practica medidores de flujo

UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA QUMICA

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA I

PRE-INFORME N1.

CONSTRUCCIN Y ANLISIS DE LAS CURVAS DE CALIBRACIN Y DE LOS

PARMETROS CARACTERSTICOS DE LOS MEDIDORES DE FLUJO EN

LOS EQUIPOS DE TORRE DE RELLENO, BOMBAS CENTRFUGAS Y PRDIDAS DEL

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA

Jefe de grupo:

Ligia Izaguirre

Profesor:

Preparador: Granados Miguel

Riera Astrid

Rivolta Adriana

Grupo: 3

Integrantes:

IZAGUIRRE, Ligia

RUZ, Anglica

SINDAR, Sinai

Valencia, 5 de Diciembre de 2014

MTODO OPERATORIO DEL EQUIPO DE TORRE DE RELLENO PARA LA

PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJO

ARRANQUE

1. Verificar que las vlvulas que no se van a utilizar en la prctica estn cerradas.

2. Marcar el cero de referencia en las lecturas de todos los manmetros diferenciales.

3. Retirar el dispositivo protector de BLWR-1.

4. Encender BLWR-1 mediante el panel de control, colocando el interruptor en posicion manual

y luego el interruptor en posicin on.

5. Pulsar el interruptor FWD del variador de velocidad del panel de control, para que el turbo

ventilador gire en sentido positivo.

6. Regular el flujo de aire a travs del variador de velocidad y esperar aproximadamente dos

minutos para que se estabilice el sistema.

OPERACIN

7. Fijar una frecuencia que permita una mxima diferencia de altura manomtrica en PDI-1 que

no ocasione el escape del fluido manomtrico.

8. Fijar esta mxima diferencia de altura manomtrica y dividirla entre cinco.

9. Regular el flujo de aire a travs del variador de velocidad, hasta un porcentaje de velocidad

mnimo.

10. Medir la diferencia de altura manomtrica en PDI-6 ubicado a lo largo de FE-5.

11. Medir la velocidad del aire a la salida de la torre de relleno, empleando el anemmetro

(colocar el instrumento concntrico a la tubera).

12. Medir la diferencia de altura manomtrica en PDI-11 conectado a FE-4 para diversas

posiciones del mismo, que se toman dividendo el radio entre 4.

13. Repetir los pasos 9, 10 y 11 para las diferentes alturas de PDI-1 calculadas en el paso 8, hasta

obtener el valor de la mxima altura manomtrica, pulsando el variador de velocidad del panel de

control.

14. Medir y registrar la temperatura del fluido mediante TI-1 para cada corrida.

PARADA

15. Apagar el turbo ventilador presionando stop y luego de que se estabilicen los manmetros,

colocar el interruptor en la posicin off, luego devolver el interruptor de operacin manual a su

posicin inicial.

2

16. Colocar el dispositivo protector del turbo ventilador.

NORMAS DE SEGURIDAD

-No apoyarse sobre el ducto de aire o alguno de los accesorios que conforman el equipo para

evitar problemas de alineacin del mismo.

-Evitar colocarse cerca del turbo ventilador cuando est encendido, ya que se corre el riesgo de

arrastrar cabello, ropa, etc.

-Tener cuidado con el anemmetro al momento de realizar las mediciones para evitar que se

caiga.

MTODO OPERATORIO DEL EQUIPO DE BOMBAS CENTRFUGAS PARA LA


ARRANQUE

1. Verificar que todas las vlvulas se encuentren totalmente cerradas.

2. Verificar mediante LI-101 el nivel de ATNK-1; de no estar lleno, seguir los pasos 3 y 4.

3. Abrir HV-134.

4. Cerrar HV-134 cuando el tanque se encuentre lleno en un de su capacidad.

5. Abrir HV-103, HV-100, HV-108, HV-115.

6. Abrir HV-118, HV-127, HV-128, HV-129, HV-131, HV-132.

7. Para cebar PUMP-1, abrir y cerrar HV-113 dos o tres veces. Dejarla cerrada.

8. Suministrar energa al sistema mediante el interruptor EI-101.

9. Encender el interruptor II-101 para poner en funcionamiento PUMP-1 y simultneamente abrir

HV-113.

