El Coeficiente de DescargaDado que el caudal calculado de esta manera no es el caudal real, ya que no contempla las prdidas de energa existentes en el dispositivo, es necesario corregirlo, para lo cual se define el coeficiente de descarga (Cd) como la relacin entre el caudal real y el caudal terico. Es decir:

De esta forma, el coeficiente de descarga sirve como factor de correccin del caudal medido para tomar en cuenta las prdidas de energa presentes.

8. Investigar acerca del marco conceptual y criterio de diseo de: placa orificio, venturimetro y rotmetro

TUBO DE VENTURIEl Tubo de Venturi 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 Venturi para medicin de caudales, son por lo general las que indica la figura. 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.Esta relacin de dimetros y distancias es la base para realizar los clculos para la construccin de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por l.Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi 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 venturiEn el Tubo de Venturi 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 ramificados 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.El valor del coeficiente de descarga C depende del nmero de Reynolds del flujo y de la geometra real del medidor.Se recomienda que C = 0.984 para un Tubo Vnturi fabricado o fundido con las siguientes condiciones:

PLACA 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 venturi 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.

ROTAMETROEl rotmetro es un medidor de rea variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (ms pesado que el lquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubera. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. La ranura en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posicin central en el tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador.

VII. BIBLIOGRAFIA Claudio Mataix Mecnica de fluidos y mquinas hidrulicas 2 edicin. Ediciones Del Castillo S.A

LINKS

http://www.edibon.com/products/?area=fluidmechanicsaerodynamics&subarea=fluidmechanicsbasic http://www.monografias.com/trabajos31/medidores-flujo/medidores-flujo.shtml