UNIVERSIDAD NACIONAL

“PEDRO RUIZ GALLO” FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

LABORATORIO DE ENERGÍA Y MÁQUINAS TÉRMICAS

CURSO

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA I

CATEDRÁTICO

ING.CIP. TEOBALDO JULCA OROZCO

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 4

MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

DATOS PERSONALES

MAXIDIANO ISIDRO CÉSPEDES GONZALES

2013- I 104010 - C

FECHA

04 – 11 - 2013

NOTA

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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ENSAYO N°4

MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

I. OBJETIVOS

Objetivo Principal:

- Comparar los valores de caudal teórico y real, obtenidos del rotámetro y de la cubeta

con el cronometro respectivamente. En el sirope de la planta piloto procesadora de

alimentos de la UNPRG.

Objetivos Específicos:

- Entender el funcionamiento de un rotámetro y de lo importante que es en una planta

industrial.

- Conocer el sistema de regulación del vapor que alimenta a la planta piloto.

II. DESCRIPCIÓN DE INSTRUMENTOS / EQUIPOS

Utilizamos los siguientes instrumentos:

- 1 Termómetro digital

Es un transductor que utiliza luego circuitos electrónicos para convertir en números

las pequeñas variaciones de tensión obtenidas, mostrando finalmente la

temperatura en un visualizador.

Con el cual se mide la temperatura de bulbo seco (TBS) y la temperatura de bulbo

húmedo (TBH).

- 1 Rotámetro Umrechnung MeBrohr Nr.b 66018

Un rotámetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto

volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen

colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse

medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros.

Existen versiones mecánicas y eléctricas. Un ejemplo de rotámetro eléctrico lo

podemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan para

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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determinar el caudal que está circulando o en las lavadoras para llenar su tanque a

diferentes niveles.

- 1 Cubeta graduada

- 1 Cronometro

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III. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

N° Posición del flotador (mm) Volumen(ml) Tiempo (seg)

ASC DES ASC DES ASC DES

1 90 90 500 500 8.24 9.04

2 100 100 500 500 8.05 7.51

3 110 110 500 500 6.61 6.48

4 120 120 500 500 5.04 5.03

5 130 130 500 500 4.99 4.86

6 140 140 500 500 4.00 4.36

7 150 150 500 500 3.73 3.63

8 160 160 500 500 3.15 3.32

9 170 170 500 500 2.79 2.86

10 180 180 500 500 2.56 2.65

Tomar en cuenta los siguientes datos:

Lugar: “Planta Piloto de Procesamiento de alimentos de la UNPRG”;

Fecha: 21/10/2013,

Hora de Inicio: 9:30 am. Hora Final: 10:30 am.

Tiempo de Duración: 1hora ; TBH: 23.6 °C; TBS: 27.5°C

Humedad Relativa promedio: aprox. 72 %; P. Atmosférica = 1014 mbar.

IV. DIAGRAMA E INSTRUMENTACIÓN

Sirope:

V. PROCEDIMIENTO

Mediante la manipulación de las válvulas en la tubería entonces el rotámetro

nos marcará la posición del flotador, cuando el agua circule por la tubería que

ingresa al sirope.

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Tomaremos medidas desde 90 mm hasta 180 mm , en intervalos de 10mm.

Con ayuda de un monograma comparamos el nivel del flotador con el caudal.

Así se obtendrá el caudal teórico.

Colocamos una cubeta graduada en la tubería que ingresa en el interior del

sirope, esperando que esta se llene hasta 500 ml de su capacidad. Controlando el

tiempo que tarde con un cronometro. Se obtendrá el caudal real.

Anotamos todos los valores en la tabla de datos experimentales, posteriormente

aplicar la teoría de errores, y graficar sus respectivas curvas.

Tomamos las condiciones ambientales ( TBH , TBS).

VI. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Conceptos Preliminares:

Fluido: Es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas

cohesivas débiles y/o las paredes de un recipiente; el término engloba a los

líquidos y los gases. Los fluidos se caracterizan por cambiar de forma sin que

existan fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual

constituye la principal diferencia con un sólido deformable).

Flujo Compresible e Incompresible: Un flujo se clasifica en compresible e

incompresible, dependiendo del nivel de variación de la densidad del fluido

durante ese flujo. La incompresibilidad es una aproximación y se dice que el

flujo es incompresible si la densidad permanece aproximadamente constante a

lo largo de todo el flujo. Por lo tanto, el volumen de todas las porciones del fluido

permanece inalterado sobre el curso de su movimiento cuando el flujo o el fluido

es incompresible. En esencia, las densidades de los líquidos son constantes y así

el flujo de ellos es típicamente incompresible.

