Prctica E

MEDIDORES DE FLUJO EN CONDUCTOS CERRADOS

OBJETIVOS

Que el/la alumno/a

Comprenda los principios para determinar la cantidad de fluido que atraviesa un conducto cerrado.

Elaborar un medidor de orificio y calibrarlo.

MOTIVACIN

La mayora de productos agroindustriales lquidos son transportados en la industria a travs de conductos cerrados o tuberas y es necesario conocer la cantidad de material transportado en el tiempo para mantener los balances de materia y energa acordes con la produccin. Cmo podramos determinar el flujo a travs de una tubera cerrada?

EQUIPO PRINCIPALUn depsito de 20 lt con desfogue y recirculacin de agua conectado a un tubo de pulgada en la parte inferior del mismo. El tubo de pulgada deber contar en la parte central con una unin universal en donde se colocar una placa de plstico con un orificio de dimetro conocido en el centro, adems el flujo de salida a travs de la tubera ser controlada a travs de una llave compuerta.

DESARROLLO PROPUESTO

Llenar el recipiente de 20 lts hasta la altura donde se encuentra instalado el tubo de desfogue y mantener constante esta altura durante toda la prctica. Determinar para cada valor de caudal la diferencia de presiones antes y despus de la unin universal en donde se habr colocado la placa con orificio segn las indicaciones del profesor. Para lograr diferentes valores de caudal se abre la llave de compuerta a diferentes niveles.

RESULTADOS

1. Graficar las cadas de presin en metros en funcin de los valores de caudal para obtener los valores de cada de presin corregidos.2. Determina el coeficiente de calibracin del medidor para diferentes valores de caudal.3. Graficar los valores del coeficiente de calibracin como funcin del nmero de Reynolds. (en papel milimetrado y semilogaritmico)4. Compara tus resultados con datos de la literatura y explica a qu pueden deberse las posibles diferencias.

MEDICION DE CAUDALES

Introduccin

El caudal corresponde a una cantidad de agua que pasa por un lugar (canal, tubera, etc.), en una cierta cantidad de tiempo, o sea corresponde a un volumen de agua( litros, metros cbicos, etc.), por unidad de tiempo ( segundos, minutos horas, etc.)La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinacin de la cantidad de masa o volumen que circula por la conduccin por unidad de tiempo. Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan, habitualmente, caudalmetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conduccin.Los medidores de caudal volumtrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas: Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo, o Indirectamente, mediante dispositivos de: presin diferencial, rea variable, velocidad, fuerza, etc.Puesto que la medida de caudal volumtrico en la industria se realiza, generalmente, con instrumentos que dan lugar a una presin diferencial al paso del fluido, abordaremos en primer lugar los medidores de presin diferencial.Esta clase de medidores presenta 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 la conservacin de la energa, creando una diferencia de presin esttica entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.

1. MARCO TEORICO:

a. Principales medidores de presin diferencialEntre los principales tipos de medidores de presin diferencial se pueden destacar los siguientes: Placas de orificio Toberas Tubos Venturi Tubos Pitot Tubos Annubar Codos Medidores de rea variable Medidores de placaSe estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en uso son dispositivos de presin diferencial, siendo el ms popular la placa de orificio.Las principales ventajas de dichos medidores son: Su sencillez de construccin, no incluyendo partes mviles Su funcionamiento se comprende con facilidad No son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberas y se comparan con otros medidores Pueden utilizarse para la mayora de los fluidos Hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usosSus principales desventajas son: La amplitud del campo de medida 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 modernos, especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar

b. Placas de orificioLa placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubera.El orificio de la placa, como se muestra en la figura 1, puede ser: concntrico, excntrico y segmental. Con el fin de evitar arrastres de slidos o gases que pueda llevar el fluido, la placa incorpora, normalmente, un pequeo orificio de purga.Entre los diversos perfiles de orificio que se utilizan, segn se muestra en la figura 2, se pueden destacar los siguientes: de cantos vivos, de cuarto de crculo y de entrada cnica.El ms utilizado es el de cantos vivos, aunque tambin se usan las placas de cuarto de crculo y las de entrada cnica, especialmente cuando el fluido es viscoso.

