LABORATORIO N°4 (SISTEMAS DE MEDIDA DE FLUJO)-MECANICA DE FLUIDOS II- UNSAAC- CEI PROYECCION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

INFORME DE LABORATORIO N° 04DOCENTE:

ING. SANDRO GUTIERREZ SAMANEZ

PRESENTADO POR:

ACUÑA OBREGON, Julie Teresa 124172

HUALLA CHAMPI, Alexander 124179

MORALES HUAMAN, Ronald 124186

QUISPE BEJAR, Talía Glenda 121382

SOTO LLALLA, Breyner 124192

MECÁNICA DE FLUIDOS II

SEMESTRE

2014 - II CUSCO-PERU

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II

PRESENTACIÓN

El presente trabajo está presentado para la formación de los estudiantes de ingeniería

civil, además para las personas interesadas en conocer éste fenómeno además de sus

diferentes aplicaciones de la MECÁNICA DE FLUIDOS. Este tema es de mucha

importancia porque gracias al entendimiento de este fenómeno podemos diseñar y

construir obras en los que se requiera del conocimiento de éste tema.

En este informe le presentamos la manera más sencilla de entender e interpretar los

datos obtenidos en el laboratorio de “SISTEMAS DE MEDIDA DE FLUJO”, además de

como calcular y dar solución a los diferentes problemas que se plantearon.

Deseamos que encuentre agradable el presente informe y sepa pasar por alto los

errores cometidos puesto que recién nos estamos encaminando en el campo de la

ingeniería.

Sus Alumnos

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INFORME DE LABORATORIO N°04

SISTEMAS DE MEDIDA DE FLUJO

I. OBJETIVOS:

Estudiar el funcionamiento de los dispositivos de restricción para medir caudal: Venturi y placa orificio, y del medidor de flujo lineal de flotador conocido como rotámetro.

Realizar medidas de flujo observando el funcionamiento de cada medidor. Determinar las pérdidas que se produce en cada medidor usado. Demostrar el funcionamiento y las características de tres tipos básicos de

medidores de flujo. Calcular y comparar las caídas de presión en cada medidor de flujo.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO.

Entre las mediciones que normalmente se llevan a cabo en un fluido que circula por un conducto cerrado se tiene la del gasto, para lo cual existen varios métodos a saber: métodos directos, indirectos, volumétricos, electrónicos y electromagnéticos. Por ejemplo, un método directo para medir un gasto en un flujo dado consiste en determinar el volumen o el peso del fluido que pasa por una sección en un intervalo de tiempo específico. Los métodos indirectos para medir el gasto suelen requerir la determinación de una carga manométrica, una diferencia de presiones o la velocidad en varios puntos de una sección transversal, para que posteriormente con base a estos datos, se calcule el gasto buscado. Los métodos más precisos son los gravimétricos o los volumétricos, en los cuales el peso o el volumen del fluido se miden mediante balanzas apropiadas o por medio de un tanque aforado de acuerdo con un intervalo de tiempo que se mide con un cronómetro.

Medidores de Caudal para Flujo Interno:En un conducto cerrado el caudal teórico puede relacionarse con un diferencial de presión entre dos secciones de diferente diámetro entre las cuales, mediante una restricción apropiada se logra acelerar la corriente del fluido. Este principio de método indirecto se emplea en dispositivos tales como medidores Venturi, placa orificio y toberas de flujo, en los cuales el flujo teórico puede obtenerse al aplicar apropiadamente las ecuaciones de continuidad y de Bernoulli. Factores de corrección empíricos pueden aplicarse para obtener el flujo real.

A. Medidor Venturi.Este dispositivo se utiliza para medir el gasto a través de una tubería. Generalmente se hace de una sola pieza fundida (esquema Fig. 8.1) que consta de una sección aguas arriba, de igual diámetro que la tubería y provista de un anillo con aberturas

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piezométricas para medir la presión estática en esa sección; una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista también de un anillo piezométrico; y una sección cónica con una divergencia gradual hasta alcanzar el diámetro original de la tubería.

B. La placa de orificio:La placa de orificio es una placa delgada que puede sujetarse entre bridas de tubería. El orificio de arista afilada ocasiona que el chorro se contraiga aguas abajo del orificio, de tal manera que las líneas de corriente, tal como se observa en la figura 8.2, continúan convergiendo en una distancia corta después del plano del orificio; por tanto, el área de flujo mínimo es en realidad menor que el área del orificio.

C. El Rotámetro:

Consiste de un tubo vertical, de forma cónica, dentro del cual circula el fluido de abajo hacia arriba. Dentro del tubo se encuentra el flotador provisto de unas aspas que lo hacen girar concéntricamente, manteniéndolo centrado dentro del tubo. Debido a que la velocidad es menor en la parte superior la sección mayor se encuentra aquí que en la inferior, el rotor buscará una posición neutral donde el arrastre equilibre su peso. Así, el rotor subirá o bajará dentro del tubo dependiendo del gasto. Una escala calibrada en las paredes del tubo indica dicho gasto. Estos medidores se pueden encontrar con calibración de fábrica para varios fluidos comunes e intervalos de flujo.