10. Dejar circular el fluido por dos minutos aproximadamente para que se estabilice el sistema.

11. Abrir HV-122 en su totalidad.

12. Cerrar HV-115 y repetir el paso 10.

13. Establecer el intervalo de trabajo determinando el caudal mximo medido por FI-101.

14. Dividir ese caudal entre el nmero de corridas a realizar, que en este caso, son cinco.

15. Regular el caudal por medio de HV-122, de forma tal que coincida con los caudales

establecidos para cada corrida.

OPERACIN

16. Colocar el caudal mnimo establecido segn el paso anterior.

3

17. Medir y registrar el intervalo de tiempo para una diferencia de volumen (de 10L) registrada

en FQI-101.

18. Cerrar HV-131 y tomar el intervalo de tiempo en el cual el agua llena ATNK-3, activando el

cronmetro en la marca inferior y desactivndolo en la marca superior de dicho tanque.

19. Registrar los intervalos de tiempo en las tablas de datos.

20. Abrir HV-131 para descargar ATNK-3 hasta que el nivel del agua se encuentre por debajo de

la marca inferior del mismo.

21. Repetir dos veces los pasos 17 al 20; al tomar la medida de FQI-101 se debe asegurar que el

sistema se encuentra en estado estacionario.

22. Repetir los pasos del 16 al 21 para los cuatro caudales restantes, previamente regulados por

HV-122.

PARADA

23. Cerrar HV-113 y simultneamente apagar PUMP-1 con el interruptor II-101.

24. Cerrar HV-108.

25. Cerrar HV-118, HV-122.

26. Apagar el interruptor EI-101.

27. Drenar el tanque y tuberas abriendo HV-106.

28. Cerrar todas las vlvulas.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y CONDICIONES ATMOSFRICAS

29. Medir y registrar la temperatura del fluido de trabajo.

30. Registrar la temperatura ambiente y la presin ambiente, haciendo las correcciones

respectivas por temperatura y gravedad de ste ltimo.

31. Registrar el volumen del picnmetro.

32. Pesar el picnmetro vaco y registrar el valor.

33. Curar el picnmetro con agua destilada y posteriormente llenarlo con el fluido de trabajo.

Pesarlo y registrar dicho valor.

34. Curar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada.

35. Llenar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada de manera que el fluido toque la marca

blanca del bulbo y an se encuentre lquido en el bulbo inferior.

36. Succionar con ayuda de una inyectadora el fluido hasta que pase la marca negra del bulbo

superior. Dejar de succionar.

4

37. Registrar el tiempo de descenso del fluido desde que el menizco pasa la marca negra hasta

que llega a la marca blanca del bulbo superior.

38. Repetir los pasos desde el 49 hasta 55 con el fluido de trabajo. Hacer cinco mediciones con

cada fluido.

39. Dejar el viscosmetro lleno de agua destilada.

40. Registrar la temperatura del bao trmico.

NORMAS DE SEGURIDAD

-Verificar la trayectoria del fluido antes de iniciar la experiencia para asegurar que el mismo

permanezca en los tramos a estudiar.

- Cebar la bomba para evitar el fenmeno de la cavitacin.

- Revisar el nivel en el tanque antes de empezar a trabajar para asegurar que la bomba funcione

correctamente.

-Estar atento al visor del ATNK-3 en el momento del llenado, con la finalida de evitar el derrame

del fluido.

-Permanecer en el lugar de trabajo durante la realizacin de la prctica, con el propsito de vigilar

que todo funcione correctamente.

MTODO OPERATORIO DEL EQUIPO DE PRDIDAS DE ENERGA PARA LA


ARRANQUE

1. Verificar que todas las vlvulas del equipo estn cerradas.

2. Abrir HV-12, HV-09, HV-16, HV-04, HV-07 y HV-06

3. Si ATNK-1 est vaci, abrir HV-11 hasta llenarlo hasta aproxiamadamente de su volumen.

4. Cerrar HV-11.

5. Para cebar PUMP-1, abrir y cerrar HV-30 hasta verificar que no se observen burbujas en

ATNK-1. Dejarla cerrada.

