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LABORATORIO DE
INGENIERIA MECANICA II
TEMA: Medidores de Flujo Interno
ESCUELA: Mecánica Eléctrica
DOCENTE: Ing. Neil VELASQUEZ DIAZ
INTEGRANTES:
ESPINOZA AVALOS Jhon
ALVARADO ROMERO Jhunior
GALVEZ DIAS Joel
PADILLA BONIFACIO Luis
2013-I
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 2 Flujo interno
LABORATORIO N°04: MEDIDORES DE FLUJO INTERNO
I. OBJETIVOS:
1. OBJETIVOS GENERALES:
Reconocer los aspectos fundamentales del estudio de las propiedades
termodinámicas de psicrometría, presencia de humedad en el aire u otros gases.
2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Determinar la humedad relativa presente en una mezcla, en la atmosfera, a
condiciones normales mediante un psicrómetro de bulbo húmedo y bulbo
seco.
Reconocer valores de estado como punto de roció, punto de escarcha,
humedad relativa, humedad absoluta y presiones parciales.
Leer correctamente diagramas psicrométricos.
II. ROTÁMETRO Y VENTURIMÉTRO
III. EQUIPOS Y MATERIALES
Un banco hidráulico FME-00
Equipo de demostración de medición de flujo FME-18
Cronómetro
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Llenado de los tubos manométricos:
Cierre la válvula de control del banco hidráulico y cierre también la válvula de
control de flujo del equipo, FME-18
Conecte la bomba y abra completamente la válvula del equipo y la válvula del
banco hidráulico (lentamente) hasta alcanzar un flujo de 30 L/min. Espere
unos minutos hasta que los tubos manométricos estén completamente llenos y
no queden burbujas de aire en su interior.
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 3 Flujo interno
Apague la bomba y cierre una válvula asegurándose de que el equipo quede
completamente estanco, es decir que entre ni salga agua.
Abrir la válvula de purga.
Abrir con cuidado la válvula de control de equipo, se puede observar como los
tubos manométricos se llenen de aire.
Una vez alcanzado el nivel requerido cierre la válvula de control de flujo y
coloque otra vez la válvula antirretorno o en su defecto cierre la válvula de
purga.
Todos los tubos deben haber alcanzado el mismo nivel.
Abrir con cuidado la válvula de control de equipo teniendo en cuenta el caudal
que se requiere (15, 20, 25, 30 L/min), cerciorándose con el rotámetro del
equipo.
V. DATOS POR CONSIGNAR:
PARTE I: Lectura en el Venturímetro
Para el desarrollo de las actividades, para el venturímetro se llenara en este
cuadro.
Cuadro N°1
P1
(mmH2O)
P2
(mmH2O)
∆P=(P1- P2)
(mmH2O)
P3
(mmH2O)
QR
(Litros/min)
1 297 198 99 281 30
2 269 195 69 252 25
3 230 185 45 220 20
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 4 Flujo interno
4 199 175 24 194 15
Así mismo el caudal en el medidor venturimetro está dado por la ecuación.
𝑄𝑉 = 𝐶𝑑𝐴2
(
1
√1 − (𝐴2𝐴1)2
)
√2𝑔(𝑃1 − 𝑃2)
𝛾
Donde: 𝐶𝑑 = 0.98
𝐴2 = 3.14𝑥10−4𝑚2
𝐴1 = 8.04𝑥10−4𝑚2
Finalmente elaboramos un cuadro comparativo:
Cuadro N°2
Volumen (Litros)
Tiempo (s)
Qreal
(Litros/min)
QR
(Litros/min)
QV
(Litros/min)
Q’V
(Litros/min)
1
2 30.15
3.4368 30 27.947 28.518 2 35.05
2 34.55
Promedio 34.916
2
2 9.58
7.93583 25 23.332 23.808 2 14.80
2 20.97
Promedio 15.117
3
2 6.84
8.3784 20 18.842 19.227 2 14.53
2 21.60
Promedio 14.323
4 2 4.05 15.3315 15 13.760 14.041
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 5 Flujo interno
2 8.14
2 11.29
Promedio 7.827
PARTE II: Lectura en la placa orificio
Para el desarrollo de la determinación de las actividades en la placa orificio, se
llenara en el cuadro N°3 (ver resultados finales) con los siguientes parámetros.
