Aparato Medidor de Flujojulio Naranjo Informe
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ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
APARATO MEDIDOR DE FLUJO
PRÁCTICA #3
Laboratorio de Instrumentación Básica
Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)
ESPOL, Guayaquil
25/11/2015
ABSTRACT
At the beginning a short evaluation of the learned to the previous practice (deadweight), in practice they discussed the instruments flow measurement and what they then proceeded to get the data using the manual was made to calculate discharge coefficients using the equation obtained from the conserva-tion of energy and flow in order to obtain an equation that helps us calculate the speed, which will help us calculate the volumetric flow and mass flow later. The test bench allows familiar with some typical methods of measuring flow of an incompressible fluid, the same applications showing the Bernoulli equation. Measuring the flow is done using a direct method; in this case the weighing tank and timer, and an indirect method through a venturi, nozzle, orifice and a rotameter connected in series.
KEYWORDS
• Nozzle
• Venturi
• Plate hole
• Flow
• discharge coefficient
• Rotameter
• Energy conservation
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
RESUMEN
Al inicio se tomó una corta evaluación de los aprendido hasta la práctica anterior(pesos muertos), En la práctica se conversó de los instrumentos de medición de caudal y para qué sirven, luego se procedió a obtener los datos siguiendo las instrucciones del manual para calcular los coeficientes de descarga usando las ecuación obtenidos a partir de la conservación de la energía y caudal para poder obtener una ecuación que nos ayuda a calcular la velocidad, la cual nos ayudara calculando el flujo volumétrico y posteriormente el flujo másico. El banco de prueba permite familiarizarse con algunos de los métodos típicos de medición de flujo de un fluido incompresible, al mismo que muestra las aplicaciones de la ecuación de Bernoulli. La medición del flujo se la hace utilizando un método directo; en este caso tanque pesaje y cronómetro, y un método indirecto a través de un Venturi, Tobera, Orificio y un Rotámetro conectados en serie.
PALABRAS CLAVES
Tobera
Venturi
Placa orificio
Caudal
Rotámetro
Coeficiente descarga
Conservación de la energia
Índice:
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
I. INTRODUCCIÓN
II. OBJETIVOS
III. MATERIALES Y EQUIPOS
IV. PROCEDIMIENTO
V. TABLA DE DATOS
VI. CALCULOS REPRESENTATIVOS
VII. TABLA DE RESULTADOS
VIII. GRÁFICAS
IX. ANALISIS DE RESULTADOS
X. CONCLUSIONES
XI. RECOMENDACIONES
XII. BIBLIOGRAFIA
Introducción
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
En la practica se estudio los medidores volumétricos los cuales miden presiones diferenciales, de
acuerdo a este principio de funcionamiento se aplico la ecuación de bernoulli para poder obtener el
coeficiente de descarga a partir de los datos recolectados de 10 mediciones, que se obtuvieron de
utilizando el método directo que consiste en un tanque pesaje y cronometro y método indirecto a través
de un venturi, tobera, orificio y un rotámetro conectados en serie, en objetico es calcular las perdidas en
cada uno de estos elementos conectados en serie.
Objetivos
Aplicación de la ecuación de bernoulli a fluido incompresible
Comparación de la medición de flujo empleado:
o Un tanque de pesaje y cronometro
o Un medidor venturi
o Una tobera(difusor)
o Un medidor de placa de orificio
o Un rotámetro
Obtener el coeficiente de descarga del venturi, tobera y placa orificio
Obtener la curva de calibración del venturi, tobera y placa orificio, tobera y rotámetro. En el
cual se grafica la masa del tanque vs la masa de medidor, para los medidores de obstrucción, y
en el caso del rotámetro graficar la masa del tanque vs la altura Y del rotámetro.
Materiales y equipos
banco de prueba
medidor venturimulti-tubular
cronometro
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
Figura 1: Diagrama del banco de prueba o el aparato medidor de flujo.
