Reporte No. 4 - Medidores de Flujo Compresible

8/15/2019 Reporte No. 4 - Medidores de Flujo Compresible

1/11

Laboratorio de Instrumentación BásicaMedición de Flujo CompresibleRobalino López Marco Antonio

Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)

uaya!uil"Ecuador #aro$ali%espol&edu&ec

Resumen

La práctica de la$oratorio tu'o co#o propósito aprender el correcto #ane o de los instru#entosutili ados para #edir la 'elocidad de *lu o en un ducto+ lo cual es i#portante ya !ue en el ca#poindustrial #uc,os procesos in'olucran aire o 'apor circulando por ductos y para controlar sus *lu osnecesita#os sa$er la 'elocidad pro#edio de los #is#os& Para ello utili a#os un tu$o Pitot y un#anó#etro de colu#na inclinada de *luido para #edir la di*erencia de presión en el Pitot co#o

#edida de la 'elocidad de *lu o de aire dentro de un t-nel de 'iento+ o$tu'i#os la di*erencia de presión entre los tu$os concéntricos !ue con*or#an el Pitot y con ella deter#ina#os la 'elocidad del*lu o a partir de una *ór#ula teórica deducida a partir de la ecuación de .ernoulli considerando un*actor de co#presión& Ello se repitió para distintos caudales o$tenidos al acercar o ale ar un'entilador de tiro inducido al t-nel de 'iento& Final#ente conclui#os con la o$tención de per*iles de'elocidad para cada caudal/ los cuales no *ueron realistas de$ido al #al estado de las #angueras !ueunieron el Pitot con el #anó#etro+ por lo tanto se reco#ienda *uerte#ente ree#pla ar las #is#as&

Palabras Claves: Medidor de *lu o co#presi$le/ 0u$o Pitot

Abstract

0,e la$ 1as ai#ed to learn t,e correct ,andling o* t,e instru#ents used to #easure t,e *lo1 rate in a pipeline+ 1,ic, it is i#portant $ecause in t,e industrial *ield #any processes in'ol'ing air or stea#*lo1ing t,roug, pipelines and control *lo1s need to 2no1 t,e a'erage speed o* t,e sa#e& 3e used aPitot tu$e and an inclined #ano#eter *or #easuring *luid pressure di**erential on t,e Pitot as a

#easure o* t,e *lo1 rate o* air into a 1ind tunnel+ t,e pressure di**erence o$tained $et1een t,econcentric tu$es *or#ing t,e Pitot and t,ere1it, deter#ine t,e *lo1 rate *ro# a t,eoretical *or#uladeduced *ro# t,e .ernoulli e!uation considering a co#pression *actor& 0,is 1as repeated *or di**erent *lo1 rates o$tained 1,ile oo#ing induced dra*t *an to t,e 1ind tunnel& Finally 1e conclude1it, o$taining 'elocity pro*iles *or eac, *lo1/ 1,ic, 1ere unrealistic due to t,e poor condition o* t,e,oses toget,er 1it, t,e pitot gauge+ t,ere*ore it is strongly reco##ended to replace t,e#&

e! "ords: Co#pressi$le *lo1 sensor/ Pitot Pipe&

Introducción

4


2/11

Los *luidos co#unes pueden encontrarse endos *ases5 lí!uida y gaseosa& 6a$iendoconocido la #edición de *lu o para lí!uidos (o*luidos inco#presi$les)/ a,ora nosen*ocare#os en la #edición de *lu os paragases (o *luidos co#presi$les)+ por lo cualca$e resaltar !ue la densidad de un gasdepende *uerte#ente de las condiciones de presión y te#peratura del #is#o+ y ello noso$liga a utili ar otros #étodos para la#edición de *lu os en estos casos/ ya !uea,ora no se puede utili ar la ecuación decontinuidad co#o para *luidos inco#presi$les&

Por lo tanto/ nuestro propósito será aprender autili ar los e!uipos para este tipo de#ediciones/ en especial el tu$o de Pitot !ue*or#a parte de los di*erentes tipos de sondas!ue se utili an para #edir la 'elocidad de *lu o

puntual#ente #ediante el acople de un#anó#etro de tipo gra'itacional con colu#nasde lí!uido& 7 ade#ás/ con la deter#inación dela 'elocidad de *lu o en cada punto del ductoo$tener un per*il de 'elocidad !ue relacione la#is#a con la posición en el ducto+ lo cual essu#a#ente -til y necesario en el estudio de la#ecánica de *luidos&

