M

MARCO

Escuela Superior De Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Instituto Politécnico Nacional

Academia de Operaciones Unitarias~Laboratorio de Flujo de Fluidos~

Práctica 2:“DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES DE LOS MEDIDORES DE FLUJO, PLACA DE ORIFICIO, VENTURI Y CALIBRACIÓN DEL

ROTÁMETRO”

Alumna: Calva Macuixtle Liliana Araceli

Profesor: Castelar Batalla Rubén

Boleta: 2014320108

Equipo #1

Fecha de entrega: Octubre 16, 2015

OBJETIVO GENERAL:Comparar los coeficientes de los medidores de la placa de orificio y el tubo de Venturi experimentales con los valores reportados en la bibliografía.

OBJETIVOS PARTICULARES:a) Determinar la curva de calibración del medidor de área variable (rotámetro)

para corroborar el gasto.b) Determinar los coeficientes de descarga de los medidores tubo Venturi y placa

de orificio.c) Determinar la curva de calibración del medidor de flujo magnético para

corroborar el gasto.d) Comparar los resultados de la calibración del rotámetro contra las

especificaciones del proveedor. e) Analizar las ventajas y desventajas de cada uno de los medidores de flujo

antes señalados.

SINTESIS DE LA TEORÍA:MEDIDORES DE FLUIDO

Siempre que se trabaja con un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos medidores de flujo.

Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa, otros miden la velocidad promedio, y aplicando luego la Ecuación de Continuidad y la Ecuación de la Energía de Bernoulli se calculan la velocidad y el caudal.

FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO

Intervalo de medición Exactitud y precisión requerida Pérdida de presión Tipo de fluido Tipo de medición Calibración y configuración Medio ambiente Lugar de ubicación

VARIABLES FISICAS APLICABLES

En función del fluido y el tipo de caudal (volumétrico o másico) que se desea medir, se pueden agrupar los sensores por la variable física a transformar para la medición:

Mediciones volumétricas:

Presión diferencial Área Variable (Rotámetro) Velocidad (Turbinas) Tensión Inducida (Medidor Magnético)

Mediciones másicas:

Compensación de presión y temperatura. Fuerza de Coriolis

TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMETRICO

Medidores de presión diferencial .o Placa de Orificioo Tobera o Boquilla de Flujoo Tubo de Venturio Tubo de Pitoto Tubo Anubbar

Medidores de área variable o Rotámetro

Medidores de velocidad o Turbinao Transductores ultrasónicos

Medidores de fuerza o Medidor de Placa

Medidores de tensión inducida o Medidor magnético de caudal

Medidores de desplazamiento positivo o Disco y Pistón oscilanteo Pistón alternativo, rotativos, etc.

Medidores de torbellino y vórtex Medidor oscilante

PLACAS DE ORIFICIO

Cuando una placa de orificio se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, ésta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio. 

Algunos tipos de placas de orificio

1. La concéntrica: sirve para líquidos

2. La excéntrica: para los gases

3. La segmentada cuando los fluidos contienen un pequeño porcentaje de sólidos y gases disueltos.

Ventajas de las placas de orificio:

o Es económico.o El 50% de los medidores de caudal utilizados

en la industria son P.O. 

Desventajas de las placas de orificio:

o El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al desgaste y la acumulación de suciedad.

o Se puede obstruir y reducir el diámetro del orificio. Para evitar esto se utilizan orificios excéntricos y segméntales.

TUBO DE VENTURI 

Es 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 o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo.Permite la medición de caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de solo 10 a 20% de la

presión diferencial.

Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos, si bien los sólidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida.El coste del tubo de Venturi es elevado, su precisión es del orden de +/-0.75%.

ROTÁMETRO

La aplicación del teorema de Bernoulli y del principio de conservación del caudal, puede hacerse igualmente de manera recíproca a la vista anteriormente.

Es decir, se puede hacer variable la sección del paso del fluido y mantener constante la diferencia de presión entre ambos lados de una obturación.

El tubo utilizado tiene una conicidad uniforme y un obturador ranurado, dispuesto en el interior, que es arrastrado por el fluido al que se opone con su peso. El fluido circula de abajo para arriba.

En el paso de un flujo laminar a uno turbulento, la resistencia que ofrece el cuerpo crece abruptamente, pasando su proporcionalidad de v a v2.

Esta condición establece el límite de linealidad del rotámetro, por lo que en su selección debe quedar claramente definido el rango de trabajo posible.

El cuerpo flotante generalmente tiene perforaciones para generar la rotación del cuerpo, para que le otorgue mayor estabilidad (efecto giroscópico) y no se desestabilice variando el área de paso hacia un lado del flujo.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES:Corrid

aRotámetro

ΔZTANQUE=0.02 mTubo Venturi Placa de Orificio

%Rotámetro

Θ (min)

%Rotámetro

ΔH (m) %Rotámetro

ΔH (m)

1) 50 1.2033 40 0.03 40 0.0132) 70 1.0671

550 0.045 50 0.022

3) 100 0.52678

60 0.06 60 0.03

4) 70 0.08 70 0.034

5) 80 0.113 80 0.0556) 90 0.13 90 0.0727) 100 0.15 100 0.085

SECUENCIA DE CÁLCULOS:Cálculo del gasto volumétrico para diferentes porcentajes del rotámetro.

