Lab3. Medidores de Venturi y Orificio

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Medidores de Venturi y Orificio

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medidores de flujo de fluido

LABORATORIO N3 medidores de flujo de fluido

ContenidoRESUMEN2I.INTRODUCCION.2II.MATERIALES Y METODOS.32.1.Materiales y equipos.32.2.Mtodos.3III.RESULTADOS.103.1.En el medidor d Venturi10COEFICIENTE DE VENTURI11COEFICIENTE DE ORIFICIO.131.Calculo de la cada de presin temporal a diferente radio.132.Determinar el caudal en cada lectura del rotmetro.133.Determinar la velocidad a diferentes caudales.144.Calcular el coeficiente de orificio.155.Calculo de la presin permanente PP.15IV.CONCLUSIONES.17V.BIBLIOGRAFICA.17VI.ANEXOS.18

RESUMEN

El tercer trabajo de laboratorio consisti en mostrar a los alumnos la operacin de los medidores de orificio, Venturi y se analiz la variacin de descarga del orificio con el nmero de Reynolds. Para tal experimento se tuvo conocimiento sobre el uso de la calibracin del rotmetro (practica n1), pues es muy importante con el cual se trabaj a niveles de 50,100.150 y 200, donde se obtuvo diferentes alturas con ayuda al mercurio y una regla milimetrada y estos datos aplicados para la obtencin de energa suministrada o potencial y finalmente poder realizar una grfica en funcin del caudal.

I. INTRODUCCION.En la actualidad la medicin del flujo es la variable ms importante en la operacin de una plata, sin esta medida el balance de materia, el control de calidad y la operacin misma de un proceso continuo serian casi imposible de realizar.Existen muchos mtodos confiables para la medicin de flujo, uno de los ms comunes es el que se basa en la medicin de las cadas de presin causadas por la insercin, en la lnea de flujo, de algn mecanismo que reduce la seccin: al pasar el fluido a travs de la reduccin aumenta su velocidad y su energa cintica; las placas de orifico y el Venturi estudiados en esta prctica perteneces a esta clase.Objetivos:_Determinar para los medidores de orificio y Venturi las constantes Cv Y Co._ Determinar la energa consumida o potencial y la perdida permanente de presin relativa y el nmero de Reynolds._ Graficar y analizar P=f (Q); pp/p = f (Q) adems, determinar la constante Co=f (Re) y Cv= f (Re).II. MATERIALES Y METODOS.2.1. Materiales y equipos._ Regla milimetrada._ Rotmetro_ Medidor de orificio._ Medidor de Venturi.2.2. Mtodos.Fundamento de OrificioSon dispositivos que consisten en una reduccin en la seccin de flujo de una tubera, de modo que se produzca una cada de presin, a consecuencia del aumento de velocidad.

Haciendo un balance de energa entre el orificio (punto 1) y la seccin posterior al orificio (punto 2), despreciando las prdidas por friccin tenemos:(1)Para un fluido incompresible y de la ecuacin de continuidad:.. (2)Sustituyendo 2 en 1:.. (3)Despejando V1 y sabiendo que D1= Orificio.. (4)En caso de que consideren las prdidas de friccin, es necesario agregar el coeficiente de orificio Co, teniendo lo siguiente:.. (5)Siendo V1: velocidad en el orificio.Si se requiere conocer el caudal:.. (6)Co: Coeficiente de orificio o coeficiente de descarga para el caudal. Este coeficiente vara entre 0.6 y 0.62 para orificios concentrados de bordes afilados y si el nmero de Reynolds es mayor de 20000 y si la toma posterior est en la vena contracta.Do: Dimetro de orificio.D2: Dimetro de la tubera.