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
Figura 2: banco de prueba o banco hidraulico
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
Figura 3: instrumento de medición rotametro
Figura 4: estanque de llenado con su respectivo mecanismo de palanca y peso muerto
Procedimiento
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
Conectar el equipo y accionar el pulsador para prender la bomba hidráulica
Extraer el aire de los tubos manométricos por flexión de la tubería y presurizar el banco de
tubos manométricos
Ajuste la válvula de suministro hasta que el flotador del Rotámetro se encuentre en la parte
superior aproximadamente unos 24 cm en la escala
Tomar las lecturas de los niveles manométricos Ha, Hb,…,Hf respectivamente; nivel del
Rotámetro; cantidad de agua almacenada en el tanque de pesaje para un cierto tiempo
Repita el paso 3 para diferentes razones de flujo (diferentes nivel del rotámetro)
Aplicar las formulas para obtener el coeficiente de descarga
m ideal = A2 V2
mactual=KA 2 √2( p1−p2)/ ρ m actual = K A2 [2 (p1 – p2)/](1/2)
K= C / (1- ß4)(1/2)
p1
γ 1+V
12
2 g+h1=
p2
γ2+V
22
2g+h2
A1V 1=A2V 2
Qideal=k √h1−h2
Cd=
QrealQideal
C= m actual / m ideal
ß = d / D = (A2 / A1)(1/2)
Donde:
m ideal, actual:Flujo másico ideal y actual. [ Kg/s]
A2 y V2: Condiciones en la salida de los medidores. [m2], [m/s]
: Densidad del fluido. [Kg/m3]
K: Coeficiente de flujo.
ß:Relación de diámetros.
C:Coeficiente de descarga.
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D y d: Diámetro de entrada y salida respectivamente. [m]
p1, p2: Presionesde entrada y salida. [ Pa]
Tabla datos
ha
(mm)
hb
(mm)
hc
(mm)
hd
(mm)
he
(mm)
hf
(mm)
Y
(cm)
Cantidad de
Agua (Kg.)
T
(seg.)
360 100 310 320 335 60 22 15 40.7
345 123 310 320 335 85 21 15 43.3
340 140 323 334 352 105 20 15 44.4
362 173 329 340 350 142 19 15 47.4
362 190 334 341 351 162 18 15 50.6
356 203 324 335 348 180 17 15 54.21
355 215 330 335 340 190 16 15 56.8
349 225 330 335 340 205 15 15 60.4
343 235 327 332 339 218 14 15 64.1
342 245 327 330 336 231 13 15 67.9
337 252 324 327 334 242 12 15 73
Tabla1: datos observados en el medidor de venturimulti-tubular, ratametro y tiempo de llenado del
estanque.
Cálculos representativos
Calculo de CD de venturi: se va a calcular el primer coeficiente y de ahí solo se registraran los
resultados en la tabla de resultados correspondiente.
D2=16mm
D1=26mm
Qteorico2=V 2∗A2=π (D2)
4∗√ 2(g)
(D1
D2)
4
−1∗(h2−h1)
Qteorico2=V 2∗A2=π (0.0262)
4 ∗√ 2(9.81)
(0.0160.026
)4
−1∗(0.1−0.36)
Qteorico2=4.09¿10−4m /s
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M real= 1540.7
M real=0.368 kg/ s
M teorico=4.09 ¿10−4(1000)
M teorico=0.409 kg/ s
CD=0.3680.409
CD=0.75
Calculo para el CD de la placa orificio:
De=51mm
Df=20mm
Qteorico2=V 2∗A2=π (Df )
4∗√ 2(g)
(DeDf
)4
−1∗(h f−he)
Qteorico2=V F∗A F=π (0.022)
4 ∗√ 2(9.81)
( 0.020.051
)4
−1∗(0.335−0.06)
Qteorico2=7.38 ¿10−4m/ s
M real= 1540.7
M real=0.368 kg/ s
M teorico=7.38 ¿10−4(1000)
M teorico=0.7385 kg/ s
CD= 0.3680.7385
CD=0. 5054
Calculo para el CD de la tobera
El coeficiente de descarga por efectos bidimensionales de la tobera se aplica la siguiente ecuación
obtenidas mediante ensayos:
CD=0.99844−0.0996 ℜ−0.2113564
Re se puede obtener a partir de
ó
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Donde:
: Densidad del fluido