El principio fundamental de los medidores de flujo es producir una

transformación de la mecánica de los fluidos, de energía de presión a velocidad

de flujo .La importancia de la medida del flujo de fluido que circula a través de

una tubería es el propósito fundamental del presente informe, siendo uno de los

aspectos más importantes en el control de proceso, de hecho, es una de las

variables más medidas. Existen muchos métodos confiables y precisos para

medir flujo, entre los instrumentos utilizados están los instrumentos de área

variable, trabajando para efectos de la práctica con el rotámetro, cuya calibración

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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es de gran utilidad para comprobar la efectividad del instrumento y su porcentaje

de error.

Agua: El agua es una sustancia cuya molécula está formada por

dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O).

Vapor de agua: Es un gas que se obtiene por evaporación o ebullición del agua

líquida o por sublimación del hielo. Es inodoro e incoloro. Muy enrarecido, el

vapor de agua es responsable de la humedad ambiental. En ciertas condiciones,

a alta concentración, parte del agua que forma el vapor se condensa y se forma

niebla o, en concentraciones mayores, nubes. Podemos también apreciar el vapor

de agua en nuestra exhalación en climas fríos y con alta humedad.

Vapor Saturado: El "vapor saturado" es vapor a la temperatura de ebullición

del líquido. Es el vapor que se desprende cuando el líquido hierve. Se obtiene en

calderas de vapor.

El vapor saturado se utiliza en multitud de procesos industriales difícil de señalar

de un vistazo, pues interviene en procesos físicos, químicos, etc en la obtención

de múltiples elementos. También es el método más efectivo y de menor costo

para esterilizar la mayoría de los objetos de uso hospitalario, mediante

autoclaves. Se utiliza el vapor saturado a presión atmosférica en la

hidrodestilación, que son procesos donde por ejemplo se obtiene el aceite

esencial de una planta aromática. En labores de limpieza con vapor. En la

pasteurizacion de alimentos y bebidas, etc. En sistemas de calefacción central

urbana (district heating). Etc.

Vapor sobrecalentado: El "vapor sobrecalentado" es vapor de agua a una

temperatura mayor que la del punto de ebullición. Parte del vapor saturado y se

le somete a un recalentamiento con el que alcanza mayor temperatura. También

se obtiene en las calderas de vapor pero que tienen secciones de recalentamiento

para el vapor haciendo pasar el vapor que se obtiene en la ebullición por tubos

expuestos a los gases calientes del proceso de combustión.

Se utiliza para mover maquinas (de pistones y turbinas). Aunque también se ha

usado el vapor saturado, el sobrecalentado tiene ventaja. Así que se usa en

locomotoras de vapor (con muy pequeño grado de recalentamiento),

accionamiento de barcos, generación eléctrica en centrales termoeléctricas tanto

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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convencionales como nucleares, centrales geotermicas, en las centrales llamadas

ciclos combinados.

También se utiliza en variados procesos industriales como por ejemplo el de

secado de la madera, destilación, obtención del coke, etc, etc.

Caudal: Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.

Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un

área dada en la unidad de tiempo.

ROTÁMETRO

Un rotámetro es un medidor de caudal en tuberias de área variable, de caída de presión

constante.

Funcionamiento del Rotámetro:

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 suficiente

para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio (para presiones bajas; y de metal

para presiones altas) y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del

flotador indica el gasto o caudal.

Fundamento del Rotámetro: El funcionamiento de este instrumento está basado en

que el desplazamiento del émbolo es proporcional al empuje realizado, según el

principio de Arquímides ("Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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vertical y hacia arriba al peso del líquido desalojado") y la altura desplazada será

equivalente a un flujo determinado.

Ahora si el rotámetro nos dice el caudal y necesitamos saber cual es la velocidad, usamos

la fórmula de la continuidad y despejamos V (velocidad):

Q = V A -------> V = Q/A

Dónde:

Q = Caudal

A = Área del rotámetro

V = Velocidad

Tipos de rotámetro y aplicaciones

Según su aplicación, los rotámetros se pueden clasificar en rotámetros de purga, de

indicación directa con indicación magnética y transmisión neumática y electrónica.

Rotámetro de purga

Se utilizan para caudales pequeños, en sus aplicaciones se destaca la purga hidráulica

de sellos mecánicos en bombas, la medición por burbujeo, la purga de elementos de

presión diferencial entre algunas.

Rotámetro de vidrio

Adoptan distintas disposiciones como: llevar placas laterales, sellamiento con ventanas

de cristal para observar el tubo, disponen de armaduría de seguridad y de anti-hielo con

gel de sílice para evitar la humedad, entre algunas cosas.

Rotámetro By-pass

Es un medidor de caudal de fluido, por lo tanto no de la presión diferencial, la escala de

medida de este rotámetro es lineal y no de raíz cuadrada como se podría suponer siendo

el elemento de medida un diafragma.

