Medidor Thomas Mailenth I. Cantillo OrozcoJorge L. Grau Prez
Luis A. Molina Cantillo Rogelio J. Rodrguez Barrios Universidad del
Atlntico- Ingeniera qumica 6 semestre Abstract. Overview. Different
tests were carried out in order to determine the mass flow rate and
volume of air for through a resistance, which transfers heat to
flow by increasing the temperature of the air. The air flow is
varied by means of a knob which allows to regulate the electrical
power of the impeller which creates the same flow. Heat flow
remainedapproximatelyconstantfortheexperience,whichmeansthatby
increasingtheairflowtemperaturedifferencetotheinputandoutputofthe
appliance is made minor. Resumen.
Serealizarondiferentespruebasconelfindedeterminarelflujomsicoy
volumtrico de aire que para por medio de una resistencia, la cual
transfiere calor hacia el flujo aumentando la temperatura del aire.
El flujo de aire se vari por medio de una perilla que permite
regular la potenciaelctrica del impulsor que crea el flujo del
mismo. El flujo de calor permaneci aproximadamente constante
durante
laexperiencia,loquesignificaquealaumentarelflujodeaireladiferenciade
temperatura a la entrada y salida del aparato se hace menor. Marco
terico. El funcionamiento del medidor trmico de caudal se basa en
el principio fsico de
laelevacindetemperaturadelfluidoensupasoporuncuerpocaliente.Este
aparato,que tambinrecibeel nombre de medidor Thomas,constade
unafuentede alimentacin elctricaque proporcionacalor
constantealpunto mediodeuntubo porelcualcircula un
fluido.Enlospuntosequidistantesdelafuentedecalorseencuentransondasde
resistencia para medir la temperatura del fluido.
Cuandoelfluidoestenreposo,latemperaturaeslamismaenlasdossondas.
Cuandoelfluidocirculaporeltubo,transportaunacantidaddecalorhaciala
segunda resistencia T2, y se produce una diferencia de temperaturas
entre los dos elementos que va aumentando a medida que aumenta el
caudal. La diferencia de temperaturas es proporcional a la masa del
fluido que circula por el tubo. Procedimiento.
ElequipoutilizadoparaeldesarrollodelinformeesunmedidordeThomas
incorporado a un equipo de secado, este consta de un extractor
acoplado a un transformador variable, el cual regula la velocidad
del motor al absorber aire del medio; esta masa de aire pasa a
travs de una serie de resistencias ubicadas en el interior de un
ducto, all absorbe una cantidad de calor igual a la potencia
disipada
porlaresistencia,ocasionandounadiferenciadetemperaturaentreelairede
entrada y de salida. Para la obtencin de los datos quepermitieron
la realizacin deeste informe, se
realizaron10ensayoscondiferentesfrecuenciasdegirodelmotordelextractor
comprendidas entre 30 y 100, esto se obtuvo moviendo la perilla del
transformador hasta los valores deseados, seguido a esto se esper
un tiempo prudencial hasta que el sistema alcanzara el estado de
equilibrio, donde se observaron y anotaron
lastemperaturasantesydespusdefuentedisipadoradecaloryelrespectivo
amperaje y voltaje de la resistencia para cada corrida realizada.