8 partir de todo esto e'idencia#os clara#entela i#portancia de la co#prensión del*unciona#iento de estos instru#entos puesto!ue tene#os una in*inidad de aplicaciones !uein'olucran *lu os en ductos+ so$re todo en elca#po industrial donde es #uy co#-nencontrar tu$erías de aire o de 'apor !ue al ser *luidos co#presi$les a#eritan el uso de estetipo de instru#entos de #edición&

En cuanto al conte9to teórico en el cual se*unda#enta nuestra e9peri#entación/

anali are#os el tu$o de Pitot5

Fi# $% :iagra#a es!ue#ático de un tu$o dePitot

Este instru#ento es una sonda !ue seintroduce en el ducto por donde circula el gas!ue sir'e para #edir indirecta#ente la'elocidad del *lu o+ está co#puesto de dostu$os concéntricos #ediante los cuales se#iden dos presiones5 la presión total o deestanca#iento/ la cual es #edida por el tu$o pri#ario cuya sección es perpendicular a la'elocidad del *lu o+ y la presión estática/#edida por el tu$o secundario !ue poseeori*icios cuya sección es paralela a la

;


3/11

'elocidad del *lu o& La resta de estas dos presiones es la presión de 'elocidad !ue puedeser #edida conectando cada tu$o a lose9tre#os de un #anó#etro de colu#na de*luido/ la cual en nuestro caso será inclinada para tener una #ayor sensi$ilidad al #o#entode #edir presiones&

8 partir de esta presión de 'elocidad/o$tene#os la 'elocidad del *lu o a partir de lasiguiente ecuación/ la cual *ue deducida a partir de la ecuación de .ernoulli

considerando un *actor de co#presi$ilidad5

v= 4005 √ PV (1 )

v : Velocidaddel flujoen [ft / min ] PV : Presiónde velocidad en [¿ de H 2 O ]

&'uipos e Instrumentación


4/11

Pitot en cada caudal/ generado al separar el'entilador del ducto a cinco distanciasdi*erentes&

Resultados

Luego de procesar los datos o$tu'i#os una'elocidad pro#edio de *lu o entre todos los

caudales5 v́= 3087 [ft /min ]8de#ás o$tu'i#os 'arias grá*icas5 una endonde se o$ser'an las tendencias de la presióntotal y la presión estática con respecto alcaudal+ así co#o los per*iles de 'elocidad para

cada caudal& Estas grá*icas pueden ser o$ser'adas en los respecti'os ane9os&

Análisis de resultados

Los resultados o$tenidos pueden ser interpretados co#o un 'alor puntual para cada posición en donde se colocó el tu$o Pitot conel cual se deter#inó la 'elocidad de *lu o en

ese punto+ pero se asu#ió una 'elocidad pro#edio uni*or#e a lo largo de cada una delas cinco secciones en las !ue se di'idió elducto/ por lo cual *ue posi$le deter#inar uncaudal pro#edio para cada una de ellas y unatotal ta#$ién&

8de#ás se ad'ierte !ue al au#entar el caudal/las presiones total y estática au#entan de#anera cuadrática+ y la di*erencia entre a#$aso la presión de 'elocidad/ ta#$ién 'ariarácuadrática#ente con el caudal pro#edio en elducto& Esto se puede considerar un $uen#odelo de nuestros datos ya !ue tieneasociado un coe*iciente de correlación #uy

cercano a 4 por lo cual se la considera con un $a o porcenta e de error&

:e #anera adicional/ o$tu'i#os los per*iles de'elocidad para cada caudal+ los cualesrepresentan có#o 'aría la 'elocidad en*unción de la posición en el ducto& 8 pri#era'ista/ es de esperarse !ue en el centro delducto/ la 'elocidad sea #ayor y se acer!ue acero #ientras nos acerca#os a las paredes delducto+ por esta ra ón es de esperarse un per*ilde 'elocidad con *or#a de para$oloide/ el cualtiene una super*icie de ni'el so$re un plano perpendicular a la sección del ducto igual auna pará$ola y por esto se esperaría una *or#a para$ólica de cada per*il de 'elocidad acual!uier caudal& Pero este no es el caso/ todosellos *ueron #odelados con *unciones polino#iales de grado ?+ y con un coe*icientede correlación igual a 4 por lo cual se puedeasegurar !ue estas cur'as re*le an a la per*ección nuestros resultados o$tenidos/ por

lo cual no se #uestra #argen de error en esesentido& Pero la #ayor contro'ersia es el ,ec,ode !ue solo dos per*iles tienen un #á9i#o enel centro del ducto #ientras !ue los otros tres poseen un #íni#o lo cual es #uy pocorealístico y se considera un error considera$leen estos casos&