6. Repetir el paso anterior dos veces.

7. Encender la bomba mediante el interruptor.

8. Abrir HV-30 lentamente.

9. Dejar circular el fluido por el circuito hasta observar un flujo uniforme a la salida de HV-06.

5

10. Abrir lentamente HV-02 hasta que se encuentre 100% abierta y simultneamente ir cerrando

HV-06 lentamente.

11. Repetir el paso 10. Esperar que se llene el vertedero.

13. Cuando caiga la primera gota del vertedero sealar la altura cero en el LI-1.

17. Para purgar la cmara manomtrica ubicada a la izquierda, abrir el par HV-22.

18. Abrir el par lateral HV-36 y cerrarla luego de que no se observen burbujas de aire en el bulbo.

19. Repetir el paso 18 para el resto de las vlvulas en orden ascendente.

20. Cerrar el par HV-22.

21. Para purgar el by-pass, abrir los pares HV-42 y HV-36.

22. Abrir algn par de vlvulas laterales de la cmara manomtrica izquierda y cerrarlas luego de

verificar que no hayan burbujas en el bulbo.

23. Cerrar los pares HV-42 y HV-36.

24. Para purgar la cmara manomtrica ubicada a la derecha, abrir el par HV-42.

25. Abrir el par lateral HV-40 y cerrarla luego de que no se observen burbujas de aire en el bulbo.

26. Repetir el paso 25 para el resto de las vlvulas en orden ascendente.


28. Para nivelar los meniscos de PDI-1, abrir HV-22 y HV-23. Esperar a que se nivele el menisco.

29. Cerrar HV-23 y HV-22.

30. Para nivelar los meniscos de PDI-2, abrir HV-42 y HV-43. Esperar a que se nivele el menisco.

31. Cerrar HV-43 y HV-42.

32. Verificar que el fluido manomtrico (para esta prctica Hg) no escape. Para ello, a caudal

mnimo, abrir el par de vlvulas correspondientes a FE-3 y luego abrir el par HV-23. Luego se

aumenta el caudal lentamente manipulando HV-30, hasta lograr obtener una deflexin mxima

que no permita el escape del Hg.

33. Leer el caudal FI-1.


35. Cerrar las vlvulas correspondientes a FE-3.

36. Repetir los pasos del 32 al 35 para la vlvula de globo y la tubera de 1 de hierro galvanizado.

El mximo caudal a operar corresponde a la mxima deflexin observada entre los accesorios que

asegure que el fluido manomtrico no se va a escapar.

38. Dividir entre cinco el mximo caudal determinado en el paso anterior.

6

39. Cerrar lentamente HV-30 hasta obtener el mnimo caudal en FI-01.

OPERACIN

40. Medir y registrar la masa del tobo vaco y seco.

41. Medir la altura en LI-1 a partir del cero marcado en el paso 13, luego de observar un flujo

constante en la descarga del vertedero triangular.

42. Colocar el tobo a la salida del sistema, llenarlo hasta 15 cm de altura y retirarlo.

43. Medir y registrar con un cronmetro el tiempo de llenado del tobo.

44. Medir y registrar la masa del tobo lleno.

45. Repetir los pasos 42 al 44 dos veces por cada caudal.

46. Abrir el par HV-34 que corresponden a FE-3.

47. Abrir el par HV-23 y esperar a que el fluido manomtrico se estabilice.

48. Medir y registrar la diferencia de altura manomtrica en PDI-1.

49. Cerrar el par HV-23, y luego se cierran las vlvulas correspondientes a FE-3.

50. Repetir los pasos del 46 hasta el 49 para cada accesorio en estudio.

51. Repetir los pasos del 41 al 50 variando el caudal de operacin desde el mnimo hasta el

mximo abriendo HV-30 lentamente.

PARADA

52. Abrir HV-06 y cerrar HV-02.

53. Cerrar HV-30 lentamente, hasta que quede totalmente cerrada.

54. Apagar PUMP-1 con el interruptor.

55. Abrir HV-21 para drenar ATNK-1.

56. Abrir HV-03 para drenar ATNK-2.

57. Cerrar todas las vlvulas del sistema.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y CONDICIONES ATMOSFRICAS

58. Medir y registrar la temperatura del fluido de trabajo.

59. Registrar la temperatura ambiente y la presin ambiente, haciendo las correcciones

respectivas por temperatura y gravedad de ste ltimo.