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Tal es el caso del rotámetro empleado en el Laboratorio cuya curva de calibración permite obtener el flujo másico real y en consecuencia el correspondiente caudal.

TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO DE AGUA DOMICILIARIOS.

1. Desplazamiento o volumétricos. Disco Oscilante o Nutativo. Pistón Oscilante.

2. De turbina o velocidad. Chorro Único. Chorro Múltiple.

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3. Electromagnéticos.

1. MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO O VOLUMÉTRICOS.

En estos medidores el gasto se determina subdividiendo la corriente total del fluido en fracciones de volumen conocido.

La medición se efectúa mediante el recuento del número de fracciones en la unidad de tiempo. Los tipos de medidores por desplazamiento son: disco oscilante o nutativo y pistón oscilante.

1.1. Medidores de disco oscilante o nutativo.

Tan pronto como el fluido penetra en el espacio entre el disco y las paredes de la cámara, empuja al disco hacia delante imprimiéndole un movimiento de oscilación rotatoria.

El movimiento del disco y del eje es similar al de un trompo en el momento en que llega al final de su impulso de giro.

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MEDIDORES DE FLUJO DE AGUA DOMICILIARIOS

Desplazamiento o volumétricos.

Disco Oscilante o Nutativo.

Pistón Oscilante

Electromagnéticos.

De turbina o velocidad.

Chorro Único.

Chorro Múltiple.


1.2. Medidores de pistón oscilante.

La siguiente figura representa la cámara de medida de un medidor de pistón oscilante, mostrando a esta pieza en cuatro posiciones de una misma revolución, equidistantes entre sí. El pistón va guiado por el eje, el cual sigue una trayectoria circular entre el anillo interno y un rodillo central.

Una prolongación del eje que atraviesa la cubierta de la cámara comunica el volumen total del fluido que ha circulado por el medidor.

El fluido penetra y pasa alrededor del espacio anular, entre los anillos externo e interno, hacia el orificio de descarga.

Funcionamiento de un medidor de Pistón Oscilante.

2. MEDIDORES DE TURBINA O VELOCIDAD

Estos medidores emplean un procedimiento mecánico y que por acción de la velocidad del agua giran un mecanismo móvil, el cual puede ser una turbina o hélice.

2.1. Medidores de turbina o velocidad de chorro único

Su mecanismo es accionado por medio de un chorro único de agua.

2.2. Medidores de turbina o velocidad de chorro múltiple.

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El mecanismo es accionado por varios chorros tangenciales de agua. Se distinguen del chorro único, en que la turbina está dentro de la cámara con varios orificios de entrada y salida, diametralmente opuesta

3. MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS.

A medida que un líquido conductor pasa a través del campo magnético existente dentro de un medidor, se genera un voltaje Este voltaje es directamente proporcional a la velocidad promedio del flujo. Al ser el diámetro del tubo una variable conocida, el medidor magnético “calcula” el caudal que se desplaza por la tubería.

Consiste en un tubo metálico, el cual generalmente es de acero inoxidable o aluminio, ya que las propiedades magnéticas de estos materiales son bajas, recubierto con neopreno, plástico, teflón, cerámica o cualquier material no magnético y no conductor.

Desempeño de medidores electromagnéticos según tamaño de bobinas.

Estructura del medidor efecto magnético.

Alrededor del tubo se encuentran una serie de bobinas de diseño parecido al devanado de un motor, y con un núcleo semejante a los que se usan en un transformador, siendo las que producen el campo magnético. También cuenta con un par de electrodos que detectan la fuerza electromotriz que genera el agua a su paso por el campo magnético, enviando la

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señal para medición a un registrador que traduce la señal en información de caudales o volúmenes.

III. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.

A. FME00 BANCO HIDRÁULICO - DESCRIPCION.

Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teoría hidráulica y las propiedades de la mecánica de fluidos. Compuesto por un banco hidráulico móvil que se utiliza para acomodar una amplia variedad de módulos, que permiten al estudiante experimentar los problemas que plantea la mecánica de fluidos.

Equipo autónomo (depósito y bomba incluidos). Innovador sistema de ahorro de agua consistente en un depósito sumidero de alta capacidad y un rebosadero que devuelve el excedente de agua ha dicho depósito. Válvula de desagüe fácilmente accesible.

Tubo de nivel provisto de escala que indica el nivel de agua del depósito superior. Caudal regulado mediante una válvula de membrana. Pantalla amortiguadora de flujo para reducir el grado de turbulencia. Canal en la parte superior especialmente diseñado para el acoplamiento de los módulos, sin necesidad de usar herramientas. El montaje de los distintos módulos, sin necesidad de utilizar herramientas, asegura su simplicidad.

