FICHA DE IDENTIFICACIÓN DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

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1 FICHA DE IDENTIFICACIÓN DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN TITULO: MEDIDAS DE FLUJO DE FLUIDOS AUTORES: ROJAS LOPEZ GISELA BEYUMA NAVI GARY FLORES ONOFRE JESUS FRANZ ESPINOZA GONZALES RENE MAX FECHA: 13/05/2017 CODIGOS: CARERRA: ING. EN GAS Y PETROLEO ASIGNATURA: MECANICA DE FLUIDOS GRUPO: B DOCENTE: ING. JARA ARIAS EDWIN WINDSOR PERIODO ACADEMICO: 1/2017 Subsede:COCHABAMBA

2 INTRODUCCION Los medidores de flujo son equipos diseñados para originar una caída de presión que puede medirse y relacionarse con la velocidad de flujo, estos medidores producen un cambio de la energía cinética del fluido que se está estudiando. Entre los diferentes medidores de flujo se encuentran el tubo de Venturi y el tubo de Pitot. El primero mide la diferencia de presión existente entre la sección cilíndrica a la entrada y la garganta característica del mismo, y puede conocerse a través de él la velocidad media del fluido. El segundo consta de un tubo delgado que mide la diferencia de presión que hay entre la presión estática local y la presión de impacto y con él se puede conocer la velocidad del flujo punto a punto en una sección transversal de tubería. Serie: Medida,flujo,fluido ABSTRACT: Flowmeters are equipment designed to cause a pressure drop that can be measured and related to flow rate, these meters produce a change in the kinetic energy of the fluid being studied. Among the different flow meters are the Venturi tube and the Pitot tube. The first measures the pressure difference between the cylindrical section at the inlet and the characteristic throat thereof, and the average fluid velocity can be known through it. The second consists of a thin tube that measures the pressure difference between the local static pressure and the impact pressure and with it can be known the point-to-point flow velocity in a pipe cross-section. Series: Measurement, Flow, Fluid 2

3 TABLA DE CONTENIDOS CAPITULO I...4 INTRODUCCION ANTECEDENTES: Antecedente generales Antecedentes especificos 4 2. PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA: OBJETIVOS Objetivo general Objetivo específico.5 4. ALCANCES Alcance metodológico Alcance temático Alcance temporal HIPOTESIS...5 CAPITULO II 6 6. MARCO TEORICO Perdida de carga Coeficiente de velocidad Coeficiente de contracción Coeficiente de descarga Tubo pitot FORMULAS 8. APLICACIÓN DE MEDIDAS DE FLUJO DE FLUIDOS EN LA CARRERA DE IMGENIERIA EN GAS Y PETROLEO MARCO PRACTICO 10 3

4 CAPITULO I INTRODUCCION Para medidas en el flujo de fluidos se emplean en la práctica de ingeniería numerosos dispositivos. Las medids de velocidad se realizan con tubos de pitot, medidores de corrientesy anemómetros rotativos y de hilo caliente. En estudios de modelos se utilizan con frecuencia métodos fotográfico. Las medidas se llevan a cabo mediante orificios, tubos, toberas o boquillas, Venturimetros y canales y canales venturi, medidores de codos vertederos de aforo, numerosas modificaciones de los procedimientos y varios medidores patentados. Al fin de aplicar correctamente estos aparatos, es imperativo emplear la ecuación de Bernoulli y conocer las características y coeficientes de cada aparato. En ausencia de valores segurosde estos coeficientes, un aparato debe calibrarse para las condiciones de operación en la que se va a emplear. La formulas desarrolladas para fluidos incomprensibles pueden aplicarse a fluidos de comprensibles en donde la presión diferencial es pequeña en comparaciones con la presión total. Sin embargo, cuando se debe considerar la compresibilidad, se desarrollaran y se emplearan formulas especiales. 1. ANTECEDENTES: 1.1 Antecedentes generales: Obtuvimos la información del libro RANALD V. GILES de mecánica de fluidos e hidráulica indican los conceptos fundamentales de los sistemas complejos de tuberías donde hay una serie de ejercicios resueltos y para resolver. 1.2 Antecedentes específicos: Ranald V Giles año 2010 su libro de mecánica de fluidos e hidráulica. Este libro nos muestra claramente de que es un flujo de fluidos en tuberías mencionando sus respectivas formulas y graficas de los distintos tipos de fluidos y para entenderlo mejor tiene una serie de ejercicios resueltos y también ejercicios planteados para resolver. 2. PLANTEMIENTO DEL PROBLEMA Cómo resolver los ejercicios propuestos en un sistema complejo de tuberías aplicando las ecuaciones correspondientes y datos propuesto del problema?. 3. OBJETIVOS 3.1. Objetivo general Determinar los conceptos de tuberías equivalentes, en series y paralelas 4