60. Registrar el volumen del picnmetro.

61. Pesar el picnmetro vaco y registrar el valor.

62. Curar el picnmetro con agua destilada y posteriormente llenarlo con el fluido de trabajo.

Pesarlo y registrar dicho valor.

7

63. Curar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada.

64. Llenar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada de manera que el fluido toque la marca

blanca del bulbo y an se encuentre lquido en el bulbo inferior.

65. Succionar con ayuda de una inyectadora el fluido hasta que pase la marca negra del bulbo

superior. Dejar de succionar.

66. Registrar el tiempo de descenso del fluido desde que el menizco pasa la marca negra hasta

que llega a la marca blanca del bulbo superior.

67. Repetir los pasos desde el 49 hasta 55 con el fluido de trabajo. Hacer cinco mediciones con

cada fluido.

68. Dejar el viscosmetro lleno de agua destilada.

69. Registrar la temperatura del bao trmico.

NORMAS DE SEGURIDAD

-Verificar que HV-30 este cerrada antes de encender la bomba, para evitar que ocurra el

fenmeno de la cavitacin.

-Llenar el ATNK-1 lo suficiente como para encender luego la bomba y proceder a cebarla y

evitar que la misma succione aire o burbujas de aire.

-Para evitar que en las cmaras manomtricas no ocurra el desborde del fluido manomtrico, se

debe verificar el caudal mximo a considerar.

DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIN Y TUBERAS

PUMP-1

BLWR- 1

Aire del

ambiente

PI

9

TI

2

LI

1

FE

4

PDI

11

PI

6

FE

1FE

2

PDI

6

FE

5

Aire del

ambiente

1 4 HG

3

HG

PI

10

FI 1

5 1" HG

61"

HG

6 1" HG

4

HG

FE

37 1" HG

8

HG

9

HG

10

HG

3

HG

3 HG

3

HG

24"

PV

C

HV

31

FQI

1

3 HG

TI

1

FE

4

Entrada de agua de

Hidrocentro

HV

21

HV

18

HV

08

HV

30

HV

19

HV

20

HV

09

HV

23

HV

15

HV

12

HV

14

HV

10

HV

22

HV

13

HV

11

LEYENDA:HG: hierro galvanizadoPVC: policloruro de vinilo

PDI

1

ATNK-1

Figura 1. Diagrama de tubera e instrumentacin del equipo de torre de relleno.

9

T-1

HV-143

HV-103

HV-100

HV-106

HV-102

HV-108 HV-109

HV-107

HV-105

HV-144

HV-112

HV-137

HV-111

HV-114HV-113

FQI-101

HV-115

HV-119 HV-120HV-118HV-121

HV-122 HV-123 HV-124

HV-130HV-129

HV-131

HV-127

HV-133

HV-128

HV-132

HV-141

LI-101LI-102

HV-116HV-117

PI-104

PI-105PI-101

PI-102

HV-134

PI-103

ATNK-2ATNK-1

LI-103

PUMP-1 PUMP-2

HV-101

PI-99

HV-110HV-110

FI

Viene de

Hidrocentro

FI-101

ATNK-3

1H

G1

"

2H

G1

"

3 HG 1

4H

G1 5 HG 1

6H

G1

"

7 HG 1"

8 HG 1" 9H

G3

/4

"

10

HG

1"

11

HG

1"

12 HG 1 "

13

HG

1"

14

HG

1

"

15

HG

1"

LEYENDA: HG: hierro galvanizado

HV-98

16

HG

1"

17

HG

3/

4"

18 HG

19 HG 1"

Figura 2. Diagrama de tubera e instrumentacin del equipo de bombas centrfugas.