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Fabricado con materiales resistentes a la corrosión lo que garantiza una larga vida útil del equipo.

Especificaciones técnicas.

Banco hidráulico móvil, construido en poliéster reforzado con fibra de vidrio y montado sobre ruedas para moverlo con facilidad.

Bomba centrífuga: 0,37 KW, 30- 80 l./min, a 20,1-12,8 m, monofásica 220V./50Hz o 110V./60Hz.

Rodete de acero inoxidable. Capacidad del depósito sumidero: 165 l. Canal pequeño: 8 l. Medida de caudal: depósito volumétrico calibrado de 0-7 l. para caudales bajos

y de 0-40 l. para caudales altos. Válvula de control para regular el caudal. Probeta cilíndrica y graduada para las mediciones de caudales muy bajos. Canal abierto, cuya parte superior tiene un pequeño escalón y cuya finalidad es

la de soportar, durante los ensayos, los diferentes módulos. Válvula de cierre, en la base de tanque volumétrico, para el vaciado de éste. Rapidez y facilidad para intercambiar los distintos módulos.

Dimensiones y peso.

Dimensiones: 1130 x 730 x 1000 mm aproximadamente. Peso: 70 Kg aproximadamente.

FME18. DEMOSTRACIÓN DE SISTEMAS DE MEDIDA DE FLUJO

El módulo consiste en un medidor Venturi, un medidor de área variable y una placa de orificio, instalados en una configuración en serie para permitir una comparación directa.Hay varias tomas de presión conectadas a un panel de ocho tubos.La válvula de control de caudal permite la variación del índice de caudal a través del circuito y el ajuste en conjunción con la válvula de control del Banco permite que la presión estática del sistema sea variada.Las tomas de presión del circuito se conectan a un manómetro de ocho tubos, que incorpora una válvula de entrada de aire en la parte superior para facilitar la conexión a la bomba manual.Esto permite ajustar los niveles en el panel manométrico hasta alcanzar la presión estática deseada.

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POSIBILIDADES PRÁCTICAS Llenado de los tubos manométricos. Determinación del error en medidas de caudal empleando el Venturímetro. Determinación del factor Cd en el Venturi. Determinación de la estrangulación en el Venturi. Determinación del error en medidas de caudal usando la placa de orificio. Determinación del factor Cd en la placa de orificio. Determinación del área efectiva en una placa de orificio. Comparación de las pérdidas de la energía en los tres medidores. Comparación entre el Venturi, la placa de orificio y el medidor de área variable

ESPECIFICACIONES

Rango del manómetro: 0 a 500 mm de columna de agua. Número de tubos manométricos: 8. Placa de orificio: 25 mm de diámetro. Caudalímetro: 2 a 30 l./min. Dimensiones del tubo Venturi: Diámetro del orificio: 20mm. Diámetro de la tubería aguas arriba: 32mm. Graduación aguas abajo: 21°. Graduación aguas arriba: 14°. Dimensiones de la placa de orificio: Diámetro de la tubería aguas arriba: 35mm. Diámetro de la tubería aguas abajo: 19mm. Sistema de conexión rápida incorporado. Estructura de aluminio anodizado y panel en acero pintado.

DIMENSIONES Y PESO.Dimensiones: 750 x 450 x 950mm. AproximadamentePeso: 10 Kg. aproximadamente.

IV. MATERIALES Y EQUIPOS.

Banco hidráulico. Multímetro Sistemas de medición de flujo FME18. Nivel de mano. Agua Cronometro Recipiente.

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V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

Primeo se procede al llenado de los tubos manométricos. Luego se procede a nivelar el aparato sobre el banco hidráulico auxiliándose del

nivel de mano y de los tornillos de soporte ajustables. Cierre la válvula de control de flujo del banco hidráulico y cierre también la válvula

de control de flujo del equipo.

VI. DATOS Y CALCULOS.

ROCEDIMIENTO DE CALCULOS

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS (h1-h2)

DATOS

lectura N° P1/ɤ P2/ɤ volumen tiempo Q rotámetro

h1 h2 (ml) (seg) lt/h1 372 362 670 4.86 5002 248 232 560 2.98 7203 316 288 550 2.38 9004 344 300 740 2.45 11005 388 338 760 2.31 1200

RESULTADOS

Cd=0.98 Gravedad local= 9.79

P1/ɤ - P2/ɤ Q medido Venturi

A1 A2 A2/A1 Qreal

Q rotámetro

h1-h2 (m3/seg) (m2) (m2) (m3/seg) (m3/seg)10 0.00014 0.000804 0.000314 0.39055 0.00552 0.0001388916 0.00019 0.000804 0.000314 0.39055 0.00698 0.0002000028 0.00023 0.000804 0.000314 0.39055 0.00923 0.00025000