Transductores eléctricos

Se acoplan a rotámetros y pueden ser de varios tipos:

Potenciométrico: Consiste en una varilla que sigue magnéticamente el movimiento

del flotador dentro de un tubo y que mueve el brazo de un potenciómetro. El sistema

presenta la desventaja del envejecimiento y desgaste característicos del potenciómetro.

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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Puente de impedancias:

Consiste en un mecanismo de indicación actuado magnéticamente, un transformador

diferencial de núcleo móvil y un convertidor. Al variar el caudal, un imán montado en

el flotador o en la varilla de extensión del mismo hace girar un mecanismo magnético de

posición formado por una hélice de hierro dispuesta en un cilindro de aluminio. Una

leva de forma característica gira con el conjunto y se introduce dentro del arrollamiento

activo de un transformador diferencial.

Transmisores neumáticos

Acoplados al rotámetro consisten en una leva que sigue el movimiento del flotador de

manera magnética y esta entre 2 toberas neumáticas. (tobera forma parte de transmisor

de equilibrio).

Usos

Rotámetro de área variable para líquidos y gases: Miden e Indican Caudal

Instantáneo. Se utilizan para Controlar el rendimiento de Bombas, así como Procesos

de Mezcla o de Dosificación Volumétrica contínua (en línea), cuando los flujos deben

mantenerse constantemente dentro de límites precisos. Son muy solicitados por su

razonable costo, sencillez operativa, bajo mantenimiento, larga duración y enorme

robustez. Se puede adecuar el diseño, si lo requiere, de manera que su caudal mínimo

y máximo determinan los extremos de la Escala de Lectura .

Rotametro metalico para bajos caudales para liquidos y gases: Mide e indica

caudal instantáneo. Construído con tubo de medición metálico en lugar de vidrio es

el medidor A/V (Área Variable) confiable y exacto para bajos caudales, apto para

altas presiones y fluídos agresivos o difíciles de manejar. Es muy utilizado para

dosificar aditivos o ingredientes costosos en especialidades químicas, farmacéuticas,

cosméticas, alimenticias, así como en Investigación y Desarrollo. Indicador acoplado

magnéticamente con escalas intercambiables. Reed switch hermético (opcional) con

novedoso doble sensor provee alarma sin afectar performance.

Rotámetro metálico para líquidos, gases y vapor, grandes caudales: Mide e

indica caudal instantáneo. Construido con tubo de medición metálico en lugar de

vidrio puede manejar un muy amplio rango de caudales con gran exactitud (2%) a

pesar de elevadas temperaturas y presiones en zonas explosivas. mínima caída de

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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presión interna, no requiere contra presión, y dispone amortiguación para eliminar

rebotes no deseados del flotante. indicador acoplado magnéticamente. Mismo largo

en todos los tamaños facilita la sustitución. múltiples opciones de comunicación

permiten integrarlo en sistemas de control existentes.

Rotámetro en Plástico: Los medidores/detectores de caudal se intercalan en un

tramo vertical de la tubería donde el líquido suba, y permiten visualizar el caudal por

el desplazamiento de un pequeño flotador sobre una escala graduada. Es uno de los

sistemas mas económicos además de preciso para medir en pequeños diámetros. Se

les puede incorporar un interruptor que actúa al alcanzar el caudal un nivel prefijado.

Rotámetro en acrílico: Los medidores/detectores de caudal pensados para instalar

directamente en paneles de control se intercalan en un tramo vertical de la tubería

donde el líquido suba, y permiten visualizar el caudal por el desplazamiento de un

pequeño flotador sobre una escala graduada. Es uno de los sistemas más económicos

además de preciso para medir en pequeños diámetros.

FOTOS DEL CIRCUITO REDUCTOR DE PRESIÓN DE VAPOR Y PARTES

DE LA PLANTA PILOTO PROCESADORA DE ALIMENTOS DE LA UNPRG

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO DE VAPOR DE UNA PLANTA INDUSTRIAL

Eficiencia en circuitos de vapor

Los dos equipos de combustión de mayor uso en las instalaciones industriales,

comerciales y de servicios son los calderos de vapor y agua caliente. Estos son usados

para transferir energía de un combustible a un fluído que transporta calor a diferentes

temperaturas ya sea para ser usados en el proceso o para un calentamiento en diferentes

formas.

El transporte del fluído se hace normalmente por tuberías desde la caldera hasta el punto

de consumo, que es una clase de equipo térmico, y luego desde éste hasta la caldera pero

con un menor contenido energético.

La experiencia ha demostrado que la gran mayoría de calderas trabajan con eficiencias

térmicas menores a la máxima alcanzable.