FI

HV

01

FE

2

FE

3

FE

4

FE

5

HV

14

HV

09

HV

17

HV

05

HV

04

HV

19

HV

18

HV

07

FI

1

HV

02

40

40

3434

35

35

32

31

30

29

23 39 2539 25

26 26

27 27

233838

29

30

31

32

3333

24

24

2 1" HG

31"

HG

4 1" HG

9 1" HG 10 2" HG

5 1" HG

11 1" HN

12 1" PVC

6 1" AI

7 1" HG

8 1" HG

13

1"

HG

11"

HG

HV

10

PUMP-1

ATNK-1

ATNK-2

HIDROCENTRO

EQUIPO DE

BOMBAS

EQUIPO

DE

BONBAS

PI

1

HV

30

FE

1

HV

11

HV

03

HV

21

HV

12

HV

13

HV

06

HV

16

LEYENDA:

HG: hierro galavanizado

HN: hierro negro

PVC: policloruro de vinilo

AI: acero inoxidable

LI

1

FE

7

Figura 3. Diagrama de tubera e instrumentacin del equipo de prdidas.

Figura 4. Diagrama de tuberia e instrumentacin de la cmara manomtrica ubicada en el equipo de prdidas.

12

MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA

PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS

NMERO ECUACIN LEYENDA

1

= .

(Himmelblau, 2002)

: peso especfico de la

sustancia i a temperatura

ambiente (kgf/m3)

: densidad de la sustancia

i a temperatura ambiente

(kg/m3)

: tol: tolueno

H2O: agua

a: aire

Hg: mercurio

CH3Cl3: triclorometano

: gravedad especfica

g:gravedad

2

() = . 1. (1 2) (Silva, 2003)

() : cada de presin

manomtrica(Pa)

: diferencia de altura

manomtrica (cm)

1 : factor de conversin

(1

100)

; peso especfico del

fluido manomtrico(kgf/m3)

1:ms pesado

2: ms liviano

cg

2*

*8,9

skgf

mkg

2

8,9s

m

13


PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJO (CONTINUACIN)


3

= + 2. . 1. 2.

(Silva, 2003)

: presin puntual

absoluta (Pa)

: presin ambiente,

(Pa)

2: factor de conversin

(1

10332.3 /2)

4

= (. )

(Smith, Van Ness; 2006 )

: presin pseudo-critica

del fluido (Pa)

: fraccin molar de cada

componente del fluido

(Adim.)

: O2: oxigeno

N2: nitrgeno

: presin critica de cada


(Pa)

5

=


: presinpseudo-

reducida del fluido

(Adim.)

6

= (. )


: temperatura pseudo-

critica del fluido (K)

: temperatura critica de

cada componente del

fluido (K)

14


PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)


7

=


: temperatura pseudo-

reducida del fluido (Adim.)

: temperatura del fluido

(K)

8

= ()


: factor acntrico del

fluido (Adim)

: factor acentrico de cada


(Adim.)

9

= +

1


: factor de

compresibilidad del fluido

(Adim)

1 : factores de

correccin del factor de

compresibilidad (Adim.)

10

= .

. .

(Himmelblau, 2002)

: densidad del fluido de

trabajo (kg/m3)

M: peso molecular

(

)

: constanteuniversal de

los gases (83143.

.)

11

= 2. . ()

(Perry, 2000)

: velocidad local para la

i-sima posicin del Pitot

(m/s)

: coeficiente del tubo

pitot (Adim.)

15




12

= 2. .

0

(Silva,2003)

: flujo volumtrico del

tubo pitot (m3/s)

:radio interno de la tubera

(m)

: posicin i-sima del Pitot

(Adim)

13

eg

eSp

PP

PPP

% *100

(Himmelblau, 2002)

%Pp: porcentaje de la cada

de presin permanente

experimental (%)

Ps: presin a la salida del

Venturi (Pa)

Pe: presin a la entrada del

Venturi (Pa)

Pg: presin en la garganta

del Venturi (Pa)

14

=

(Mott, 2006)

: relacin entre dimetros

(Adim.)

: dimetro interno del

punto de estudio (cm)

:g: la garganta del tubo

venturi.

o: la garganta de la

placa de orificio

: dimetro interno de la

tubera (cm)

16




15

% =

. 100

(Underwood, 1989)

%: porcentaje de

desviacin (%)

:valor de la variable

determinado

experimentalmente.

: valor de la

variable reportado en la

bibliografa.