Este error puede ser generado por el #alestado de las #angueras !ue conectan el tu$oPitot con el #anó#etro/ puesto !ue ellasrestringían aleatoria#ente los *lu os de aire!ue genera$an la #edición de la presión y por ende se to#aría una presión de 'elocidade!ui'ocada& Por lo tanto en estos casos

nuestros resultados no se consideranacepta$les&

?


5/11

Conclusiones ! recomendaciones

Final#ente/ pode#os reali ar 'ariasase'eraciones con respecto a nuestra prácticade la$oratorio+ por e e#plo5 la presión de

'elocidad se incre#enta cada 'e con #ásrapide a #edida !ue se au#enta el caudal y por ende la 'elocidad de *lu o #edida&8de#ás/ ad'erti#os !ue la 'elocidad se'uel'e cada 'e #enor #ientras nosacerca#os a las paredes del ducto de$ido a las pérdidas de *lu o por las rugosidades de la

super*icie sólida&:e igual #anera asegura#os !ue logra#osaprender el correcto uso de sondas co#o eltu$o de Pitot/ puesto !ue 'eri*ica#os !ue el#is#o nos da datos su#a#ente puntuales !uedependen *uerte#ente de la orientación deltu$o con respecto al *lu o+ para lo cual se

reco#ienda orientarlo lo #ás paralelo posi$lea las líneas de *lu o para poder reali ar unacorrecta #edición+ y se de$e sa$er en !ué posición colocar el #is#o para poder o$tener un *lu o pro#edio acepta$le+ por lo cual sereali aron 'arias #ediciones&

Luego/ pode#os concluir !ue nuestros

resultados o$tenidos *ueron in*luidos

*uerte#ente por la de*iciencia de las#angueras para trans#itir los *lu os ,acia el#anó#etro gra'itacional !ue pro'ocaron per*iles de 'elocidad #uy poco realistas y nocon*ia$les&

Por -lti#o/ reco#enda#os el in#ediatoree#pla o de estas #angueras #encionadas+así co#o tener $uenas re*erencias al #o#entode orientar y colocar el tu$o de Pitot/ e'itandoerrores de paralelis#o y otros puesto !ue elloes deter#inante en la #edición&

Re*erenciasuía de práctica / @orge Aoca/ ESPOL/

;B4=

:iapositi'as/ #edidores de caudal/ FrancisLoay a/ ESPOL/ ;B4=

Ane)os

=


6/11

+abla $% :atos e9peri#entales

Cálculos5 ´ PV =∑i= 1

30

PV i

30= 0,72 [¿ Oil ]∗0.826 = 0,59 [¿ de H 2 O ]

v́= 4005 ∗√ 0,59 = 3087 [ft /min ]

8$ertura Posición P0 (in Oil) P (in Oil) PE (in Oil) elocidad (*tD#in) Caudal (ft

3 D#in)

4 ?/4B 4/ B ;/=B ? B?; ?/; 4/ G ;/=G ? 4G GPri#era > ?/;G 4/ G ;/ B ? 4G G

? ?/;? 4/ ;/=G ? HB G;= ?/4B 4/ B ;/=B ? B?

PAOME:IO ,--. ../4 ;/ G 4/BB 4/ G > ?B B; ;/GB 4/4B 4/ B >G4G >

Segunda > ;/ G 4/BG 4/ B > G> >B? ;/ H 4/BH 4/ B >GBB >>

= ;/ G 4/B; 4/ > 4>PAOME:IO 0.,0 -(,4 4/= B/=G B/HG ; ; ? ;; 4/ B B/ B 4/BB ;G4H ? B

0ercera > 4/ ; B/ B 4/B; ;G4H ? B? 4/ ? B/ B 4/B? ;G4H ? B= 4/=G B/=G 4/BB ; ; ? ;

PAOME:IO (/1$ ,-.4 4/;B B/?; B/ G ;>=H >H>; 4/;? B/? B/ G ;? H ?44

Cuarta > 4/;; B/?? B/ G ;?4? ?B;? 4/;= B/? B/ H ;? H ?44= B/H? B/?B B/=? ;>B; >G?