Por otro lado, en los sistemas de distribución de vapor o agua caliente, también se

presentan deficiencias que se traducen en pérdidas de energía que a su vez implican mayor

consumo de combustible en la caldera para compensar dichas pérdidas.

En un sistema de generación-distribución en conjunto, el uso ineficiente de la energía

puede significar un aprovechamiento tan bajo como del 30% de la energía aportada al

sistema por el combustible de la caldera (sistema de vapor), en lugar de un 70% como

podría ser en el caso de un sistema optimizado.

Por otro lado, la ineficiencia de las calderas y sistemas de distribución, además de

implicar mayor consumo de combustible, implican también un incremento proporcional

de las emisiones de gases de combustión.

Sistemas de reducción de presión de vapor

A continuación detallamos los componentes de un sistema de reducción de presión.

El control de presión del actuador se realiza a través de una válvula de control especial,

por ejemplo, la válvula reductora de presión, conocida como reductor de presión. Esta

válvulas clasifica en el grupo de reguladores sin energía auxiliar, es decir un actuador.

Para operar un reductor de presión en una instalación de vapor es necesario una cantidad

deválvulas auxiliares y de monitoreo. El término “Estación Reductora de Presión de

Vapor” incorpora todos los componentes necesarios así como el sistema de tubería. El

esquema anterior muestra el diseño y el interfaz de las partes restantes del sistema.

Dos ramales de tubería pueden ser apreciados, es decir, la línea principal, dividida en la

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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línea de presión de entrada y la línea de presión de salida así como una línea de bypass.

Inicialmente, el vapor fluye a través del stop valve y strainer en la línea de presión de

entrada antes que llegue al componente principal, el reductor de presión. La siguiente

reducción es el reductor de presión, que fluye a través del stop valve posterior en la línea

de presión de salida a la estación de salida con el safety valve conectada directamente a

esta sección. La dimensión de la línea principal depende del máximo permisible del ratio

de flujo. Debido a la baja densidad del vapor, el diámetro nominal de salida del reductor

de presión debe ser mayor que el de entrada.

Para obtener una ejecución de control efectivo el reductor de presión es siempre diseñado

con un diámetro menor que aquel de la línea de presión de entrada. La línea de control

debe ser conectada a un punto de la línea de presión de salida donde el flujo esté quieto,

es decir no debe haber válvulas o codos dentro de una distancia mínima de 10x DN o al

menos 1 m. desde el punto de toma. Además, la línea de control y el sello de agua deben

ser llenados con agua. De esta manera, el diafragma del reductor de presión que está

instalado colgando hacia abajo junto con el actuador, es protegido contra las altas

temperaturas del vapor. La línea del bypass sirve para facilitar una operación manual

continua de las partes subsecuentes del sistema, mientras se lleva a cabo el

mantenimiento del strainer y el reductor de presión. Para ello, las válvulas de entrada y

salida del reductor de presión son cerradas y la válvula de control localizada en la válvula

bypass abierta. Hay que estar pendiente del medidor de presión , cuando la operación es

manual , mientras se realiza el mantenimiento de la línea de reducción de presión.

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Durante la operación de vapor el condensado se forma constantemente en las líneas

requiriendo ser drenadas por medio del steam trap. El drenaje en la línea de presión de

entrada en la forma de steam trap de tipo flotador puede ser visto claramente en el

esquema anterior. La stop valve superior es normalmente abierta y es cerrada sólo para

hacer el mantenimiento de la steam trap. La stop valve inferior es para desenlodar y está

normalmente cerrada. El flujo de condensado puede ser observado a través del visor de

inspección haciendo posible la operación de monitoreo de la steam trap.

Es necesario un drenaje fácil del condensado en la línea de presión de salida. Esta

facilidad no ha sido ilustrada en el esquema anterior, pues este drenaje está normalmente

localizado en los colectores ó calentadores en la sección de presión de salida adyacente

al sistema.

Los medidores de presión de entrada y salida del reductor de presión son apropiados para

monitorear la estación de reducción de presión. En particular la presión de entrada entre

el strainer y el reductor de presión debe ser medida para hacer posible determinar la

ocurrencia de mayor enlodado . La presión de salida debe ser medida cerca del punto de

toma de presión para la línea de control pues simplifica el procedimiento y los posibles

disturbios pueden ser detectados con efectividad.

Sistemas de reducción de presión de vapor válvulas y accesorios

ARI-FABA:

Esta designación se refiere a stop valves con un asiento de acero inoxidable y sello. La

válvula en la línea de bypass debe ser equipada con un contacto regulador, un contacto

plano es suficiente para cualquier otra stop valves. Para prevenir mal uso, la rueda de

mano de la válvula de bypass debe tener un seguro contra giro casual.

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ARI Strainer:

Es necesario instalar un filtro tipo malla en la entrada para proteger el asiento de la válvula

y contacto del reductor de presión. Para eliminar la colección de condensado, el contacto

debe ser instalado con un tamiz en el lado.