16 () = 2. . 1. (Silva, 2003)

17

=

4. ( . 1)

2

(Navarro, 2000)

: rea de la seccin

transversal (m2)

:v: de la garganta del

tubo venturi.

o: de la garganta de la

placa de orificio.

t: de la tubera

18

=

(Mott, 2006)

: velocidad de la seccin

de la garganta del venturi

(m/s)

: flujo volumtrico del

tubo venturi (m3/s)

19

=

1 4 .

2. . ()

(Geankopolis, 1998)

: coeficiente del Venturi

(Adim.)

17




20

= . .

=

4.

. .

(Mott, 2006)

Re: nmero de Reynolds

V: velocidad del fluido de

trabajo (m/s)

: viscosidad del fluido

de trabajo (kg/m.s)

: H2O: agua

a: aire

21

=

(Perry, 2000)

: relacin de capacidades calricas a

presin y volumen

constante (adim.)

: capacidad calrica a presin constante

(

. )

: capacidad calrica a volumen constante

(

. )

22

=

(Perry, 2000)

: relacin de presiones

absolutas (Adim.)

:presin absoluta de la

garganta del tubo Venturi

(Pa)

:presin absoluta de la

entrada del tubo Venturi

(Pa)

23

(Perry, 2000)

Y: factor adimensional del

Venturi (adim.)

K

K

K

K

rr

r

K

KrY

/24

4

1

/2

1

1

1

1

1

18




24

=

.

1 4.

2. . ()

(Perry, 2000)

25

() = (Perry, 2000)

(): cada de

presin en el Pitot(Pa)

Po:presin esttica local

(Pa)

Pi: presin de impacto en

el Pitot (Pa)

26

11

21

K

K

o

i

aire

ocoy

P

PP

K

KgCpV

(Perry, 2000)

Voy:velocidad puntual en

el tubo Pitot tomando en

cuenta la compresibilidad

de los gases (m/s)

K:razn entre el calor

especfico a presin

constante y el calor

especfico a volumen

constante (adim)

27

=

2

(Navarro, 1999)

: radio externo del

tanque 3 (cm)

: permetro del tanque 3

(cm).

28

= ( )

(Navarro, 1999)

: radio interno del

tanque 3 (cm)

: espesor, (cm).

19




29 =

2

(Navarro, 1999)

:volumen del tanque

(m3)

: altura del tanque (m).

30

=. 3

(Perry, 2000)

: caudal experimental

(gpm)

: tiempo de llenado del

tanque (s)


(15852,0474

13

)

31

=

=1

(Himmelblau, 2002)

Qexp: caudal experimental

promedio del sistema

(gpm)

n: nmero de mediciones

(adim)

32 =

4

(Perry, 2000)

: caudal del medidor

de gastos (L/s)

:volumen final ledo en

el medidor de gastos en el

momento en el que se

termina de llenar el

tanque (m3)

: volumen inicial ledo

del medidor de gastos en

el momento en que se

comienza a llenar el

tanque(m3)

20





(1000

1 3)

33 =

2

(Navarro, 1999)

: radio menor (cm)

:permetro de la seccin

de estudio (cm)

: espesor (cm)

34 =

(2 + + 2)

3

(Navarro, 1999)

R: radio mayor (cm)

35

=

. 5

(Himmelblau, 2002)

:masa del picnmetro

lleno (g)

:masa del picnmetro

vaco (g)

: volumen del

picnmetro (mL)


(1000 /

1 3/ )

36

=

(Himmelblau, 2002)

: masa recolectada en

el tobo (g)

: masa del tobo lleno

(g)

: masa del tobo vaco

(g)

37

=

. 6

(Himmelblau, 2002)

: volumen del tobo (m3)


(1

1000 )

21




38 1 = 4,28 (

2) 5/2

(Mott,2006)

1: modelo de caudal

terico 1 (gpm)

H: altura desde la base del

Vertedero hasta el lquido

(cm)

: angulo del vertedero

39 2 =0,31 2,52

()

(Perry,2000)

2: modelo de caudal

terico 2 (gpm)

: angulo lateral del

vertedero.

40

=

. 3.

(1 4). 2

2. .

