Lab3. Medidores de Venturi y Orificio
-
Upload
ronal-luis-gonzalez -
Category
Documents
-
view
35 -
download
1
Transcript of Lab3. Medidores de Venturi y Orificio
Ingeniería Ambiental Operaciones y Procesos Unitarios
MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO (Medidores de Venturi y Orificio)
INTEGRANTES
Bazan Liñan Roi
Figueroa Amado Abel
Flores Benites Jesus
Luis Gonzalez Ronal
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 1
Contenido RESUMEN .............................................................................................................................. 2
I. INTRODUCCION............................................................................................................. 2
II. MATERIALES Y METODOS. ......................................................................................... 3
2.1. Materiales y equipos. ............................................................................................... 3
2.2. Métodos.................................................................................................................... 3
III. RESULTADOS. ..........................................................................................................10
3.1. En el medidor d Venturi ..........................................................................................10
COEFICIENTE DE VENTURI ........................................................................................11
COEFICIENTE DE ORIFICIO. .......................................................................................13
1. Calculo de la caída de presión temporal a diferente radio. ...................................13
2. Determinar el caudal en cada lectura del rotámetro. .............................................13
3. Determinar la velocidad a diferentes caudales. .....................................................14
4. Calcular el coeficiente de orificio. ...........................................................................15
5. Calculo de la presión permanente ΔPP. ................................................................15
IV. CONCLUSIONES. ......................................................................................................17
V. BIBLIOGRAFICA. ..........................................................................................................17
VI. ANEXOS. ....................................................................................................................18
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 2
RESUMEN
El tercer trabajo de laboratorio consistió en mostrar a los alumnos la operación de
los medidores de orificio, Venturi y se analizó la variación de descarga del orificio
con el número de Reynolds. Para tal experimento se tuvo conocimiento sobre el uso
de la calibración del rotámetro (practica nº1), pues es muy importante con el cual se
trabajó a niveles de 50,100.150 y 200, donde se obtuvo diferentes alturas con ayuda
al mercurio y una regla milimetrada y estos datos aplicados para la obtención de
energía suministrada o potencial y finalmente poder realizar una gráfica en función
del caudal.
I. INTRODUCCION.
En la actualidad la medición del flujo es la variable más importante en la operación
de una plata, sin esta medida el balance de materia, el control de calidad y la
operación misma de un proceso continuo serian casi imposible de realizar.
Existen muchos métodos confiables para la medición de flujo, uno de los más
comunes es el que se basa en la medición de las caídas de presión causadas por
la inserción, en la línea de flujo, de algún mecanismo que reduce la sección: al pasar
el fluido a través de la reducción aumenta su velocidad y su energía cinética; las
placas de orifico y el Venturi estudiados en esta práctica perteneces a esta clase.
Objetivos:
_Determinar para los medidores de orificio y Venturi las constantes Cv Y Co.
_ Determinar la energía consumida o potencial y la perdida permanente de presión
relativa y el número de Reynolds.
_ Graficar y analizar P=f (Q); Δpp/Δp = f (Q) además, determinar la constante Co=f
(Re) y Cv= f (Re).
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 3
II. MATERIALES Y METODOS.
2.1. Materiales y equipos.
_ Regla milimetrada.
_ Rotámetro
_ Medidor de orificio.
_ Medidor de Venturi.
2.2. Métodos.
Fundamento de Orificio
Son dispositivos que consisten en una reducción en la sección de flujo de
una tubería, de modo que se produzca una caída de presión, a consecuencia
del aumento de velocidad.
Haciendo un balance de energía entre el orificio (punto 1) y la sección posterior al
orificio (punto 2), despreciando las pérdidas por fricción tenemos:
…(1)
Para un fluido incompresible y de la ecuación de continuidad:
….. (2)
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 4
Sustituyendo 2 en 1:
….. (3)
Despejando V1 y sabiendo que D1= Orificio
….. (4)
En caso de que consideren las pérdidas de fricción, es necesario agregar el
coeficiente de orificio Co, teniendo lo siguiente:
….. (5)
Siendo V1: velocidad en el orificio.
Si se requiere conocer el caudal:
….. (6)
Co: Coeficiente de orificio o coeficiente de descarga para el caudal. Este coeficiente
varía entre 0.6 y 0.62 para orificios concentrados de bordes afilados y si el número
de Reynolds es mayor de 20000 y si la toma posterior está en la vena contracta.
Do: Diámetro de orificio.
D2: Diámetro de la tubería.
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 5
Fig. 2. Coeficiente de descarga para orificios y rotámetros.
Usualmente el diámetro del orificio esta entre 50 y 76 % del diámetro de la tubería.
La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente a un diámetro
de la tubería de la cara del orificio y la de corriente abajo a una distancia de 0.5 del
mismo diámetro D2.
En los medidores instalados la manera más simple de obtener la caída de presión
consiste en el empleo de un manómetro diferencial en “U”.
La pérdida de carga o pérdida permanentes por fricción se obtienen por:
….. (7)
Para gases la ecuación debe modificarse mediante un factor empírico que, para el
caso de comportamiento ideal es:
….. (8)
Siendo K la relación de las capacidades caloríficas a presión y volumen constantes.