ARI-Predu:

La válvula reductora representa el corazón de la estación reductora de presión La

presiónde salida es aplicada a través de la línea de control contra el diafragma del actuador

dondees convertido en una fuerza activa contra la fuerza del resorte. Por ajuste, la

pretensión delresorte puede ser variada tal que ambas fuerzas están en equilibrio en la

presión de salidarequerida .Un cambio en la cantidad de vapor tomado resulta en un

desplazamiento del contacto de la válvula hasta que un estado de equilibrio es

restablecido.

El reductor tiene dos asientos de acero inoxidable. Uno sirve para sellar el eje desde el

exterior y el otro asiento es el elemento de alivio de presión que sirve para asegurar el

igualamiento de fuerzas en el contacto de la válvula. Para este propósito la presión de

entrada es aplicadaa través de un orificio en el contacto de la válvula en el interior contra

el exterior del asiento.

El lado interior del asiento es conectado a través de orificios al lado de presión de salida.

Desde que el área efectiva del asiento es del mismo tamaño que el área de asiento las

fuerzas diferenciales son compensadas tal es así que el reductor de presión no es afectado

por las fluctuaciones en la presión de entrada. En aplicaciones de ingeniería automática

de control el reductor de presión es clasificado como un controlador proporcional. Tales

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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controladores son caracterizados por una permanente desviación de control con respecto

al punto fijo y dependen de los siguientes factores : Pretensión del resorte, diámetro

nominal, y el ratio p2/p1.

ARI-SAFE:

El sistema de reducción de presión debe ser equipado con una válvula de seguridad para

evitar la alta sobrepresión que se pueda presentar y que pueda dañar los componentes y

el sistema de tubería. Al diseñar el proyecto , debe prestarse particular atención al hecho

que , ilustrado en el esquema anterior , el actuador reductor de presión y la línea de

bypass son conectados directamente a la válvula de seguridad. Esto hace necesario una

línea de escape después del safety valve que, sin embargo, no está mostrado en el

esquema anterior para asegurar claridad. Como en el caso con todas las tuberías de vapor,

esta línea también necesita ser drenada y debe ser encaminada con seguridad a una línea

de salida.

Trampa de vapor tipo flotador (Steam Trap)

Este tipo de steam trap lleva el condensado colectado sin demora. Un elemento integrado

térmico asegura la ventilación automática del sistema durante el procedimiento de inicio.

Indicador de flujo:

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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La función de la trampa de vapor puede ser monitoreado con la inspección en el flujo a

través del visor indicador. Este debe ser instalado a una distancia mínima de 10 DN de la

trampa.

Sistemas de recuperación de condensado y vapor flash

En todas las líneas y equipos de vapor siempre hay condensación debido al gradiente

térmico existente entre sus paredes interiores, en contacto con el vapor y sus paredes

exteriores que están a temperatura ambiente ( tengan aislamiento o no ).

Mediante un sistema de recuperación de condensado se intenta recuperar no solo la masa

de agua tratada sinó también la energía térmica contenida en ella.

PERJUICIOS DEL CONDENSADO

1.- Corrosión de superficies metálicas.

2.- Disminuye el coeficiente de transmisión de calor.

3.- Golpe de Ariete, el condensado es recogido por el flujo de vapor en forma de partículas

que pueden alcanzar velocidades altísimas hasta de 45 m / seg.

FUNCION BASICA DE LA TRAMPA DE VAPOR

1.- Evacuación del condensado, sin pérdida de vapor.

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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2.- Purgar el aire del sistema

VAPOR FLASH

Al descargar el condensado de un nivel de presión P1 a otro menor P2 , en el tanque de

descarga a P2 se produce una re-evaporación del condensado espontáneamente, a esto se

le denomina vapor Flash.

• El condensado del vapor de agua es agua tratada que ha sido filtrada, desmineralizada,

desionizada y deseareada, por consiguiente la pérdida de agua en el circuito del vapor

condensado significa economicamente un desperdicio de dinero y técnicamente un

desperdicio de energía.

• El agua para ser convertida en vapor en las calderas, requiere de características

especiales, de no ser así, esta agua puede provocar problemas de incrustación y

corrosión en los equipos generadores de vapor, equipos de control y medición en los

equipos consumidores de vapor.

SISTEMAS DE RECUPERACION DE CONDENSADO:

1.- Sistema abierto

El sistema abierto posee un sistema de tuberías de conducción las que llevan el

condensado desde las trampas de vapor hacia el tanque Flash y/o desagüe; el tanque

descarga el vapor flash a la atmósfera, existiendo una pérdida de energía por este motivo,

se emplea en sistemas en que el condensado es frío ( 160 - 180 ºF ).