(engel, 2006)

: coeficiente de

descarga de la placa

orificio N3 (Adim.)

(): cada de presin

manomtrica de la placa

orificio N3 (kgf/m2)

41

2 =. 2 .

.

(Atkins, 1999)

: viscosidad del fluido

de referencia

: densidad del fluido

de referencia (kg/m3)

: tiempo de descenso del

fluido problema (s)

: tiempo de descenso

del fluido de referencia (s)

22




42

() = (1 2)

(Perry, 1994)

(): caida de presin

permanente terico en la

placa orificio N3

(kgf/m2)

43 % =

() ()()

. 100

(Perry, 1994)

%: porcentaje de

perdida de la presin

permanente experimental

de la placa de orificio (%)

(): cada de presin

en la placa de orificio N3

(kgf/m2)

CLCULOS PREVIOS

EQUIPO DE BOMBAS CENTRFUGAS

Objetivo 1. Estimar el volumen a recolectar en ATNK-3 indicando el tiempo de manera que el

flujo volumtrico sea significativo y considerando el perodo de realizacin de la prctica. El

resultado debe ser expresado en altura.

Considerando que el desarrollo de la prctica se lleva a cabo durante un tiempo de 240 min

y apartando 60 min para la toma de datos de propiedades de los fluidos de trabajo y de las

condiciones atmosfricas quedan 180 min para la realizacin de la practica en los equipos,

adems sabiendo que se utilizaran tres equipos en total (bombas centrifugas, torre de relleno y

Perdidas de energa) se estima un tiempo de utilizacin de 60 min (3600 s) para cada equipo.

Se estima que el procedimiento de arranque del equipo de bombas centrifugas se tomara

mximo unos 10 min mientras se espera la estabilizacin del sistema, igualmente en el

procedimiento de parada se supone un tiempo no mayor a 10 min, lo que dejara solo 40 min

23

(2400s) para el procedimiento de operacin en el equipo. Dividiendo ese tiempo entre el

nmero de caudales (5) y entre las tres corridas por cada caudal, quedaran 160 segundos

para cada corrida. Un volumen significativo se podra obtener a los 50 segundos para el

caudal mnimo indicado por el rotmetro que son 3gpm y un caudal mximo de 30 gpm.

Para calcular el volumen mnimo en un tiempo de 50 s, utilizando la ecuacin 30,

despejando el volumen y sustituyendo los valores correspondientes.

=. 3

=.

3=

3 50

(15852,0474

13

)

= 0,009449997 3

Mediante la ecuacin 27 y utilizando el valor medido del permetro del ATNK-3, se

tiene el radio externo del tanque:

=118

2 = 18,7803

Con este valor obtenido y el espesor medido para el tanque, sustituyendo en la

ecuacin 28, se tiene:

= (18,7803 0,314) (1

100) = 0,18466

Para calcular la altura mnima del tanque, se utiliza la ecuacin 29 y despejando la

altura, se obtiene:

= 2

=

2 =

0,009449997 3

(0,18466)2= 0,0882137

Para obtener la altura mxima, se utiliza el caudal mximo y la ecuacin 30

despejando el volumen, por lo tanto:

=30 50

(15852,0474

13

)

= 0,09449997 3

24

Sustituyendo los valores en la ecuacin 29y despejando la altura, se tiene:

=0,09449997 3

(0,18466)2= 0,882137

Debido a la gran diferencia de altura, se toma como referencia la altura mnima, ya que con

la altura mxima se corre el riesgo de desbordamiento del tanque. Luego aplicando el mtodo de

derivadas parciales en la ecuacin de altura para estimar el error, se tiene que:

= |

| + |

|

= |1

2| + |

2

3|

= |1

(0,18466)2| 0,00001 + |

2 0,009449997 m3

(0,18466)3| 0,00005 = 0,000141m

0,0001m

Finalmente la altura con la cual se obtiene un flujo volumtrico significativo es:

= (0,0882 0,0001)m

EQUIPO PRDIDAS DE ENERGA

Objetivo 1. Estimar la masa a recolectar indicando el tiempo de manera que el flujo msico sea

significativo y considerando el perodo de realizacin de la prctica. El resultado debe ser

expresado en altura (cm).