….. (9)
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 6
Por lo tanto:
….. (10)
Las ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presión están situadas
en las bridas, 1 diámetro de la tubería antes de la placa y 0.5 diámetro después, si
la toma posterior está situada después de la vena contracta se utiliza un factor K
que es función de la relación β para Reynolds mayores de 20 000.
Donde:
….. (11)
Tubo Venturi
Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de
Venturi por el científico italiana que fue el primero en experimentar en tubos
divergentes.
Este medidor es el más exacto teniendo una mínimo perdida de presión permanente
y permitiendo el paso de 1.6 veces más el flujo que la placa de orificio. El aparato
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 7
está formado por tres secciones principales, una convergente con Angulo menor a
7º, una sección intermedia que constituye la garganta o estrechamiento y una
divergente.
La ecuación para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un
medidor de orificio.
….. (12)
V1: Velocidad en la garganta.
D1: Diámetro de la garganta.
D2: Diámetro de la tubería.
Cv: Coeficiente de descarga; su valor medio es de 0.98.
Las pérdidas de presión no recuperables son del 10 % de la caída de presión
marcada en el manómetro diferencial.
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 8
Existen otros medidores de flujo como: Rotámetro
Consiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente en un
tubo vertical ligeramente cónico con el extremo de menor diámetro en la parte
inferior.
El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente sobre la
base del flotador; al subir el flotador permite que pase una determinada cantidad de
flujo por el área anular, área formada entre el flotador y la pared del tubo y será tal
que la caída de presión en ese estrechamiento baste para equilibrar la fuerza de
gravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario
en algún punto del tubo.
La pérdida de presión se mantiene constante sobre el intervalo completo del flujo.
Entonces para cada flujo. El flotador alcanza una altura determinada. El tubo cónico
lleva grabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el porcentaje del flujo
máximo. Los rotámetros no necesitan tramos rectos de tubería antes y después del
punto donde se instalan.
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 9
La ecuación correspondiente al flujo o caudal (Ca) viene dada por:
….. (14)
Cada magnitud tiene el significado indicado en la figura anterior y K es el coeficiente
rotámetro.
Generalmente el rotámetro se calibra con el fluido para el cual se empleará como
medidor del caudal. Sin embargo, si se calibra con un fluido A de densidad rA y
después se emplea para medir el caudal de otro fluido B de rB, la relación de
caudales viene dada por:
….. (15)
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 10
III. RESULTADOS.
3.1. En el medidor d Venturi
Tabla Nº1. Datos calculados, de la variación de alturas.
Tuberías (m)
LR. R(m) R´ (m) 9 a 10 9 a 11 12 a 13 12 a 14
50 0.009 0.0085 0.01 0.014 0.008 0.003
100 0.0265 0.0205 0.029 0.034 0.024 0.007
150 0.056 0.0395 0.064 0.065 0.048 0.014
200 0.089 0.059 0.098 0.094 0.08 0.024
Fuente: Datos experimentales.
Tabla Nº2: Datos y respuestas totales, después del cálculo.
LR. R(mm) R´ (mm) Q(mL/s) Q (m3/s) V(m/s)
50 9 8.5 936.52 0.00093652 0.061554034
100 26.5 20.5 1682.67 0.00168267 0.110595744
150 56 39.5 2428.82 0.00242882 0.159637453
200 89 59 3174.97 0.00317497 0.208679163
Fuente: Datos Hipotéticos.
Tabla N3: Dato tabulados y calculados
ΔP(Kpa) ΔPP
(Kpa)
V(m/s) Cv ΔPP/ΔP P(w) NrRe.
1.230 1.046 0.062 0.985 0.850 979.211 9.16321E-06
3.567 2.522 0.111 0.753 0.707 4243.197 1.64638E-05
7.873 4.859 0.160 0.523 0.617 11801.381 2.37643E-05
12.055 7.258 0.209 0.832 0.602 23042.631 3.10649E-05
Fuente: Datos Experimentales.
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 11
Tº = 24ºC
ΡH2O = 998 Kg/m3
ϒHg = 132.8KN/ m3
µC = 1.02x10-6m2 /s
ϒH2O = 9.79 KN/ m3
COEFICIENTE DE VENTURI
De la ecuación:
Βv= 0.599” / 0.995”
βv= 23.58m / 39,17 m
βv = 0.60
βv2 = 0.36
βv4 = 0.13
ΔP = R (ϒHg – ϒH2O )
ΔPR = R´ (ϒHg – ϒH2O)
P = ΔPPxQ
Nre = 𝑣∗𝐷∗𝜌
µ=
𝑣∗𝐷
µ𝑐
De la práctica 1: Para la calibración del rotámetro se obtuvo la siguiente ecuación:
y = 14.923x + 190.37
Q= 14.923(LR) + 190.37
Calculando el área:
A= 𝜋𝐷2
4 =
𝜋(0.0145𝑚 )2
4 = 0.00016505
Reemplazando la lectura del rotámetro para cada experimento obtenemos los
diferentes caudales (m3/s).