2.- Sistema Cerrado

Se diferencia del anterior en que posee un tanque Flash cerrado, de esta manera no

existe pérdida de energía por venteo. Este sistema es mucho más eficiente que el abierto

y es empleado en aquellos equipos que posean un flujo de condensado de gran presión

(alta temperatura 212ºF o mas ). En estos sistemas se obtiene vapor Flash de expansión

que puede ser utilizado en sistemas que empleen vapor de baja presión.

Equipos de accesorios para circuitos da vapor , características y selección

TRAMPAS DE VAPOR

Parámetros a tener en cuenta para la selección:

1.- Caudal de condensado ( kg/Hr)

2.- Presión nominal de vapor

3.- Diferencial de presión ( P2 - P1 )

4.- Tipo de conexión ( Roscada, soldada, bridada )

5.- Material.

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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Se recomienda que los colectores de condensado de la línea de vapor tengan un

diámetro que no sea inferior a 1/3 del diámetro de la línea.

Tipos de Trampas para Vapor:

1.- Termodinámicas

2.- Termostáticas

3.- Bimetalicas

4.- De Flotador

Trampas Termodinamicas

Buen drenaje de condensado

Muy fuerte e insensible a los daños por congelamiento del vapor de agua

Controlador hecho de acero inoxidable

Disponible con unidad separada de control y heat chamber

Protección integrada de no retorno

Conexiones: Bridada, enroscados, terminales soldados, terminales soldados de socket.

Dimensiones: : DN 15 a DN 50

Presión: PN 6 a PN 40

Materiales: C22.8 ; 15 Mo3; acero inoxidable

Trampas Termostáticas

Alta respuesta sensitiva

Características exactas de control

Cuatro estaciones de subenfriamiento escogiendo la cápsula de membrana

Protección integrada de no-retorno

Robusta e insensible al daño de congelamiento del vapor de agua

Componentes internos hechos de acero inoxidable

Para altas ejecuciones con operación de piloto integrado

Conexiones: Bridada, enroscados, terminales soldados, terminales soldados de socket.

Dimensiones: DN 15 a DN 50

Presiones: PN 6 a PN 40

Materiales: GTS35-10; GG-25; C22.8; 15 Mo3, acero inoxidable

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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Trampas Bimetálicas

Disponibles bajo duras condiciones

Especialmente insensible al daño de congelamiento del vapor de agua

Características exactas de control por combinación patentada del controlador

Protección integrada de no retorno

Resistente al uso por medio de una elección de materiales especiales

Ajuste variable de la temperatura de sobre enfriamiento

Componentes internos hechos de acero inoxidable

Conexiones: Bridada, enroscados, terminales soldados, terminales soldados de socket

Dimensiones: : DN 15 a DN 50

Presión: PN 16 a PN 630

Materiales: GG-25 ; C22.8 ; 15Mo3 ; 13CrMo4-4 ; 10CrMo9-10 , acero inoxidable

Trampas del Flotador

Descarga de condensado inmediato y contìnuo aún en presiones extremas y

variaciones de cantidad.

Controlador con facilidad de ventilación automática integrada.

Protección integrada de no retorno.

Flotador de bola robusto.

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Ajuste confiable por sello de agua.

Componentes internos hechos de acero inoxidable.

Suministrados con conexiónes para compensar lìnea de retorno de aire y bypass.

Conexiones: Bridada, enroscados, terminales soldados, terminales soldados de socket

Dimensiones: DN 15 a DN 100

Presión: PN 16 a PN 160

Materiales: GG-25; GGG40.3; GS-C25; 15Mo3/GS-17CrMo5-5; 13CrMo4-4/GS-

17CrMo5-5; acero inoxidable.

Manifolds para distribución de vapor y colección de condensado

Estructura modular compacta y robusta con stop valve ( Valvula de Globo ) integrada.

Varias conexiones de acuerdo con los standares internacionales y nacionales.

Las Stop valves requieren bajo mantenimiento, con sello posterior de seguridad

adicional.

Suministro completo opcional con trampas de vapor y válvulas centrales de entrada y

salida.

Puede ser opcionalmente suministrado con camiseta aislada contra pérdidas de calor.

Presión: PN 40 / Clase 300

Conexiones: Bridada, enroscados, terminales soldados, terminales soldados de socket

Dimensiones: conexiones primarias DN 40/50 , conexiones secundarias DN 15 a 25

Diseño: FMM-02 ( manifold mellizo) hasta FMM-12 ( 12 conexiones secundarias).

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Válvula de control de temperatura de retorno

Línea de control de retorno en sistemas de calor con agua caliente y otros fluidos

disponibles.

Agua caliente y suministro de calor al consumidor de acuerdo a sus necesidades de

Temperatura-y presión de operación.