Fig. 1. Perfiles de orificios.Para captar la presin diferencial que origina la placa de orificio, es necesario conectar dos tomas, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la placa. La disposicin de las tomas, segn se muestra en la figura 2, puede ser: en las bridas, en la vena contrada, y en la tubera.

Fig. 2. Tomas de presin alternativas.c. Tubos VenturiEn la figura 3 se muestra el perfil de un tubo Venturi clsico, donde se puede apreciar la disposicin de las tomas de presin para determinar la presin diferencial.

Fig. 3. Tubo Venturi.Como se aprecia en la figura se pueden destacar tres partes fundamentales:a) una seccin de entrada cnica convergente en la que la seccin transversal disminuye, lo que se traduce en un aumento de la velocidad del fluido y una disminucin de la presinb) una seccin cilndrica en la que se sita la toma de baja presin, y donde la velocidad del fluido se mantiene prcticamente constante.c) una tercera seccin de salida cnica divergente en la que la seccin transversal aumenta, disminuyendo la velocidad y aumentando la presin. La incorporacin de esta seccin de salida permite una recuperacin de la mayor parte de la presin diferencial producida y, por tanto, un ahorro de energa.Con el fin de reducir las prdidas de carga causadas por una tobera, puede acoplarse a continuacin de la tobera una seccin divergente similar a la utilizada para un tubo Venturi, resultando una combinacin que se denomina Venturi-tobera, como se muestra en la figura 4, donde pueden apreciarse las tomas de presin.

Fig. 4. Combinacin Venturi-tobera.En la figura 5 se muestra una comparacin entre varios elementos de presin diferencial con respecto a la recuperacin de la presin.

Fig. 5. Comparacin entre diferentes dispositivos de presin diferencial con respecto a la recuperacin de la presin.Las principales limitaciones de los tubos Venturi son su elevado coste y la longitud necesaria para su instalacin, sobre todo para grandes tamaos de tubera. Sin embargo, debido a su baja prdida de carga, son justificados en casos donde tienen que bombearse grandes cantidades de lquido de forma continua. Cuando la prdida de carga no es importante, suele prescindirse del tubo Venturi y sustituirse por una placa de orificio debido a su menor coste y mayor facilidad de instalacin y mantenimiento.d. Tubo Pitot:El tubo de Pitot es quiz la forma ms antigua de medir la presin diferencial y tambin conocer la velocidad de circulacin de un fluido en una tubera. En la figura 6 se muestra, en su forma ms sencilla, un pequeo tubo con la entrada orientada en contra del sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energa cintica en energa de presin, lo que da lugar a un aumento de presin dentro del tubo de Pitot.

Fig. 6. TuboPitot en su forma ms sencilla.Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, econmicos y disponibles en un amplio margen de tamaos. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque su uso habitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan tambin, con la ayuda de una tcnica de integracin, para indicar el caudal total en grandes conductos y, prcticamente, con cualquier fluido.e. Medidores de placaEl principio de funcionamiento del medidor de placa de resistencia al avance de la corriente se muestra en la figura 7.

Fig. 13. Medidor de placa.Una placa circular se mantiene en el centro de la tubera por medio de una barra normal al flujo. Teniendo en cuenta que la aceleracin del fluido en el espacio anular entre la placa y la tubera crea una presin reducida sobre la cara aguas abajo de la placa, la fuerza ejercida por el fluido sobre la placa ser la diferencia entre las presiones sobre las superficies aguas arriba y aguas abajo de la placa, la cual tiende a mover la placa en la direccin del flujo. A esta fuerza se opone un par antagonista producido por la articulacin, y el movimiento es detectado por un elemento secundario, es decir, un transmisor neumtico de equilibrio de fuerzas o un transductor elctrico de galgas extensomtricas, situado al final de la barra soporte. La seal del dispositivo de equilibrio de fuerzas es proporcional a la fuerza sobre la placa, y por tanto proporcional al cuadrado del caudal.