𝑄′𝑃 = 𝐶𝑑𝐴2
(
1
√1 − (𝐴2𝐴1)2
)
√2𝑔(𝑃6 − 𝑃7)
𝛾
𝑄𝑃 = 𝐴2
(
1
√1 − (𝐴2𝐴1)2
)
√2𝑔(𝑃6 − 𝑃7)
𝛾
Cuadro N°3
P6
(mmH2O)
P7
(mmH2O)
∆P=(P6- P7)
(mmH2O)
P8
(mmH2O)
QR
(Litros/min)
1 329 96 233 185 30
2 260 94 166 160 25
3 180 89 91 125 20
4 138 84 54 109 15
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 6 Flujo interno
Cuadro N°4
Volumen (Litros)
Tiempo (s)
Qreal
(Litros/min)
QR
(Litros/min)
Qp
(Litros/min)
Q’p
(Litros/min)
1
2 2.61
14.8699 30 43.7494 42.8744 2 7.83
2 13.68
Promedio 8.04
2
2 5.44
10.6411 25 36.9274 36.1888 2 11.56
2 16.83
Promedio 11.277
3
2 8.59
6.3448 20 27.3410 26.7942 2 19.17
2 28.98
Promedio 18.913
4
2 7.84
5.2203 15 21.0616 20.6403 2 26.76
2 34.36
Promedio 22.987
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 7 Flujo interno
VI. CUESTIONARIO
1. En función de los valores del cuadro N°2 y la ecuación (e) graficar, QR vs Qreal
comentar los resultados de la gráfica e indicar cuál es la orientación de la
recta ¿Por qué QR ≠ Qreal?
Qreal QR QV
(Litros/min) (Litros/min) (Litros/min)
3.4368 27.9477.9358 23.3328.3784 18.842
15.3315 13.76
3.4368
15.3315 15 13.76
27.947
7.93583 25 23.332
8.3784 20 18.842
30
3
5
7
9
11
13
15
13 15 17 19 21 23 25 27
Qre
al (
L/m
in)
Qv (L/min)
Qv vs Qreal
Con referencia al grafico obtenido es notorio que los caudales tanto el real y del
Venturi metro, son diferentes por que no se ha considerado algunas perdidas de carga
y tiempo adicional, con lo cual ha variado un poco. La orientación es creciente.
La diferencia que existe entre QR y Qreal se debe a que el primero es un valor obtenido
por el rotámetro (medición directa) y mientras que el Qreal es un valor teórico
obtenido a base de cálculos.
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 8 Flujo interno
2. En función del cuadro Nº 2 y la ecuación (f) graficar Qreal vs Q´v determinar el
valor aproximado de la pendiente y compararlo con el valor Cd. Para cada
caso dando el margen de error de la práctica realizada.
Qreal QR QV
(Litros/min) (Litros/min) (Litros/min)
3.4368 27.9477.9358 23.3328.3784 18.842
15.3315 13.76
15.3315 15 13.76
27.947
7.93583 25 23.332
8.3784 20 18.842
303.4368
y = -1.184x + 31.354R² = 0.9155
13
15
17
19
21
23
25
27
3 5 7 9 11 13 15
Qv
(L/m
in)
Qreal (L/min)
Qreal vs Q'v
Series1
Lineal (Series1)
Entonces la pendiente del grafico obtenido será igual al Cd para el tubo de Venturi
(m=0.98). Pero con una línea de tendencia (m=1.18) aproximadamente.
El porcentaje de error = 𝑸𝑹−𝑸′𝑽
𝑸𝑹∗ 𝟏𝟎𝟎 =
𝟐𝟓−𝟐𝟑.𝟖𝟎𝟖
𝟐𝟓∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟒. 𝟕%
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 9 Flujo interno
3. En función de los valores del cuadro Nº 4 y la ecuación (g) graficar Qp Vs
Qreal comentar los resultados de la gráfica e indicar cuál es la orientación de
la recta. Porque Qp vs Qreal.
Q’p
(Litros/min
)
Qp Qreal
43.7494 14.8699
36.9274 10.6411
27.341 6.3448
21.0616 5.2203
26.7942
20.6403
42.8744
36.1888
y = 0.4301x - 4.6091R² = 0.9642
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
20 25 30 35 40
Qre
al (L
/min
)
Qp (L/min)
Qp vs Q real
Qp vs Q real
Lineal (Qp vs Q real)
Se observa que su pendiente es aproximadamente es m=0.43 y su orientación es
ascendente.
La diferencia que existe se debe a que el primero Qp es un valor obtenido por el
rotámetro (medición directa) y el segundo a base cálculos.
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 10 Flujo interno
4. Graficar Qreal vs Q`p. Determinar el valor aproximado de la pendiente y
compararlo con el valor Cd. Para cada caso dando el margen el margen de
error de la práctica realizada.
Qp Q’p
(Litros/min
)
(Litros/min
)
Qp Qreal Q'p
43.7494 14.8699 42.8744
36.9274 10.6411 36.1888
27.341 6.3448 26.7942
21.0616 5.2203 20.6403
43.7494 42.8744
36.9274 36.1888
21.0616 20.6403
27.341 26.7942
y = 0.4388x - 4.6091R² = 0.9642
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
20 25 30 35 40
Qre
al (L
/min
)
Q'p (L/min)
Qp vs Q real
Qp vs Q real
Lineal (Qp vs Q real)
5. Representar en un mismo gráfico Phv y Php vs QR. Comentar los resultados
e indicar en cuál de los medidores se da la mayor pérdida de carga y de que
depende.
