ALUMNO: Gisella Macías PARALELO: 105

APARATO MEDIDOR DE FLUJOPRÁCTICA #3.

Laboratorio de Instrumentación BásicaFacultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)

ESPOL, Guayaquil01/12/2015

ABSTRACT: The practice involves applying knowledge about the properties of an incompressible fluid through a flow measuring apparatus composed by a Venturi tube, nozzle, orifice plate meter and a rotameter, the objective is to obtain the coefficient of discharge of these meters by height measurements provided by the multubular meter which is connected to the different gauges and thus applying the principle of Bernoulli, also the flowmeter, Venturi, orifice plate and nozzle calibration curves were obtained.

Keywords: incompressible fluid, flowmeter, Venturi, orifice plate and nozzle.

RESUMEN: La práctica consiste aplicar los conocimientos acerca de las propiedades de un fluido incompresible a través de un aparato medidor de flujo compuesto por un tubo Venturi, una tobera, un medidor de placa orificio y un rotámetro, el objetivo es obtener el coeficiente de descarga de estos medidores a través de medidas de altura proporcionadas por el medidor multubular el cual está conectado a los distintos medidores y de esta manera aplicar el principio de Bernoulli, además se obtuvó las curvas de calibración del rotámetro, Venturi , placa orificio y tobera.

Palabras clave: Fluido incompresible, Rotámetro, Placa orificio, Tobera.

I. INTRODUCCIÓN

Los medidores de flujo tienen como objetivo determinar el caudal en volumen de fluido (volumen/tiempo) o en masa de fluido (masa/tiempo) que pasa a través de una tubería, en esta práctica se va a utilizar una aparato compuesto por medidores volumétricos (Presión diferencial), estos aparatos se basan en la aplicación de la ecuación de Bernoulli cuando existe un cambio de sección tranversal en una tubería por donde pasa el fluido, dentro de esta clasificación se encuentra el tubo venturi, la tobera y la placa orificio.El tubo venturi: “Es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido (ver figura1). En esencia, consta de una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro ó instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y hace posible calcular el caudal instantáneo”. (Electrónico)

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Figura 1. Aplicación del principio de Bernoulli en el medidor de Venturi

Tobera: Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta. Debido a la contracción pareja y gradual, existe una pérdida muy pequeña. (Electrónico)

La placa orificio: Consiste en una placa perforada que se instala en la tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de la cual fluye el fluido.El orificio es normalizado, la característica de este borde es que el chorro que éste genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio. El orificio de la placa puede ser: concéntrico, excéntrico y segmentada. (Arteaga Espinoza & CoronaLuna, 2010)

Rotámetros: Es un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal. (Arteaga Espinoza & Corona Luna, 2010)

El proceso del fluido en la práctica, consiste en agua que entra al aparato por el extremo inferior izquierdo y fluye primeramente a través del Venturis, a continuación por la expansión brusca (Tobera), Orificio y finalmente por el Rotámetro (fig. 2). Al salir del Rotámetro, el agua pasa por una válvula de control conectada al tanque de pesaje, el cual está en el interior de un Banco Hidráulico que entrega agua al aparato medidor de flujo utilizando una bomba instalada en el Banco.

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Figura 2. Diagrama del aparato medidor de flujo

II. OBJETIVOS

1. Aplicación de la ecuación de Bernoulli a fluido incompresible2. 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 (altura del Rotámetro)].

III. MATERIALES Y EQUIPOS

1. Un tanque de pesaje y cronómetro.2. Un medidor Venturis.3. Una Tobera (Difusor).4. Un medidor de Placa de Orificio.5. Un Rotámetro.

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IV. PROCEDIMIENTO

1. Accionar el pulsador para prender la bomba hidráulica del equipo.

2. Extraer el aire de los tubos manométricos por flexión de la tubería y presurizar el banco de tubos manométricos.

3. Ajuste la válvula de suministro hasta que el flotador del Rotámetro se encuentre en la parte superior ( 24 cm. de la escala).

4. 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.

5. Repita el paso 3 para diferentes razones de flujo (diferentes niveles del rotámetro).

V. TABLA DE DATOS

ha

(mm)hb

(mm)hc

(mm)hd

(mm)he

(mm)hf

(mm)Y (cm) Cantidad

de Agua (Kg.)

T (seg.)

353 85 310 324 339 39 22,8 15 38.9358 108 317 329 343 65 22 15 41.97360 135 325 336 350 97 21 15 43.35363 157 332 340 355 120 20 15 44.54366 182 339 346 357 153 19 15 46.77368 195 340 350 359 170 18 15 50.97373 220 350 357 365 195 17 15 53.38260 115 235 244 253 94 16 15 57276 151 257 262 268 134 15 15 59.44286 178 269 274 280 162 14 15 63

VI. CALCULOS REPRESENTATIVOS

h2=hb=85 mmh1=ha=353 mmD2=16 mmD1=26mm

Encontramos V2 usando la Ec.1:

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V 2=√ 2×9 .8×(h2−h1)