Ds : Velocidad característica del fluido
D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del siste-
ma
μ: Viscosidad dinámica del fluido
V: Viscosidad cinemática del fluido (m²/s)
Entonces el coeficiente de descarga se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
CD=0.99844−0.0996 ¿
Se asume una temperatura de 20 grados para el coeficiente de viscosidad dinámica del agua (
=0.001003)
CD=0.99844−0.0996 ¿
CD=0.9199
CALCULOS EN EXCEL
MREAL 77,1703145 0,040971970,36855037
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0,346420320,33783784
0,31645570,296442690,276701720,264084510,248344370,234009360,220913110,20547945
0,36 0,1 0,31 0,32 0,335 0,060,345 0,123 0,31 0,32 0,335 0,085
0,34 0,14 0,323 0,334 0,352 0,1050,362 0,173 0,329 0,34 0,35 0,1420,362 0,19 0,334 0,341 0,351 0,1620,356 0,203 0,324 0,335 0,348 0,180,355 0,215 0,33 0,335 0,34 0,190,349 0,225 0,33 0,335 0,34 0,2050,343 0,235 0,327 0,332 0,339 0,2180,342 0,245 0,327 0,33 0,336 0,2310,337 0,252 0,324 0,327 0,334 0,242
360 100 310 320 335 60 22 15 40,7345 123 310 320 335 85 21 15 43,3340 140 323 334 352 105 20 15 44,4362 173 329 340 350 142 19 15 47,4362 190 334 341 351 162 18 15 50,6356 203 324 335 348 180 17 15 54,21355 215 330 335 340 190 16 15 56,8349 225 330 335 340 205 15 15 60,4343 235 327 332 339 218 14 15 64,1342 245 327 330 336 231 13 15 67,9337 252 324 327 334 242 12 15 73
CONSTANTE RAIZ
diametro area -22,9048363a 0,026 0,000530929 -
0,85658763,2848363
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5
b 0,016 0,0002010625,9729003
9 1,42129824
c 0,026 0,00053092913,804280
7d 0,051 0,002042821 0 -20,0952618
e 0,051 0,002042821
-0,9763495
6 -19,62f 0,02 0,000314159 -1
DIFRENCIA VENTU-RI
RAIZ CUADRA-DA Q TEORICO MTEORICO CD
-0,26 2,4403396150,0004906
6 0,490659390,7511328
1
-0,222 2,2549664430,0004533
9 0,4533879 0,7640705
-0,2 2,1403194290,0004303
4 0,430336750,7850545
7
-0,189 2,0806282850,0004183
4 0,418335140,7564645
4
-0,172 1,9848505850,0003990
8 0,399077890,7428191
2
-0,153 1,8720149450,0003763
9 0,376390940,7351444
7
-0,14 1,790719710,0003600
5 0,360045560,7334752
5
-0,124 1,6852892040,0003388
5 0,33884750,7329089
7
-0,108 1,5728071460,0003162
3 0,316231640,7399935
1
-0,097 1,4905600020,0002996
9 0,299694870,7371267
6
-0,085 1,3953175570,0002805
5 0,280545240,7324289
4
DIFERENCIA PORAIZ CUADRA-DA Q TEORICO MTEORICO CD
-0,275 2,322821560,0007297
4 0,729735910,5050462
2
-0,25 2,2147234590,0006957
8 0,695775890,4978906
7
-0,247 2,2013950120,0006915
9 0,691588640,4884953
5
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
-0,208 2,0201386090,0006346
5 0,634645260,4986339
9
-0,189 1,9256635220,0006049
7 0,604965040,4900162
3
-0,168 1,815532980,0005703
7 0,570366510,4851296
7
-0,15 1,7155174150,0005389
5 0,538945690,4900020
8
-0,135 1,6274827190,0005112
9 0,511288780,4857223
2
-0,121 1,5407855140,0004840
5 0,484052050,4834384
3
-0,105 1,4353048460,0004509
1 0,450914320,4899225
9
-0,092 1,3435177710,0004220
8 0,422078560,4868275
1
UN 0,001003DIFERENCIA TOBE-RA
RAIZ CUADRA-DA RE POTENCIA CD
0,01 0,1192182143,0904023
5 0,787829410,9199721
9
0,01 0,1192182143,0904023
5 0,787829410,9199721
9
0,011 0,1250371173,2412413
2 0,779934060,9207585
7
0,011 0,1250371173,2412413
2 0,779934060,9207585
7
0,007 0,0997451142,5856161
1 0,818091630,9169580
7
0,011 0,1250371173,2412413