5 3.2. Objetivos específicos conceptos del tema de medidas de flujo de fluidos. 4. ALCANSES TÍTULO: MEDIDAS DE FLUJO DE FLUIDOS 4.1. Alcance metodológico: El siguiente trabajo presenta el método descriptivo (se empleara fuentes bibliográficas) 4.2. Alcance temático: Observación indirecta: se optó por búsquedas en internet, libros e informes relacionados con el tema de investigación 4.3. Alcance temporal: El presente trabajo se realizó a principios del mes de mayo y finalizara el 13 de mayo 4.4. Alcance espacial: La aplicación de este tema se realizara en el aula correspondiente. 4. HIPOTESIS En la actualidad la medición del flujo es la variable más importante en la operación de una planta, sin esta medida el balance de materia, el control de calidad y la operación misma de un proceso continuo serían casi imposibles de realizar. Existen muchos métodos confiables para la medición de flujo, uno de los más comunes es el peso 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, esto para flujo en tuberías. Medidores para conductos cerrados 5

6 TITULO: MEDIDAS DE FLUJO DE FLUIDOS CAPITULO II 6. MARCO TEORICO 6.1. PERDIDA DE CARGA La pérdida de cargas en orificios, tubos, toberas o boquillas y verturimetros se expresan asi: Cuando esta expresión se aplica a un venturimetro, v ch = velocidad en la garganta y c v = c. 6.2 COEFICIEMTE DE VELOCIDAD El coeficiente de velocidad (c v ) es la relación entre la velocidad media real en la sección recta de corriente (chorro) y la velocidad media ideal que se tendría sin razonamiento. Asi, pues, 6.3 COEFICIENTE DE CONTRACCION El coeficiente de contracción (cc) es la relación entre el área de la sección recta contraída de una corriente (chorro) y el área del orificio atravez de cual fluye el fluido. Entonces, 6

7 6.4 COEFICIENTE DE DESCARGA El coeficiente de descarga (c) es la relación entre el caudal real que pasa atra vez del aparato y el caudal ideal. Este coeficiente se expresa asi: Mas prácticamente, cuando el coeficiente de descarga (c) se ha determinado experimentalmente, Donde A= área de la sección del dispositivo en m 2. H= carga total que produce el flujo en m del fluido. El coeficiente de descarga puede describirse también en función del coeficiente de velocidad y del coeficiente de contracción, o sea. El coeficiente de descarga no es constante. para un dispositivo dado, varia con el numero de Reynolds. 1) En la formula del vertedero contienen los coeficientes de descarga para orificios circulare4s en el caso del agua a 15 C evacuándola en la atmosfera. Para fluidos dentro de amplios márgenes del numero de Reynolds, estos son utilizados con muy poca garantía. 2) El diagrama C índica la variación de c con el numero de Reynolds para 3 relaciones diámetro de orificio-diametro de tubería. Para numero de Reynolds aproximadamente inferior a , estos datos no ofrecen garantías. 3) El diagrama D muestra la variación de C con el numero de Reynolds para tres relaciones diámetro de boquilla-diametro de tubería (boquilla de aforo). 4) El diámetro E indica la variación de C con el numero de Reynolds para cinco dimensiones de venturimetros cuyo relación de diámetros es de TUBO PITOT El tubo de pitot mide la velocidad en un punto en virtud de hecho de que el tubo mide la presión de estancamiento, la cual supera a la presión estática local en W ( v 2 /2 g ) k g /m 2. En 7