( A2A1

)2−1

V2= 2.9 m/s

El Flujo másico teórico o medido quedaría, usando la Ec.2:ṁteórico = A2 V2

ṁteórico = 1000 π∗0.0162

4 *2.9

ṁteórico = 0.584 kg/s

El flujo másico real lo obtenemos dividiendo la cantidad de agua (15 kg) para el tiempo T:

mreal tanque=15

38.9

mreal tanque=0.386

Y finalmente el coeficiente de descarga:

Cd=mreal tan que

mteórico=0 . 386

0 .584=0 . 661

VII. TABLA DE RESULTADOS

Venturi

ha (mm) hb (mm) V2 (m/s) ṁteórico (Kg/s)

353 85 2,908 0,584358 108 2,808 0,564360 135 2,664 0,536363 157 2,549 0,512366 182 2,409 0,484368 195 2,336 0,470373 220 2,197 0,442260 115 2,139 0,430276 151 1,986 0,399286 178 1,846 0,371

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Cantidad de Agua (Kg.)

T (seg.) ṁreal tanque (kg/s)

15 38,9 0,38615 41,97 0,35715 43,35 0,34615 44,54 0,33715 46,77 0,32115 50,97 0,29415 53,38 0,28115 57 0,26315 59,44 0,25215 63 0,238

ṁteórico (Kg/s) ṁreal tanque (kg/s) Cd

0,584 0,386 0,6610,564 0,357 0,6330,536 0,346 0,6460,512 0,337 0,6580,484 0,321 0,663

0,47 0,294 0,6260,442 0,281 0,636

0,43 0,263 0,6120,399 0,252 0,6320,371 0,238 0,642

La ecuación de regresión esṁ real tanque (kg/s) = - 0,02519 + 0,6943 ṁ teórico (Kg/s)

Cd = 0,6943

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TOBERA

hc (mm) hd (mm) V2 (m/s) ṁteórico (Kg/s)

310 324 0,310 0,634317 329 0,287 0,587325 336 0,275 0,562332 340 0,235 0,479339 346 0,220 0,448340 350 0,262 0,536350 357 0,220 0,448235 244 0,249 0,508257 262 0,186 0,379269 274 0,186 0,379

ṁteórico (Kg/s) ṁreal tanque (kg/s) Cd

0,634 0,386 0,608832810,587 0,357 0,608177170,562 0,346 0,615658360,479 0,337 0,703549060,448 0,321 0,716517860,536 0,294 0,548507460,448 0,281 0,627232140,508 0,263 0,517716540,379 0,252 0,664907650,379 0,238 0,62796834

La ecuación de regresión esṁ real tanque (kg/s) = 0,06930 + 0,4802 ṁ teórico (Kg/s)Cd= 0,4802

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he (mm) hf (mm) V2 (m/s) ṁteórico (Kg/s)

339 39 2,636 0,828343 65 2,538 0,797350 97 2,421 0,761355 120 2,333 0,733357 153 2,174 0,683359 170 2,092 0,657365 195 1,984 0,623253 94 1,919 0,603268 134 1,762 0,553280 162 1,653 0,519

La ecuación de regresión esṁ real tanque (kg/s) = - 0,01177 + 0,4725 ṁ teórico (Kg/s)

Cd = 0,4725

VIII. GRÁFICAS

ṁteórico (Kg/s)

ṁreal tanque (kg/s) Cd

0,828 0,386 0,4660,797 0,357 0,4480,761 0,346 0,4550,733 0,337 0,4600,683 0,321 0,4700,657 0,294 0,4470,623 0,281 0,4510,603 0,263 0,4360,553 0,252 0,4550,519 0,238 0,458

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0,600,550,500,450,40

0,40

0,35

0,30

0,25

S 0,0075825R-cuad. 97,9%R-cuad.(ajustado) 97,6%

ṁ teórico (Kg/s)

ṁ re

al ta

nque

(kg/

s)Curva de calibración de Venturis.

ṁ real tanque (kg/s) = - 0,02519 + 0,6943 ṁ teórico (Kg/s)

Figura 3: Curva de calibración de Venturis.

0,650,600,550,500,450,40

0,400

0,375

0,350

0,325

0,300

0,275

0,250

S 0,0290901R-cuad. 69,1%R-cuad.(ajustado) 65,3%

ṁteórico (Kg/s)

ṁ re

al ta

nque

(kg/

s)

Curva de calibración de la Toberaṁ real tanque (kg/s) = 0,06930 + 0,4802 ṁteórico (Kg/s)

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Figura 4. Curva de calibración de la ToberaFigura 5. Curva de calibración de la placa orificio

0,4000,3750,3500,3250,3000,2750,250

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

S 0,338834R-cuad. 98,9%R-cuad.(ajustado) 98,7%

ṁ real tanque (kg/s)

Y (c

m)

Curva de calibración del rotámetroY (cm) = - 0,0745 + 60,34 ṁ real tanque (kg/s)

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Figura 6. Curva de calibración del rotámetro

IX. ANALISIS DE RESULTADOS

X. CONCLUSIONES

XI. RECOMENDACIONES

XII. BIBLIOGRAFIA