GvH2 O=(0.785)( D2

TANQUE )( ΔZTANQUE)θ

Para 50% del rotámetro:

Gv H2 O= (0.785)(1.08m)2 (0.02 m )1.2033min

=0.01521 m3

min

Para 70% del rotámetro:

GvH2 O=(0.785)(1.08m)2 (0.02 m )1.06715min

=0.01716 m3

min

Para 100% del rotámetro:

Gv H2 O=(0.785)(1.08m)2 (0.02 m )0.52678min

=0.03476 m3

min

Para el resto de los porcentajes:

o 40%

y=0.0004 (40 )−0.0074=0.0086 m3

min

o 60%

y=0.0004 (60 )−0.0074=0.0166 m3

min

o 80%

y=0.0004 (80 )−0.0074=0.0246 m3

min

o 90%y=0.0004 (90 )−0.0074=0.0286 m

3

min

Cálculo del coeficiente de descarga del tubo Vénturi (Cv).

Av=π∙dgv

2

4=π∙ 0.01922

4=0.00029 m2

β=dgv

d i= 0.0192 m

0.0508 m=0.3779

Cv = Gv (1-β4 )1/2

Av [(2g)(∆H)(ρm-ρH2O)ρH2O ]

1/2

Para el 40% del rotámetro.

Cv = (0.0086 m3 /s) (1- 0.37794 )1/2

(0.00029 m2 )[(2∙9.81 m/ s2 )(0.03 m)(1595 kg/ m3-1000 kg/ m3 )1000 kg/ m3 ]

1/2 = 0.8266

Para el resto de porcentajes.

50% = 1.19604

60% = 1.12824

70% = 1.01004

80% = 1.21833

90% = 1.32057

100% = 1.49418

Cálculo del coeficiente de descarga de la placa de orificio (Co).

Av=π∙do

2

4=π∙ 0.02252

4=0.000398 m2

Co= Gv

Ao [(2g)(∆H)(ρm -ρH2O)ρH2O ]

1/2

Para el 40% del rotámetro.

Co=(0.0086 m3 /s)

(0.000398 m2) [(2∙9.81 m/ s2)(0.013 m)(1595 kg/ m3 -1000 kg/ m3 )1000 kg/ m3 ]

1/2 =0.92554

Para el resto de porcentajes.

50% = 1.25931

60% = 1.17464

70% = 1.14061

80% = 1.28562

90% = 1.30634

100% = 1.46126

TABLA DE RESULTADOS: RESULTADOS DE LOS GASTOS

VOLUMÉTRICOS DEL AGUACORRIDA %R Gv (m3/min)

1) 40% 0.00862) 50% 0.01521

3) 60% 0.01664) 70% 0.017165) 80% 0.02466) 90% 0.02867) 100% 0.03476

COEFICIENTES DE DESCARGA DE LOS MEDIDORES DE FLUJO

CORRIDA

%R Gv (m3/s) Cv Co

1) 40% 0.000143 0.8266 0.92554

2) 50% 0.000254 1.19604

1.25931

3) 60% 0.000277 1.12824

1.17464

4) 70% 0.000286 1.01004

1.14061

5) 80% 0.00041 1.21833

1.28562

6) 90% 0.000477 1.32057

1.30634

7) 100%

0.000579 1.49418

1.46126

GRÁFICAS:

40 50 60 70 80 90 100 1100.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

f(x) = 0.00040332095913638 x − 0.00742544288934073

Gv VS %R

Series2Linear (Series2)

% del Rotámetro

Gast

o vo

lum

étric

o

1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.5

1

1.5

2

Cv, Co VS Gv

Series2

Series4

Series6

Series8

Series10

Series12

Series14

Gasto volumétrico

Coefi

cient

es d

e de

scar

ga T

ubo

Vént

uri y

Pla

ca

de O

rificio

CONCLUSIONES:

Por medio de cálculos realizados se conocieron los coeficientes de los medidores, de la Placa de orificio y del Tubo Venturi.

En la industria, la aplicación de estos instrumentos es muy importante, pues siempre se requiere conocer el flujo para medir los procesos industriales. Cabe mencionar que este tipo de instrumentos no mide el flujo de manera directa, sino que lo hace a través de presiones diferenciales.

La Placa de orifico es un instrumento que reduce la sección de flujo en la tubería, de modo que se produce una caída de presión, pues a menor diámetro, se tendrá una mayor velocidad, al comparar el coeficiente de descarga de la Placa de orificio con el Tubo Venturi.

El Tubo Venturi trabaja disminuyendo la sección transversal, en cuanto a la presión tiene una parte en dónde se sitúa la toma de baja presión y la de alta presión, comparado con la Placa de orificio, este aparato tiene una menor presión ya que se reduce a la mitad.