Evita la alta temperatura de flujo retorno

Controlador resistente contra golpe de ariete, con limitación lift a 130ºC

Temperatura de cierre ajustable sobre un rango de 60 a 130 ºC

Con termómetro integrado.

Componentes internos hecho de acero inoxidable

Conexiones: Bridada, enroscados, terminales soldados, terminales soldados de socket

Dimensiones: DN 15 a DN 25

Presión: PN 25/40

Materiales: C22.8 ; acero inoxidable

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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VII. CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Q. Real:

𝑄. 𝑅𝐸𝐴𝐿 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑚𝑙)

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑠𝑒𝑔)× 3.6 (𝑙𝑡/ℎ𝑜𝑟𝑎)

Q. Promedio Real

𝑄. 𝑃𝑅𝑂𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 𝑅𝐸𝐴𝐿 =𝑄. 𝑅𝐸𝐴𝐿𝐴𝑆𝐶 + 𝑄. 𝑅𝐸𝐴𝐿𝐷𝐸𝑆𝐶

2

Q. Promedio Teórico

𝑄. 𝑃𝑅𝑂𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 =𝑄. 𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂𝐴𝑆𝐶 + 𝑄. 𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂𝐷𝐸𝑆𝐶

2

E. Absoluto y E. Relativo

𝐸. 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜(𝐸𝐴) = |𝑄 𝑝𝑡 − 𝑄 𝑝𝑟| 𝐸. 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜(𝐸𝑅) =𝐸𝐴

𝑄 𝑝𝑟

× 100%

Coeficiente de descarga

𝑄. 𝑅𝐸𝐴𝐿 =𝑄. 𝑃𝑅𝑂𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 𝑅𝐸𝐴𝐿

𝑄. 𝑃𝑅𝑂𝑀𝐸𝐷𝐼𝑂 𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂

Varianza:

𝜎2 =∑ (𝑡𝑖 − �̅�)2𝑛

𝑖=1

𝑛 − 1

Desviación Standard:

√𝜎2 = √∑ (𝑡𝑖 − �̅�)2𝑛

𝑖=1

𝑛 − 1

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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Con el programa Microsoft Excel. Se obtuvo los resultados que se muestra en la tabla de resultados.

TABLA DE RESULTADOS

El Método de los Mínimos Cuadrados en la Calibración y Ajuste: 𝒀 = 𝒂𝑿 + 𝒃

𝒂 =𝑵 ∑ 𝑿𝒊𝒀𝒊 − ∑ 𝑿𝒊 ∑ 𝒀𝒊

𝑵 ∑ 𝑿𝒊𝟐 − (∑ 𝑿𝒊)

𝟐 𝚲 𝒃 =

∑ 𝑿𝒊𝟐 ∑ 𝒀𝒊 − ∑ 𝑿𝒊 ∑ 𝑿𝒊. 𝒀𝒊

𝑵 ∑ 𝑿𝒊𝟐 − (∑ 𝑿𝒊)

𝟐

N°

Posición del flotador (mm)

Volumen(ml) Tiempo (seg) Caudal Real

(lt/hora) Caudal Teórico

(lt/hora) Caudal promedio

(lt/hora) Coeficiente de

descarga

Errores

Varianza Desviación Standard

ASC DES ASC DES ASC DES ASC DES ASC DES Real Q pr

Teórico Q pt

E.A (lt/hora)

E.R(%)

1 90 90 500 500 8.24 9.04 218.45 199.12 255 255 208.78 255 0.8187 46.22 22.14 1068.11 32.68

2 100 100 500 500 8.05 7.51 223.60 239.68 300 300 231.64 300 0.7721 68.36 29.51 2336.45 48.34

3 110 110 500 500 6.61 6.48 272.31 277.78 345 345 275.05 345 0.7972 69.95 25.43 2446.77 49.46

4 120 120 500 500 5.04 5.03 357.14 357.85 385 385 357.50 385 0.9286 27.50 7.69 378.18 19.45

5 130 130 500 500 4.99 4.86 360.72 370.37 430 430 365.55 430 0.8501 64.45 17.63 2077.17 45.58

6 140 140 500 500 4.00 4.36 450.00 412.84 470 470 431.42 470 0.9179 38.58 8.94 744.13 27.28

7 150 150 500 500 3.73 3.63 482.57 495.87 515 515 489.22 515 0.9499 25.78 5.27 332.28 18.23

8 160 160 500 500 3.15 3.32 571.43 542.17 565 565 556.80 565 0.9855 8.20 1.47 33.63 5.80

9 170 170 500 500 2.79 2.86 645.16 629.37 610 610 637.27 610 1.0447 -27.27 -4.28 371.72 19.28

10 180 180 500 500 2.56 2.65 703.13 679.25 660 660 691.19 660 1.0473 -31.19 -4.51 486.26 22.05

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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VIII. GRÁFICOS (Realizar el Ajuste de Curva):

A) Curva de calibración y Ajuste.