Fig. 2. Coeficiente de descarga para orificios y rotmetros.Usualmente el dimetro del orificio esta entre 50 y 76 % del dimetro de la tubera. La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente a un dimetro de la tubera de la cara del orificio y la de corriente abajo a una distancia de 0.5 del mismo dimetro D2.En los medidores instalados la manera ms simple de obtener la cada de presin consiste en el empleo de un manmetro diferencial en U.La prdida de carga o prdida permanentes por friccin se obtienen por:.. (7)Para gases la ecuacin debe modificarse mediante un factor emprico que, para el caso de comportamiento ideal es:.. (8)Siendo K la relacin de las capacidades calorficas a presin y volumen constantes... (9)

Por lo tanto: .. (10)Las ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presin estn situadas en las bridas, 1 dimetro de la tubera antes de la placa y 0.5 dimetro despus, si la toma posterior est situada despus de la vena contracta se utiliza un factor K que es funcin de la relacin para Reynolds mayores de 20 000.

Donde:.. (11)Tubo VenturiEste medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de Venturi por el cientfico italiana que fue el primero en experimentar en tubos divergentes.Este medidor es el ms exacto teniendo una mnimo perdida de presin permanente y permitiendo el paso de 1.6 veces ms el flujo que la placa de orificio. El aparato est formado por tres secciones principales, una convergente con Angulo menor a 7, una seccin intermedia que constituye la garganta o estrechamiento y una divergente.

La ecuacin para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un medidor de orificio... (12)V1: Velocidad en la garganta.D1: Dimetro de la garganta.D2: Dimetro de la tubera.Cv: Coeficiente de descarga; su valor medio es de 0.98.Las prdidas de presin no recuperables son del 10 % de la cada de presin marcada en el manmetro diferencial.

Existen otros medidores de flujo como:RotmetroConsiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente en un tubo vertical ligeramente cnico con el extremo de menor dimetro en la parte inferior.El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente sobre la base del flotador; al subir el flotador permite que pase una determinada cantidad de flujo por el rea anular, rea formada entre el flotador y la pared del tubo y ser tal que la cada de presin en ese estrechamiento baste para equilibrar la fuerza de gravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario en algn punto del tubo.La prdida de presin se mantiene constante sobre el intervalo completo del flujo.Entonces para cada flujo. El flotador alcanza una altura determinada. El tubo cnico lleva grabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el porcentaje del flujo mximo. Los rotmetros no necesitan tramos rectos de tubera antes y despus del punto donde se instalan.

La ecuacin correspondiente al flujo o caudal (Ca) viene dada por:.. (14)Cada magnitud tiene el significado indicado en la figura anterior y K es el coeficiente rotmetro.Generalmente el rotmetro se calibra con el fluido para el cual se emplear como medidor del caudal. Sin embargo, si se calibra con un fluido A de densidadrAy despus se emplea para medir el caudal de otro fluido B derB, la relacin de caudales viene dada por:.. (15)

III. RESULTADOS.3.1. En el medidor d VenturiTabla N1. Datos calculados, de la variacin de alturas.Tuberas (m)

LR.R(m)R (m)9 a 109 a 1112 a 1312 a 14

500.0090.00850.010.0140.0080.003

1000.02650.02050.0290.0340.0240.007

1500.0560.03950.0640.0650.0480.014

2000.0890.0590.0980.0940.080.024

Fuente: Datos experimentales.Tabla N2: Datos y respuestas totales, despus del clculo.LR.R(mm)R (mm)Q(mL/s)Q (m3/s)V(m/s)

5098.5936.520.000936520.061554034

10026.520.51682.670.001682670.110595744

1505639.52428.820.002428820.159637453

20089593174.970.003174970.208679163

Fuente: Datos Hipotticos.Tabla N3: Dato tabulados y calculadosP(Kpa)PP (Kpa)V(m/s)CvPP/PP(w)NrRe.

1.2301.0460.0620.9850.850979.2119.16321E-06

3.5672.5220.1110.7530.7074243.1971.64638E-05

7.8734.8590.1600.5230.61711801.3812.37643E-05

12.0557.2580.2090.8320.60223042.6313.10649E-05

Fuente: Datos Experimentales.

