APARATO MEDIDOR DE FLUJO PRÁCTICA #3

Laboratorio de Instrumentación Básica
Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)
ESPOL, Guayaquil
3/12/2015

ABSTRACT

In this practice was applied the Bernoulli's equation to an incomprehensible flow (water), to implement this praxis a hydraulic bench and a flow meter consisting of a Venturi meter, a diffuser nozzle, an orifice plate meter and rotameter was used, to which, they were determined and compared them discharge coefficient. For this, a data collection of 10 runs was recorded. Further, calibration curves of the respective meters used, wherein the slope of the curves represent discharge coefficient was performed.

Keywords: discharge coefficient, hydraulic bank, Bernoulli's principle

RESUMEN

En esta práctica se aplicó la ecuación de Bernoulli a un flujo incomprensible (agua), para la ejecución de esta praxis se utilizó un banco hidráulico y un medidor de flujo compuesto de un medidor Venturi, una tobera difusora, un medidor placa orificio y rotámetro, a los cuales, se les determinó y se les comparó el coeficiente de descarga. Para esto, se registró una toma de datos de 10 corridas. Además, se realizó las curvas de calibración de los respectivos medidores utilizados, en donde, la pendiente de las curvas representan los coeficientes de descarga. Palabras clave: coeficiente de descarga, banco hidráulico, teorema de Bernoulli

I. INTRODUCCIÓN Principio de Bernoulli
El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:
Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.
Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.
La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.

Dónde:
V = velocidad del fluido en la sección considerada. ρ = densidad del fluido.
P = presión a lo largo de la línea de corriente. g= aceleración gravitatoria z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

Tubo de Venturi
El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido que va a pasar al segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).
El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

Tobera
Es un dispositivo que convierte la energía potencial de un fluido (en forma térmica y de presión) en energía cinética. Como tal, es utilizado en turbo máquinas y otras máquinas, como inyectores (dispositivo utilizado para bombear fluidos). El aumento de velocidad que sufre el fluido en su recorrido a lo largo de la tobera es acompañado por una disminución de su presión y temperatura, al conservarse la energía
Placa Orificio
La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lámina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se fabrica de acero inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al espacio interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje, el espesor del disco depende del tamaño de la tubería y la temperatura de operación, en la cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se coloca perpendicular a la tubería y el borde del orificio, se tornea a escuadra con un ángulo de 900 grados, al espesor de la placa se la hace un biselado con un chaflán de un ángulo de 45 grados por el lado de baja presión, el biselado afilado del orificio es muy importante, es prácticamente la única línea de contacto efectivo entre la placa y el flujo, cualquier rebaba, ó distorsión del orificio ocasiona un error del 2 al 10% en la medición, además, se le suelda a la placa de orificio una oreja, para marcar en ella su identificación, el lado de entrada, el número de serie, la capacidad, y la distancia a las tomas de presión alta y baja.
El medidor Placa-Orificio se sigue usando debido a que es económico y fácil de instalar, en cambio del Venturi es costoso y cuidadosamente diseñado. Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente mientras que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.
Rotámetro
| Este consiste en un flotador cilíndrico, más denso que el fluido, colocado dentro de un tubo cónico vertical con el área menor abajo y el área mayor arriba. Al pasar el flujo de abajo hacia arriba levanta el flotador con lo cual la posición de este será proporcional al flujo |

Flujo másico
Es en física la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Matemáticamente es la diferencial de la masa con respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos (tuberías, toberas, turbinas, compresores, difusores, etc.) actúan sobre un fluido que lo atraviesa. Su unida es el kg/s.
Coeficiente de descarga
El coeficiente de descarga es un factor adimensional característico de la válvula, que permite calcular el caudal (Q) con el que desembalsa una válvula en función del nivel del fluido en el embalse o reserva (Δh).

(Líquidos)
Q: Caudal
Δh: Diferencia de altura
D: Diámetro tubería
C: Coeficiente de descarga g: gravedad

II. OBJETIVOS

1. Aplicación de la ecuación de Bernoulli a fluido incompresible 2. Comparación de la medición de flujo empleando: a) Un tanque de pesaje y cronómetro. b) Un medidor Venturis. c) Una Tobera (Difusor). d) Un medidor de Placa de Orificio. e) Un Rotámetro. 3. Obtener el coeficiente de descarga del Venturis, Tobera y Placa Orificio. 4. Obtener la curva de calibración del Venturis, Placa Orificio, Tobera y Rotámetro. En el cual se grafica (mmedidor vs mtanque), para los medidores de obstrucción, y, en el caso del Rotámetro [mtanque vs Y (Flujo másico del Rotámetro)].

III. MATERIALES Y EQUIPOS

* Flujo incomprensible: Agua * Aparato medidores de flujo, Marca TECQUIPMENT , Serie 207, Modelo H-10 * Banco Hidráulico Marca TECQUIPMENT , Serie 203, Modelo H-2 * Tobera * Venturi * Rotámetro * Placa orificio * Cronómetro

IV. PROCEDIMIENTO

1. Accionar el pulsador para prender la bomba hidráulica del equipo. 1. Extraer el aire de los tubos manométricos por flexión de la tubería y presurizar el banco de tubos manométricos. 1. Ajuste la válvula de suministro hasta que el flotador del Rotámetro se encuentre en la parte superior ( 24 cm. de la escala). 1. Tomar las lecturas de los niveles manométricos (ha, hb, hc, hd, he, hf); nivel del Rotámetro; cantidad de agua almacenada en el tanque de pesaje para un cierto tiempo. 1. Repita el paso 3 para diferentes razones de flujo (diferentes nivel del rotámetro).

V. TABLA DE DATOS

VI. CALCULOS REPRESENTATIVOS V2=2g(h2-h1)A2A12-1 mTeórico=ρQTeóricoQTeórico=A2V2 A=πr2 mReal o tanque=mH2Ot
Tobera
Tobera
Venturi
Venturi

Placa orificio
Placa orificio

A1 | 0,00204282 | A2 | 0,00031416 |

Rotámetro
Rotámetro

VII. TABLA DE RESULTADOS
Venturi
Tobera
Placa orificio
Rotámetro
Venturi
Tobera
Placa orificio
Rotámetro

VIII. 26 mm
26 mm
GRÁFICAS
Gráfica # 1 Curva de calibración de Venturi
Gráfica # 1 Curva de calibración de Venturi

Gráfica # 2 Cura de calibración de la tobera
Gráfica # 2 Cura de calibración de la tobera

Gráfica # 3 Curva de calibración de la placa orificio
Gráfica # 3 Curva de calibración de la placa orificio

Gráfica # 4 Curva de calibración del rotámetro
Gráfica # 4 Curva de calibración del rotámetro

IX. ANALISIS DE RESULTADOS

X. CONCLUSIONES XI. RECOMENDACIONES

XII. BIBLIOGRAFIA

* http://www.valvias.com/coeficiente-de-descarga.php * Guía de Laboratorio de Instrumentación Básica del Ing. Jorge Roca. * http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/djean/index_archivos/INST_Flujo/medidoresflujovolumetrico/rotametro.html *