Como se mencion anteriormente, el tiempo estimado para cada prctica es de 60min. En el

caso particular del equipo de prdidas de energa, se estima lo siguiente: la duracin del arranque:

15 minutos, para la operacin 30 minutos y para la parada 15 minutos. Se realizaran cinco

corridas, pues se tendrn cinco caudales diferentes, con cada uno de estos caudales se realizaran

tres mediciones para un, total de 15, por lo que se considerara un estimado de 20 segundos para

llenar el recipiente y 90 segundos para pesarlo. Para poder determinar la altura de llenado del

25

tobo para la cual el flujo msico es significativo, se debe modelar el mismo, se aproximara

la forma del recipiente al tronco de un cono circular recto.

Sabiendo que las medidas del recipiente son:

Permetro mayor: (81,70 0,05) cm

Permetro menor: (63,00 0,05) cm

Espesor de la pared: (3,000 0,005) mm

Sustituyendo los valores en la ecuacin 33, para el radio menor:

=

2 =

63,00

2 3

1

10= 9,726761415

Error asociado:

= (

) + (

)

= (1

2) 0,05 + (1) 0,005

1

10= 0,0074577 0,01

Portanto:

= (9,73 0,01)

Haciendo lo propio para la obtencin del radio mayor, resulta:

= (12,53 0,01)

Se sabe que el caudal es una relacin volumen- tiempo, Para este sistema se conocen

los caudales mximo y mnimo que se pueden medir en el sistema usando el rotmetro.

Estos son, 30 y 3 gpm respectivamente. Partiendo de esto se puede conocer el volumen

mximo y el volumen mnimo que se pueden obtener en el sistema en un determinado

intervalo de tiempo.

Usando la ecuacin 30 y despejando el volumen, se tiene:

26

=3 20

(15852,0474

13

)

= 0,00378540053 = 3785,40053

Error asociado:

= (

) + (

)

Sustituyendo:

= 20 0,5 + 3 0,01 = 10,03 13/

15850,37= 0,0006323 = 6323

Portanto:

= (3785 632)3

Finalmente para determinar la altura de llenado para la cual el flujo msico es significativo,

sereordena la ecuacin 34, y con el volumen mnimo se calcula la altura mnima, de esta

manerasabremos a partir de que distancia podemos comenzar a medir.

=3

1

(2 + + 2)

Sustituyendo,resulta:

=3 37853

1

((9,73)2 + 12,53 9,73 + (12,53)2= 9,674782

Del resultado anterior se supone que a partir de aproximadamente 9 cm de altura de llenado

elflujo msico es significativo, por lo que para esta experiencia prctica el nivel de llenado del

tobose puede considerar como 15 cm de altura.

27

TABLAS Y FIGURAS BIBLIOGRFICAS

Figura 1. Perdida de presin permanente (Mott 2006)

28

Figura 2. Coeficiente de descarga del orificio (Mott 2006)

Figura 3. Coeficiente del Venturi (Mott 2006)

29

Figura 4. Fraccin de prdida de presin para varios medidores de obstruccin (Cengel 2006)

Figura 5. Prdida global de presin en medidores de orificio (McCabe 1991)

30

Tabla I. Densidad del agua a diversas temperaturas (Perry 1992)

31

Tabla II. Densidad del agua a diversas temperaturas (Perry 1992)

32

Tabla III. Masa molar, constantes crticas y capacidades trmicas especificas de gases a 25C y

1atm de algunas sustancias comunes (Reid 1987)

33

Tabla IV. Propiedades de especies puras (Smith, Van Ness; 2006 )

34

Tabla V. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )

35

Tabla VI. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )

36

Tabla VII. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )

37

Tabla VIII. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )

38

Tabla IX. Herramientas de trabajo para fenmenos de transporte 1

39

Figura 6. Nomograma para viscosidades de lquidos a 1 atm(Perry 1999)

40

Figura 7. Viscosidades de lquidos. Coordenadas para el nomograma anterior(Perry 1999)

41

Tabla X. Propiedades termofsicas del tolueno (NIST ChemistryWebbook 2011)

practica medidores de flujo

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