Phv Php QR
99 233 30
69 166 25
45 91 20
24 54 15
0
50
100
150
200
250
300
350
30 25 20 15
QR (L/min)
Phv, Php vs QR
Phv Php
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 11 Flujo interno
6. Demostrar la ecuación general (d)
𝑄 = 𝐶𝑑𝐴2
(
1
√1 − (𝐴2𝐴1)2
)
√2𝑔(𝑃1 − 𝑃2)
𝛾
De la gráfica mostrada se tienes que:
𝑄 = 𝐴1𝑉1
Además el flujo es incomprensible, entonces el caudal es igual en cualquier punto, de
modo que la ecuación de la conservación de la masa toma la forma de:
�̇�1 = �̇�2
𝐴1𝑉1 = 𝐴2𝑉2 ⟹ 𝑄 = 𝐴1𝑉1 = 𝐴2𝑉2
⟹ 𝑉1 =𝑄
𝐴1⟹ 𝑉2 =
𝑄
𝐴2 ……………………...(1)
Entonces utilizamos la ecuación de Bernoulli. Se puede calcular las presiones en cada
punto, además las alturas son las mismas por lo tanto z1=z2
𝑃1 +𝜌𝑉1
2
2= 𝑃2 +
𝜌𝑉22
2 ………………………(2)
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 12 Flujo interno
Reemplazado la ecuación (1) en (2)
𝑃1 +𝜌𝑄2
2𝐴12 = 𝑃2 +
𝜌𝑄2
2𝐴22
𝑃1 − 𝑃2 =𝜌𝑄2
2𝐴22 −
𝜌𝑄2
2𝐴12
𝑃1 − 𝑃2 =𝜌𝑄2
2(1
𝐴22 −
1
𝐴12)
𝑄 =√
2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌 (1
𝐴22 −
1
𝐴12)
=√
2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌 (𝐴12 − 𝐴2
2
𝐴22𝐴1
2 )
= 𝐴2𝐴1√
2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌𝐴12 (1 −
𝐴22
𝐴12)
𝑄 =𝐴2𝐴1𝐴1 √
2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌 (1 − (𝐴2𝐴1)2
)
= 𝐴2
(
1
√1 − (𝐴2𝐴1)2
)
√2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌
En realidad hay que tener en cuenta las pérdidas de carga en el ducto. De este modo la
formula anterior se corrige con un coeficiente adicional, Cd llamado coeficiente de
descarga que tiene en cuenta las pérdidas en el tramo de 1 – 2 así obtendremos:
𝑄 = 𝐶𝑑𝐴2
(
1
√1 − (𝐴2𝐴1)2
)
√2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 13 Flujo interno
7. Investigar acerca del marco conceptual y criterio de diseño de: placa
orificio , Venturi metro y rotámetro
PLACA DE ORIFICIO:
La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es
una lámina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se
fabrica de acero inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al
espacio interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje, el espesor del
disco depende del tamaño de la tubería y la temperatura de operación, en la cara de la
placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se coloca perpendicular a
la tubería y el borde del orificio, se tornea a escuadra con un ángulo de 900 grados, al
espesor de la placa se la hace un biselado con un chaflán de un ángulo de 45 grados
por el lado de baja presión, el biselado afilado del orificio es muy importante, es
prácticamente la única línea de contacto efectivo entre la placa y el flujo, cualquier
rebaba, ó distorsión del orificio ocasiona un error del 2 al 10% en la medición,
además, se le suelda a la placa de orificio una oreja, para marcar en ella su
identificación, el lado de entrada, el número de serie, la capacidad, y la distancia a las
tomas de presión alta y baja. En ocasiones a la placa de orificio se le perfora un orificio
adicional en la parte baja de la placa para permitir el paso de condensados al medir
gases, y en la parte alta de la placa para permitir el paso de gases cuando se miden
líquidos.
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 14 Flujo interno
VENTURIMETRO
Es un tipo de boquilla especial, seguido de un cono que se ensancha gradualmente,
accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento.
Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. En la
figura se representa esquemáticamente un medidor tipo Venturi.
EFECTO VENTURI
Fenómeno que se produce en una canalización horizontal y de sección variable por la
que circula un fluido incompresible, sin viscosidad y si la circulación se lleva a cabo en
régimen permanente.
De acuerdo con el teorema de Bernoulli, la velocidad en la parte estrecha de la
canalización tiene que ser mayor que en la ancha, y por estar ambas a la misma altura,
la presión en la parte ancha es mayor que en la estrecha. Por tanto, cuando un fluido
incrementa su velocidad sin variar de nivel, su presión disminuye.
Aplicaciones de este fenómeno son la trompa de agua, que es un aparato utilizado en
los laboratorios para hacer el vacío, los tubos de Venturi, que se emplean para medir
caudales y crear depresiones locales, los pulverizadores y el mechero Bunsen.
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 15 Flujo interno
ROTÁMETRO
Un rotámetro es un medidor de caudal en tuberías 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 Arquímedes ("Todo
Laboratorio de ingeniería Mecánica I
Medidores de 16 Flujo interno
cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba al peso
del líquido desalojado") y la altura desplazada será equivalente a un flujo determinado.