2 0,779934060,9207585
7
0,005 0,0843000072,1852444
6 0,847704520,9140086
3
0,005 0,0843000072,1852444
6 0,847704520,9140086
3
0,005 0,0843000072,1852444
6 0,847704520,9140086
3
0,003 0,0652985051,6926830
8 0,894723970,9093254
9
0,003 0,0652985051,6926830
8 0,894723970,9093254
9
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
Tabla de resultados
CD venturi CD tobera CD placa
orificio
0,75113281 0,50504622 0,91997219
0,7640705 0,49789067 0,91997219
0,78505457 0,48849535 0,92075857
0,75646454 0,49863399 0,92075857
0,74281912 0,49001623 0,91695807
0,73514447 0,48512967 0,92075857
0,73347525 0,49000208 0,91400863
0,73290897 0,48572232 0,91400863
0,73999351 0,48343843 0,91400863
0,73712676 0,48992259 0,90932549
0,73242894 0,48682751 0,90932549
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
Gráfica
0,380,360,340,320,300,280,260,240,220,20
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
MREAL
MTE
ORIC
OCURVA DE CALIBRACION PLACA ORIFICIO
FIGURA 5: Curva de calibraciónVenturi, pendiente representa el coeficiente de descarga
0,380,360,340,320,300,280,260,240,220,20
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
MREAL
MTE
ORIC
O_1
CURVA DE CALIBRACION VENTURI
FIGURA 6: Curva de calibración Placa Orificio, pendiente representa el coeficiente de descarga
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
0,9250,9200,9150,9100,905
100
80
60
40
20
0
Mean 0,9164StDev 0,004473N 11
C1
Perc
ent
Empirical CDF of C1Normal
FIGURA 7: Curva empírica del coeficiente descarga de la tobera, pendiente representa el
coeficiente de descarga
222018161412
0,38
0,36
0,34
0,32
0,30
0,28
0,26
0,24
0,22
0,20
altura
MRE
AL
curva de calibracion del llenado del tanque
FIGURA 4: Curva de calibración del rotámetro
ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103
Análisis de resultados
Como se pudo observar en la graficas de calibración el coeficiente de descarga se comporta lineal en el
Venturi, placa orificio y el rotámetro, mientras que en la tobera sucede un fenómeno físico debido a los
efectos bidimensionales que ocurren dentro de la tobera, su coeficiente de descarga se comporta como
una exponencial, se puede inferir que los datos que se obtuvieron muestran un nivel de confianza de
más del 95% y el experimento salió como lo previsto antes de comenzar la práctica.
Conclusiones
El medidor de Venturi muli-tubular nos ayuda a calcular el coeficiente de descarga o la relación que
existe entre el flujo másico del medidor (instrumento de medición) y el flujo másico del tanque el cual
va variando a medida que se disminuye la altitud del rotámetro.
Recomendaciones
accionar el mecanismo de palanca de manera muy cuidadosa se puede averiar
tener en cuenta el aire que existe dentro de las mangueras de medidor de Venturi multi-tubular
tomar el tiempo de manera precisa para evitar errores en el calcula de la curva de calibración de
rotámetro
Bibliografía
Roca, Jorge. 16/11/2015 Medición de caudal. Diapositivas.
J. A. Cruz Maya, F. Sánchez Silva, G. Tolentino Eslava, A. Gómez Mercado, I. Carvajal
Mariscal. 2015. ESTUDIO ANALÍTICO DEL COEFICIENTE DE DESCARGA EN
TOBERAS SÓNICAS TOROIDALES ISO-9300.. En Laboratorio de Ingeniería
Térmica e Hidráulica Aplicada SEPI-ESIME-IPN-COFAA (1, 6) .: Av. IPN S/N
Edificio 5 – 3er. Piso. 07738 México, D.F. Tel. (5)729-6000 ext. 54783.