1. RESULTADOS:LABORATORIO

ml medidos con la jarraH= AlturaTiempo(s)Q(ml/s)

941 cm109.4

1152 cm1011.5

1263 cm1012.6

1454 cm1014.5

1765 cm1017.6

1896 cm1018.9

2117 cm1021.1

2158 cm1021.5

2259 cm1022.5

22910 cm1022.9

25011 cm1025.0

25512 cm1025.5

27313 cm1027.3

28214 cm1028.2

30715 cm1030.7

32516 cm1032.5

34217 cm1034.2

35018 cm1035.0

36119 cm1036.1

38920 cm1038.9

41021 cm1041.0

42022 cm1042.0

43523 cm1043.5

44424 cm1044.4

47525 cm1047.5

PREGUNTAS GUA

1. Qu es un medidor de caudal? Un caudalmetro es un instrumento de medida para la medicin de caudal o gasto volumtrico de un fluido o para la medicin del gasto msico. Estos aparatos suelen colocarse en lnea con la tubera que transporta el fluido. Tambin suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujmetros.Existen versiones mecnicas y elctricas. Un ejemplo de caudalmetro elctrico lo podemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan para determinar el caudal que est circulando o en las lavadoras para llenar su tanque a diferentes niveles.Un hidrmetro permite medir el caudal, la velocidad o la fuerza de los lquidos que se encuentran en movimiento, dependiendo de la graduacin y aplicacin de este mismo.Evtese la confusin con el trmino utilizado en ingls hydrometer como equivalente a lo que en espaol es un densmetro, esto es, un instrumento que sirve para medir la densidad de los lquidos.

2. Qu es lo que genera una contraccin en un conducto cerrado respecto a la velocidad y presin de flujo?

Las vlvulas, ngulos y otros accesorios en una tubera, as como las contracciones y ampliaciones sbitas causan prdidas de carga. Si una vlvula esta parcialmente cerrada, existe mayor resistencia al flujo y mayor prdida de carga. La ingeniera hidrulica utiliza tablas ya estandarizadas donde se muestran las resistencias, expresadas como longitudes equivalentes de tubo recto, debidas a diferentes vlvulas, accesorios, contracciones y ampliaciones. Los propios fabricantes de stos accesorios, tambin suministran esta informacin pero referida generalmente a la prdida de carga unitaria, en vez de longitudes equivalentes de caeras.

J = K./2g

Donde:

J: prdida de carga localizada del accesorio en metrosK: constante adimensional que varia para cada accesorio (se obtiene de tablas especficas)V: Velocidad del lquido en m/segg : Aceleracin de la gravedad en m/seg

2. DISCUSIONES

A comparacin con la teora al bajar en cada cm del tubo regulador permiti que el agua salga a mayor velocidad a un tiempo determinado (10 s) y por lo tanto tenga un mayor volumen al momento de ser analizado. Mientras ms bajaba el agua contenida en el tubo medidor de caudal (cm) mayor fue la velocidad de salida de caudal.

3. CONCLUSIONES

Existi un margen de error humano ya que al medir el agua saliente durante un tiempo de 10 s, en algunos casos la diferencia de los ml medidos en la jarra fue mnima. Resulto difcil el proceso de la medicin de caudal ya que no se utiliz una bomba el cual le de energa al fluido y lo transforme en un ciclo.Se analiz el caudal prctico y se determin el caudal terico.Se determin la variacin entre el caudal experimental y terico.

REFERENCIAS

Bird, R.B., Stewart, W.E. y Ligthfoot, E.N. 1982. Fenmenos de Transporte, Reverte.