Resultados
Durantelaexperienciasetomaronlossiguientesdatosparacadaunadelas
corridas realizadas: CorridaTe (C)Ts (C)I (A)VControl (RPM)
131397,487,930 231377,68840 33136,57,588845 431367,598850
531357,458760 63134,57,48670 73134,57,48675 831347,48680
93133,97,48690 103133,97,486100 Dnde:Te: temperatura de entrada del
aire Ts: temperatura de salida del aire I: intensidad (Amperaje) V:
voltaje. Con estos datos se procede a realizar el clculo tanto de
potencia, como de flujos msicos y volumtricos, partiendo de las
siguientes ecuaciones: La potencia es calculada como el producto
del voltaje por la corriente, ley de Ohm. = Para el flujo msico se
parte de la expresin:
= (2 1) Y despejando queda que: =
(2 1) En donde es el flujo de calor cedido por la fuente, el
flujo msico de aire que pasa por el medidor, Cp es la capacidad
calorfica del aire (1,005 KJ/Kg*K), T2 y T1 las temperaturas despus
de la fuente y antes de la fuente respectivamente. Para el flujo
volumtrico se parte de la expresin:
= (2 1) Y despejando queda que: =
(2 1) En donde es el flujo de calor cedido por la fuente, el
flujo volumtrico de aire quepasaporelmedidor,
ladensidaddelaire(1,164Kg/m^3),Cpesla capacidad calorfica del aire
(1,005 KJ/Kg*K), T2 y T1 las temperaturas despus de la fuente y
antes de la fuente respectivamente. Donde adems los datos de Cp y
son tomados teniendo en cuenta que el aire est a 30C y 1 atm de
presin como lo sugiere la gua. Los resultados obtenidos son
reportados en la siguiente tabla: Discusin. En la siguiente tabla
se muestra la relacin entre el flujo volumtrico y la lectura de
potencia del transformador: Como se puede observar en la figura, el
flujo de aire aumenta a medida que se aumenta la potencia del
extractor de aire. Esto es un resultado esperado debido y = 3,7959x
+ 51,283R = 0,9612150,00200,00250,00300,00350,00400,00450,0030 40
50 60 70 80 90 100flujo volumetrico (ftt^3/min)lectura del
transformadorRelacin entre flujo volumtrico y lectura del
transformadorSeries1 Lineal (Series1)Corrida Potencia (KW) Flujo
msico(Kg/s) Flujo msico (Lb/min) Flujo Volumtrico (m^3/s) Flujo
Volumtrico (ft^3/min) 10,6500,08110,700,070147,27
20,6690,11114,670,095201,90 30,6670,12115,960,104219,67
40,6680,13317,580,114241,96 50,6480,16121,330,139293,50
60,6360,18123,930,155329,34 70,6360,18123,930,155329,34
80,6360,21127,920,181384,23 90,6360,21828,880,188397,48
100,6360,21828,880,188397,48 que al aumentar la energa suministrada
al extractor, este es capaz de realizar mstrabajo sobre el fluido,
este trabajo se manifiesta en un aumento del flujo debido a que es
capaz de mover una mayor cantidad de aire en un menor tiempo.
Tambin se puede concluir por la grfica, que la relacin entre estas
dos variables
esaproximadamentelineal,esdecir,tienenunarelacindirectamente
proporcional. A este comportamiento se le puede obtener una ecuacin
de ajuste
conlacualsepuedenestimarvaloresdeflujoconrespectoalapotenciadel
extractor.La ecuacin es: y = 3.7959x + 51.283
Dondeyrepresentaelflujovolumtricodeaireenfuncindelalecturadel
transformador x.Tambin seobtieneuna segundagrfica querepresenta el
comportamiento del flujo volumtrico con respecto a la diferencia de
temperaturas:
Paraanalizarestagraficaprimerosehacenalgunasaproximaciones,primerose
asume que para el rango de temperaturas para el cual se trabaj la
densidad del
airesemantieneconstante,esdecirtienesecomportacomounfluido
incompresible, tambin se asume que el flujo de calor de la
resistencia es el mismo, y que las pequeas variaciones existentes
en las lecturas son despreciables. y = -28,278x + 519,7R =
0,9331150,00200,00250,00300,00350,00400,00450,005 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15flujo volumetrico (ftt^3/minDiferencia de temperaturas
(F)Relacin entre flujo volumtrico y diferencia de
temperaturasSeries2 Lineal (Series2)Como se puede observar en la
ecuacin:
= (2 1) Cuando el flujo de calor se mantiene constantela
diferencia de temperaturas es inversamente proporcional al flujo
msico. Por otra parte, el flujo msico y el flujo volumtrico se
relacionan directamente por medio de la densidad, la cual se asume
como constante, es decir que si aumenta el flujo msico el flujo
volumtrico tambin lo hace y viceversa. Por lo explicado
anteriormente se afirma que el flujo volumtrico tiene una relacin
inversamenteproporcionalconladiferenciadetemperaturas,afirmacinque
puedecorroborarseenlagrfica,dondeseobservaqueladiferenciade
temperaturas aumenta a medida que se disminuye el flujo volumtrico.