Aplicación del Metodo de los Minimos Cuadrados

N Q pr = Yi Q pt=Xi Xi.Yi Xi^2 Y=ax+b

1 208.78 255 53239.11 65025 179.56

2 231.64 300 69492.44 90000 235.07

3 275.05 345 94890.95 119025 290.59

4 357.50 385 137636.68 148225 339.94

5 365.55 430 157184.74 184900 395.45

6 431.42 470 202768.35 220900 444.80

7 489.22 515 251948.68 265225 500.31

8 556.80 565 314591.22 319225 561.99

9 637.27 610 388732.24 372100 617.51

10 691.19 660 456182.19 435600 679.19

Q pr = 1.2337Q pt - 135.0220

N 10

∑Xi.Yi 2126666.60

∑Xi∑Yi 19248375.64

∑X^2 2220225.00

∑Xi 4535.00

∑Yi 4244.40

a 1.2337

b -135.0220

Q pr = 1.2337Q pt- 135.02

150

250

350

450

550

650

750

150 250 350 450 550 650 750

Q pr (lt/hora)

Q pt(lt/hora)

Calibración y Ajuste

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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B) Curva del Error

C) Curva de Corrección

46.22

68.3669.95

27.50

430, 64.45

38.58

25.78

8.20

-27.27

-31.19

-40.0

-20.0

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

50 150 250 350 450 550 650 750

E.A (lt/hora)

Q pt (lt/hora)

Error

255, 22.14

300, 29.51

345, 25.43

385, 7.69

430, 17.63

470, 8.94

515, 5.27

565, 1.47

610, -4.28660, -4.51

-6

-1

4

9

14

19

24

29

150 250 350 450 550 650 750

E.R (%)

Q pt (lt/hora)

Corrección

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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D) Curva del Coeficiente de Descarga

IX. OBSERVACIONES , CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

A) OBSERVACIONES:

El caudal teórico se determinó del monograma del rotámetro Umrechnung

MeBrohr Nr.b 66018.

Para las mediciones el volumen fue constante durante todo el ensayo.

B) CONCLUSIONES:

Se aprendió como interpretar la medición de caudal en un rotámetro y como

como comprobarla con la ayuda de una cubeta graduada y cronometro.

Se obtuvo la curva del coeficiente de descarga la cual nos muestra la relación

entre el caudal real y teórico, la cual se aproxima a 1.

C) RECOMENDACIONES:

Tener cuidado al momento de abrir o cerrar las válvulas para poder medir

correctamente en el rotámetro.

Ser preciso al momento de medir la altura de la columna del fluido que

alcanzado el flotador del rotámetro.

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

150 250 350 450 550 650 750

C.D

Q pt (lt/hora)

Coeficiente de descarga

ENSAYO N°4 : MEDICIÓN DE CAUDAL Y CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS

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X. BIBLIOGRAFÍA:

J.P.HOLMAN (1977) Mediciones Experimentales para Ingenieros, Edit.

McGraw-Hill-México.

R.S.SHIROHI, H.C.RADHA KRISNA (1986) .Mediciones Mecánicas,

Editorial Limusa –México.

V.P.PREOBRAZHENSKI (1980). Mediciones termotécnicas y aparatos

efectuarlas, tomos: I y II, Editorial Mir-Moscú.

CENGEL Yunus, CIMBALA John. Mecánica de fluidos: fundamentos y

aplicaciones. Mc Graw Hill. México. 2006

CRANE. Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías. Primera edición.

Editorial Mc Graw−Hill.

GEANKOPLIS, C.J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. tercera

edición editorial CECSA.

MOTT, ROBERT L. mecánica de fluidos aplicada. Edición Prentice− Hall

cuarta edición. México 1996.

PERRY ( 2000 ). Manual del ingeniero químico. tomo I. Mc Graw− Hill. Sexta

edición. Colombia 1998.

STREETER, VIUCTOR L. mecánica de fluidos novena edición. Editorial Mc

Graw−Hill. Colombia 2000

XI. LINKOGRAFÍA:

http://www.angelfire.com/sk3/todoarchivos0/archivos/Circuitos_de_Vapor_efici

entes.pdf

http://www.ecured.cu/index.php/Rot%C3%A1metro

http://laultimapitada.blogspot.com/2008/10/qu-es-un-rotametro-fundamentacin-

y.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Vapor-Saturado-Vapor-Sobrecalentado-

y-Calderaz/6464706.html

http://u1termood.blogspot.com/2012/04/vapor-saturado-y-vapor-

sobrecalentado.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_agua