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44 0.00030 0.000804 0.000314 0.39055 0.01157 0.0003055650 0.00033 0.000804 0.000314 0.39055 0.01233 0.00033333

COMPARACION DE CAUDALES

(m3/seg)

Q m

edid

o ve

ntur

iQre

alQ

rota

met

ro

0.00000 0.00200 0.00400 0.00600 0.00800 0.01000 0.01200 0.01400

0.00014

0.00552

0.00014

0.00019

0.00698

0.00020

0.00023

0.00923

0.00025

0.00030

0.01157

0.00031

0.00033

0.01233

0.00033

CAUDALES

Series5 Series4 Series3 Series2 Series1


DATOS


h3 h4 (ml) (seg) lt/h1 368 366 670 4.86 5002 244 234 560 2.98 7203 312 298 550 2.38 9004 336 314 740 2.45 11005 380 356 760 2.31 1200

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RESULTADOS



A1 A2 A2/A1 Qreal

Q rotámetro

h3-h4 (m3/seg) (m2) (m2) (m3/seg) (m3/seg)2 0.00014 0.000804 0.000314 0.39055 0.00247 0.00013889

10 0.00019 0.000804 0.000314 0.39055 0.00552 0.0002000014 0.00023 0.000804 0.000314 0.39055 0.00653 0.0002500022 0.00030 0.000804 0.000314 0.39055 0.00818 0.0003055624 0.00033 0.000804 0.000314 0.39055 0.00854 0.00033333


(m3/seg)

Q m

edid

o ve

ntur

iQ

real

Q ro

tam

etro

0.00000 0.00200 0.00400 0.00600 0.00800 0.01000

0.00014

0.00247

0.00014

0.00019

0.00552

0.00020

0.00023

0.00653

0.00025

0.00030

0.00818

0.00031

0.00033

0.00854

0.00033

CAUDALES


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DATOS


h5 h6 (ml) (seg) lt/h1 CC 198 670 4.86 5002 66 66 560 2.98 7203 120 124 550 2.38 9004 128 132 740 2.45 11005 162 170 760 2.31 1200

RESULTADOS



A1 A2 A2/A1 Qreal

Q rotámetro

h5-h6 (m3/seg) (m2) (m2) (m3/seg) (m3/seg)-2 0.00014 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente 0.000138890 0.00019 0.000804 0.000314 0.39055 0.00000 0.00020000-4 0.00023 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente 0.00025000-4 0.00030 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente 0.00030556-8 0.00033 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente 0.00033333

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(m3/seg)

Q m

edid

o ve

ntur

iQre

alQ

rota

met

ro

0.00000 0.00005 0.00010 0.00015 0.00020 0.00025 0.00030 0.00035 0.00040

0.00014

0.00000

0.00014

0.00019

0.00000

0.00020

0.00023

0.00000

0.00025

0.00030

0.00000

0.00031

0.00033

0.00000

0.00033

CAUDALES



DATOS


h7 h8 (ml) (seg) lt/h1 182 190 670 4.86 5002 36 48 560 2.98 7203 72 94 550 2.38 9004 50 86 740 2.45 11005 72 115 760 2.31 1200

RESULTADOS



A1 A2 A2/A1 Qreal

Qrotámetro

h3-h4 (m3/seg) (m2) (m2) (m3/seg) (m3/seg)-2 0.00014 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistent

e0.00013889

-12 0.00019 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente

0.00020000

-22 0.00023 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente

0.00025000

-36 0.00030 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente

0.00030556

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-43 0.00033 0.000804 0.000314 0.39055 inconsistente

0.00033333


Q medido venturi

Qreal

Q rotametro

h3-h4

(m3/seg)

0.00000 0.00005 0.00010 0.00015 0.00020 0.00025 0.00030 0.00035 0.000400.00014

0.00000

0.00014

0.00019

0.00000

0.00020

0.00023

0.00000

0.00025

0.00030

0.00000

0.00031

0.00033

0.00000

0.00033

CAUDALES


CONCLUSIONES:

El caudal del rotámetro posee valores muy cercanos al caudal medido en el tubo de Venturi

El caudal real es muy grande en comparación con los otros dos caudales

Creemos que el coeficiente de descarga en consecuencia debería ser menor que 0.98

Para las alturas h5-h6 y h7-h8 no se pudo hallar el caudal real con la formula, ya que el valor dentro de la raíz cuadrada era negativa.

Una forma de estar seguros al momento de medir el caudal es comparándolo con lo medido por el rotámetro, ya que ambos son muy próximos

Al momento que el flujo sale de la parte angosta del tubo de Venturi gana presión y altura, y por consiguiente parece que aumenta su energía.

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