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 12
Obteniendo los diferentes caudales y el área en los puntos, hallamos su velocidad.
Grafica Nº1.Relacion entre el Caudal y el Potencial de energía.
Fuente: Datos de segunda y tercera tabla.
Grafica Nº2: Relación entre el número de Reynolds y El coeficiente de Venturi.
Fuente: Datos de la tercera tabla.
y = 1E+07x - 10302R² = 0.9447
-5000.000
0.000
5000.000
10000.000
15000.000
20000.000
25000.000
0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035
P(w
)
Q (m3/s)
Q VS P
y = -9437.6x + 0.9631R² = 0.2132
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
0 0.000005 0.00001 0.000015 0.00002 0.000025 0.00003 0.000035
Cv
NRe
NRe Vs Cv
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 13
COEFICIENTE DE ORIFICIO.
ΔP = R (ϒHg – ϒH2O )
ϒHg = 132.8KN/ m3
ϒH2O = 9.79 KN/ m3
T = 24ºC
1. Calculo de la caída de presión temporal a diferente radio.
R= 8mm
ΔP = 0.98408
R= 24mm
ΔP = 2.95224
R= 48 mm
ΔP = 5.90448
R= 80 mm
ΔP = 9.8408
2. Determinar el caudal en cada lectura del rotámetro.
De la practica obtuvimos en una ecuación lineal Q= a (LR) + b (m3/s).
Donde a =14.923 y b = y =190.37
LR= 50.
Q= 936.52 m3/s
LR= 100.
Q= 1682.67 m3/s
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 14
LR= 150.
Q= 2428.82 m3/s
LR= 200
Q= 3174.97 m3/s
3. Determinar la velocidad a diferentes caudales.
Q = v*A
Donde el Área:
D= 14,5 mm
𝐴 =𝜋𝐷2
4
El área es constante:
A= 1. 6513 m2
Q= 936.52 m3/s
V= 567.1410404 m/s
Q= 1682.67 m3/s
V= 1018.997154 m/s
Q= 2428.82 m3/s
V= 1470.853267 m/s
Q= 3174.97 m3/s
V= 1922.70938 m/s
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 15
4. Calcular el coeficiente de orificio.
V10 ∗ √ρ(1 − β4)
2 ∗ ΔP
ρ= 998 Kg/m3
β4 = 0.584 = 0.113
V= 567.1410404 m/s
ΔP = 0.98408
Co = 12027.8487
V= 1018.997154
ΔP = 2.95224
Co= 12476.9727
V= 1470.853267
ΔP= 5.90448
Co= 12734.7553
V= 1922.70938
ΔP= 9.8408
Co= 12894.6787
5. Calculo de la presión permanente ΔPP.
ΔPP= R´ (ϒHg – ϒH2O)
R´= 3 mm
ΔPP= 0.36903 KPa
R´= 7mm
ΔPP= 0.86107 kPa
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 16
R´= 14 mm
ΔPP= 1.72214 KPa
R´= 24 mm
ΔPP= 2.95224 kPa
Tabla Nº4. Datos calculados para los medidores de orificio
LR. R R´ ΔP V Co ΔP
P
Q
(m3/s)
ΔPP/Δ
P
50.00 8.00 3.00 0.98 567.14 12027.8
5
0.37 936.52 0.38
100.0
0
24.00 7.00 2.95 1019.00 12476.9
7
0.86 1682.67 0.29
150.0
0
48.00 14.00 5.90 1470.85 12734.7
6
1.72 2428.82 0.29
200.0
0
80.00 24.00 9.84 1922.71 12894.6
8
2.95 3174.97 0.30
Fuente: Datos experimentales.
Gráfico Nº3: Relación Energía consumida y el caudal de orificio.
Fuente: Datos de cuarta tabla.
3174.97, 0.30
y = 0.3761e -9E-05x
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00
ΔPP
/ΔP
Q
ΔPP/ΔP Vs Q
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 17
IV. CONCLUSIONES.
Después de haber realizado los cálculos correspondientes a la práctica, se
obtuvo que un coeficiente de venturi en promedio fue de 0.773, comenzando
con datos a descender y finalmente hacienden, el cual nos da el indicio del
error experimental hallado.
En el caso de la potencia se puede observar claramente el incremento
considerable según el caudal correspondiente y la caída de presión
permanente, siendo su valor promedio 10016.605.
Los números de Reynolds, podemos observar que estamos trabajando con
altos valores, lo cual nos indica que estamos frente a un flujo turbulento.
V. BIBLIOGRAFICA.
Mott, Robert. “Mecanica de los Fluidos”. Cuarta Edición. Prentice Hall.
México, 1996.
Bolinaga, Juan. “Mecanica elemental de los fluidos”. Fundición Polar.
“Universidad Católica André”. Caracas, 1992.
LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO
pág. 18
VI. ANEXOS.
Fig.1. Equipo de medidores de flujo (Medidor de Venturi y orificio).
Fig.2. Equipo para medir flujos de fluidos. Fig. 3. Medición del R y R´