T = 24CH2O = 998 Kg/m3Hg = 132.8KN/ m3C = 1.02x10-6m2 /sH2O = 9.79 KN/ m3COEFICIENTE DE VENTURIDe la ecuacin:v= 0.599 / 0.995 v= 23.58m / 39,17 mv = 0.60v2 = 0.36v4 = 0.13P = R (Hg H2O )PR = R (Hg H2O)P = PPxQNre = De la prctica 1: Para la calibracin del rotmetro se obtuvo la siguiente ecuacin:y = 14.923x + 190.37Q= 14.923(LR) + 190.37Calculando el rea:A= = = 0.00016505Reemplazando la lectura del rotmetro para cada experimento obtenemos los diferentes caudales (m3/s).Obteniendo los diferentes caudales y el rea en los puntos, hallamos su velocidad.Grafica N1.Relacion entre el Caudal y el Potencial de energa.

Fuente: Datos de segunda y tercera tabla.Grafica N2: Relacin entre el nmero de Reynolds y El coeficiente de Venturi.

Fuente: Datos de la tercera tabla.

COEFICIENTE DE ORIFICIO.P = R (Hg H2O )

Hg = 132.8KN/ m3H2O = 9.79 KN/ m3T = 24C1. Calculo de la cada de presin temporal a diferente radio.

R= 8mm P = 0.98408 R= 24mm P = 2.95224 R= 48 mm P = 5.90448 R= 80 mm P = 9.8408

2. Determinar el caudal en cada lectura del rotmetro.De la practica obtuvimos en una ecuacin lineal Q= a (LR) + b (m3/s).Donde a =14.923 y b = y =190.37 LR= 50. Q= 936.52 m3/s LR= 100.Q= 1682.67 m3/s LR= 150.Q= 2428.82 m3/s LR= 200Q= 3174.97 m3/s3. Determinar la velocidad a diferentes caudales.Q = v*ADonde el rea:D= 14,5 mm

El rea es constante: A= 1. 6513 m2 Q= 936.52 m3/sV= 567.1410404 m/s Q= 1682.67 m3/sV= 1018.997154 m/s Q= 2428.82 m3/sV= 1470.853267 m/s Q= 3174.97 m3/sV= 1922.70938 m/s

4. Calcular el coeficiente de orificio.

= 998 Kg/m34 = 0.584 = 0.113 V= 567.1410404 m/s 0.98408Co = 12027.8487 V= 1018.997154 2.95224 Co= 12476.9727 V= 1470.853267P= 5.90448Co= 12734.7553 V= 1922.70938P= 9.8408Co= 12894.6787

5. Calculo de la presin permanente PP.PP= R (Hg H2O) R= 3 mm PP= 0.36903 KPa

R= 7mm

PP= 0.86107 kPa R= 14 mmPP= 1.72214 KPa R= 24 mm PP= 2.95224 kPaTabla N4. Datos calculados para los medidores de orificioLR.RRPVCoPPQ (m3/s)PP/P

50.008.003.000.98567.1412027.850.37936.520.38

100.0024.007.002.951019.0012476.970.861682.670.29

150.0048.0014.005.901470.8512734.761.722428.820.29

200.0080.0024.009.841922.7112894.682.953174.970.30

Fuente: Datos experimentales.Grfico N3: Relacin Energa consumida y el caudal de orificio.

Fuente: Datos de cuarta tabla.IV. CONCLUSIONES. Despus de haber realizado los clculos correspondientes a la prctica, se obtuvo que un coeficiente de venturi en promedio fue de 0.773, comenzando con datos a descender y finalmente hacienden, el cual nos da el indicio del error experimental hallado. En el caso de la potencia se puede observar claramente el incremento considerable segn el caudal correspondiente y la cada de presin permanente, siendo su valor promedio 10016.605. Los nmeros de Reynolds, podemos observar que estamos trabajando con altos valores, lo cual nos indica que estamos frente a un flujo turbulento.V. BIBLIOGRAFICA. Mott, Robert. Mecanica de los Fluidos. Cuarta Edicin. Prentice Hall. Mxico, 1996. Bolinaga, Juan. Mecanica elemental de los fluidos. Fundicin Polar. Universidad Catlica Andr. Caracas, 1992.

VI. ANEXOS.

Fig.1. Equipo de medidores de flujo (Medidor de Venturi y orificio).

Fig.2. Equipo para medir flujos de fluidos. Fig. 3. Medicin del R y R

pg. 10