PAOME:IO (,10 ,114 B/H; B/>; B/ B ;B=H >?>; B/HG B/>G B/ B ;;?? > ?

uinta > B/H= B/>? B/ 4 ;4;; >=?? B/H? B/>? B/ B ;4;; >=?= B/H= B/>= B/ B ;4=> >=H

PAOME:IO ($,1 02.4 B/ B/;; B/?? 4 B ;G=; B/ G B/;? B/?? 4 G> ;H

Se9ta > B/ B B/;? B/? 4 G> ;H? B/ ? B/; B/?G 4G= >BH= B/ G B/;? B/?? 4 G> ;H

PAOME:IO $./0 (3.


7/11

Area = 16

[ft 2 ]

Caudal = Area∗velocidad [ ft 3

min]

AJFICOS5

200 300 400 500 600 700 800 9000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

f(x) = 0x^2 + 0x - 0.01R² = 1

f(x) = 0x^2 + 0x - 0.01R² = 1

Presiones Vs C !" #

P$ Po#%no&i # (P$)P' Po#%no&i # (P')

C !" # f 3*&in

Presi,n in "e oi#

Fi# 0% 0endencia entre las presiones total y estática con respecto al caudal pro#edio


8/11

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.900

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Per #es "e Ve#o i" "

1 Po#%no&i # (1) 2 Po#%no&i # (2)

3 Po#%no&i # (3) 4 Po#%no&i # (4)

5 Po#%no&i # (5) 6 Po#%no&i # (6)

Posi i,n (%) f

Ve#o i" " (/) f *&in

Fi# ,% Per*iles de 'elocidad para cada caudal pro#edio

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.904540

4560

4580

4600

4620

4640

4660

4680

4700

4720

4740

f(x) = - 6195.66x^4 + 13405.32x^3 - 11149.39x^2 + 4080.56x + 4176.51R² = 1


1 Po#%no&i # (1)

Posi i,n (%) f

Ve#o i" " (/) f *&in

Fi# 2%Per*il de 'elocidad del pri#er caudal


9/11

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.903550

3600

3650

3700

3750

3800

3850

f(x) = - 24770.89x^4 + 50819.85x^3 - 37443.29x^2 + 11626.17x + 2526.16R² = 1


2 Po#%no&i # (2)

Posi i,n (%) f

Ve#o i" " (/) f *&in

Fi# -% Per*il de 'elocidad del segundo caudal

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.902740

2750

2760

2770

2780

2790

2800

2810

2820

2830

f(x) = - 5118.07x^4 + 10236.13x^3 - 7534.93x^2 + 2416.86x + 2535.14R² = 1


3 Po#%no&i # (3)

Posi i,n (%) f

Ve#o i" " (/) f *&in

Fi# .% Per*il de 'elocidad del tercer caudal


10/11

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.902200

2250

2300

2350

2400

2450

2500

f(x) = - 32507.34x^4 + 63991.38x^3 - 44369.56x^2 + 12658.13x + 1210.57R² = 1


4 Po#%no&i # (4)

Posi i,n (%) f

Ve#o i" " (/) f *&in

Fi# /% Per*il de 'elocidad del cuarto caudal

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.901950

2000

2050

2100

2150

2200

2250

2300

f(x) = - 27966.35x̂ 4 + 62000.7x^3 - 48089.89x^2 + 15039.85x + 622.78R² = 1


5 Po#%no&i # (5)

Posi i,n (%) f

Ve#o i" " (/) f *&in

Fi# 3%Per*il de 'elocidad del !uinto caudal


11/11

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.901600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

f(x) = - 19827.07x^4 + 38399.35x^3 - 25997.04x^2 + 7364.35x + 1039.55R² = 1


6 Po#%no&i # (6)

Posi i,n (%) f

Ve#o i" " (/) f *&in

Fi# $1%Per*il de 'elocidad del se9to caudal

Reporte No. 4 - Medidores de Flujo Compresible

Documents

Transcript of Reporte No. 4 - Medidores de Flujo Compresible