8 corriente de fluido abierto, como la presión manométrica local es cero, la altura a la cual el líquido asciende en el tubo coincide con la altura de velocidad. 7. FORMULAS FORMULA TEORICA DE UN VERTEDERO La formula de un vertedero para vertederos rectangulares. Donde Q = caudal en m 3 / seg c = coeficiente ( a determinar experimentos) b = anchura de la cresta del vertedero H= carga sobre el vertedero en m ( altura de la superficie del nivel del liquido por ensima de la cresta. V = velocidad media de aproximación en m/seg. FORMULA DE FRANCIS La formula de francis, basada en experiencias sobre vertedores rectangulare de 1,067m (3.5 Ft) a m (17 Ft) de anchura bajo cargas de 0,183 m (0.6Ft) a 0,488 m (1,6Ft) es: Donde la notación es la misma que anteriormente y n = 0 para un vertedero sin contracción n = 1 para un con contracción en un extremo n = 2 para un con contracción total. 8

9 FORMULA DE BAZIN La fórmula de bazin ( anchura de 0,5 m a 2 m bajo cargas de 0,05 m a 0,6m) es: Donde Z= altura de la cresta del vertedero sobre la soler del canal. El termino entre corchetes se hace despreciable para bajar velocidades de aproximaciones. FORMULA DE FTELEY Y STEARNS La formula de fteley y stearns [anchura de 1,524m (5Ft) a 5,791 m ( 19Ft) ] bajo carga de 0,021 m ( 0.07 Ft) a 0,497 m ( 1,63Ft) para vertederos sin contrcciones es : FORMULA DEL VERTEDERO TRIANGULAR 9

10 8. APLICACIÓN DE MEDIDAS DE FLUJO DE FLUIDOS EN LA CARRERA DE IMGENIERIA EN GAS Y PETROLEO El manejo de los fluidos en superficie provenientes de un yacimiento de petróleo gas, requieren de la aplicación de conceptos básicos relacionado con el flujo de fluidos en tuberías en sistemas sencillos yen red de tuberías, el uso de válvulas accesorios y las técnicas necesarias para diseñar y especificar equipos utilizados en operaciones de superficie. 9. MARCO PRÁCTICO Ejemplo # 1. Un fluido con una densidad constante de 900 kg/m3, tiene una velocidad de 5 m/s cuando pasa por una tubería de área transversal de 1 m2. Determina la velocidad del fluido cuando circula por una tubería que posee un área transversal de 0,7 m2. De la ecuación de continuidad se obtiene: La velocidad del flujo a través de la tubería de área transversal 0.7 m 2 es de 7,14 m/s. Ejercicio 2. Por un conducto fluye aire; en su sección A el diámetro es de 100 mm, la temperatura 15o C, la presión 3 kg/cm2 y la velocidad 25 m/s. En la sección B el diámetro es de 200 mm, la temperatura -5oC y la presión 1,5 kg/cm2. Se pide: a) Velocidad en la sección B. b) Caudal en peso. Dato: Constante universal del aire = 287,14 m.n/kg K. 10

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12 Ejercicio en clase La presión de un objeto cuadrado con un fluido desarrolla una potencia de 17 MPa. Calcular la fuerza que ejerce dicho fluido, si las dimensiones del objeto son 25 mm x 25mm. Ejercicio para el examen Para la tubería de 12 cm d diámetro, fluye agua para el llenado del tanque cilíndrico que este tiene 75cm de diámetro y 100 cm de altura. Si en un tiempo igual a 0 seg el nivel del agua en el tanque es de 30 cm. Calcule en segundos el incremento del tiempo requerido para el llenado total del tanque. 12

13 REFERENCIAS mx.omega.com/prodinfo/medidores-de-flujo.htm webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/oscaror/.../cap%204%20medicion_flujo_2009.pdf 1. www2.uca.es/grup-invest/instrument_electro/ppjjgdr/...instrum.../t18_flujo.pdf 13

14 ANEXOS 14

15 Cuerpo de un medidor 15