Estarelacintambineslineal,ylosdatospuedenajustarsealaunalneade
tendencia cuya ecuacin es la siguiente:y = -28.278x + 519.7 Donde
se tiene la relacin del flujo volumtrico y con respecto a la
diferencia de temperaturas
x.Comoseobservalaecuacintienependientenegativa,locualcorroborala
relacin inversa existente entre estas dos variables. Conclusiones.
De esta experiencia se puede concluir que se comprendieron los
principios bsicos de operacin de este medidor y su dependencia
directa del cambio energtico
delfluidotransportado,ademsquelosmedidoresdelThomassonbastante
precisos para medir flujos de gases como el aire, y por ltimo se
logra apreciar que
elaumentoenlatemperaturadelflujodeairedebidoalcalentamientoporla
resistencia es inversamente proporcional al caudal transportado.
Preguntas: Qu es un anemmetro trmico? Los Anemmetros Trmicos son
instrumentos con sensor de hilo caliente para medir velocidades de
aire y caudales volumtricos, envelocidades desde 0.1 m/s.
Estetipodeanemmetrosseutilizanespecialmenteencabinasdeflujolaminar,
controlensalasblancas,quirfanos,ytambinenaplicacinenconductosde
refrigeracin y aire acondicionado. Algunos modelos permiten adems
guardar los datos en memoria y la lectura automtica a intervalos
seleccionables. Qu es un anemmetro de pelcula caliente? El
anemmetro de pelcula caliente, consta de una resistencia elctrica
en forma de pelcula final de metal, se aplica un substrato
portador. Cuando el instrumento esta en operacin, la pelcula
caliente se calienta hasta la temperatura correcta. El caudal del
aire enfra el calentador hasta que el equilibrio se alcanza entre
calor elctrico provisto y la cantidad de calor disipada termalmente
Unanemmetrotrmiconormalmidelavelocidaddelfluidodetectandolos
cambiosenlatransferenciadecalormedianteunpequeosensorcalefactado
elctricamente (un hilo o una pelcula delgada) expuesto al fluido
bajo estudio, El sensor calefactado es mantenido a una temperatura
constante usando un circuito
decontrolelectrnico.Elefectodeenfriamientoresultantedelpasodelfluidoa
travs del sensor se compensa aumentado el voltaje del sensor.
Lamagnituddelaumentodevoltajenecesarioparamantenerlatemperatura
constanteestdirectamenterelacionadaconlatransferenciadelcalory,por
tanto,conlavelocidaddelfluido.Laanemometraporhicocaliente(hotwire
anemometry)esidealparalamedidadevelocidadesenfluidospuros(gases,y
lquidos) de temperatura uniforme.
Sualtorangodinmicopermitelamedicindefenmenosturbulentosconuna
altaprecisinhastafrecuenciasmuyaltas.Latcnicadehilocalienteesuna
medicin invasiva, aunque slo implique el emplazamiento de una
pequea sonda en el fluido de inters. Qu es un anemmetro de termopar
calentado? Los anemmetros de termopar calentado emplean un sensor
termopar formando por la unin de dos metales distintos que produce
un voltaje, que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno
y otro de los extremos denominado punto fro o unin fra o de
referencia y el otro denominado punto caliente o unin caliente o de
medida. Cuando un caudal pasa por el termopar, vara la temperatura
del termopar y el voltaje generado por el mismo. Bibliografa: Mott,
Robert L., Mecnica de fluidos, 6ta ed., Pearson
Prentice-Hall.Referencias web:
http://www.herterinstruments.es/catalogo/instrumentacion/anemometros/anemometros-termicos/
http://www.gisiberica.com/anem%C3%B3metros/TIPOS%20ANEMOMETROS.htm
