PRÁCTICA 1 CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE FLUJO

Transcripción

1 . Objeivos UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO PRÁTI LIBRIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDIIÓN DE FLUJO Observar el principio de funcionamieno y las diferencias exisenes enre los principales insrumenos de medición exisenes: Placa de Orificio, Tubo Venuri, Tobera y Tubo Pio. Verificar la validez de los insrumenos de medición indireca en la deerminación del caudal. Deerminar los coeficienes de descarga de una Placa de Orificio, Tubo Venuri, Tobera y Tubo Pio.. Marco Teórico: Los méodos de medición de flujos pueden clasificarse, en un senido amplio, en direcos o indirecos. Los méodos direcos abarcan la medición real del flujo (volumen o masa) para un inervalo de iempo dado; los méodos indirecos incluyen la medición de un cambio de presión (o alguna ora variable) que a su vez se relaciona direcamene con el flujo. La selección de un disposiivo para medir flujo se ve afecada por la aproximación requerida, el coso, la complejidad del diseño, la facilidad de la lecura o la inerpreación de los resulados y la duración. En general, se prefiere seleccionar el disposiivo más simple y económico para la aproximación deseada. La mayor pare de los medidores de flujo no mecánicos para flujos inernos, funcionan a base de acelerar una corriene de fluido a ravés de algún ipo de boquilla, como la mosrada en la fig.. La separación del flujo en la arisa afilada de la gargana de la boquilla, da lugar a la formación de una zona de recirculación; así, la corriene principal del flujo coninúa acelerándose y forma una sección conraída (vena conraca) como se muesra en la sección de la fig.. Luego la corriene de flujo se expande y disminuye la velocidad hasa llenar odo el conduco. Figura. Flujo inerno a ravés de un medidor genérico, mosrando el volumen de conrol uilizado para el análisis. En la sección conraída, el área de flujo adquiere su valor mínimo, las líneas de corriene son paralelas y la presión resula uniforme ransversalmene al conduco. Para relacionar el flujo ideal con la caída de presión se uiliza las ecuaciones de coninuidad y Bernoulli enre los

2 UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO punos y y por medio de coeficienes de ajuses se puede obener una expresión para el caudal: real c v P/ ρ - c d g p/ ρ - c [.0] Donde: c: oeficiene de conracción. v: oeficienes de velocidad. : Área de orificio o gargana. : Área en la ubería. P: aída de presión enre los punos y. ρ: Densidad del fluido que circula por la ubería. El coeficiene de conracción viene dado por: Área del chorro en la vena conraca [.] Área del orificio o gargana Por efeco de fricción la velocidad de la vena conraca es menor. onsiderando una disminución de la velocidad se define el coeficiene de velocidad v como: V VREL [.] V IDEL dicionalmene, se define d como el coeficiene de descarga y como coeficiene de flujo. El coeficiene de descarga se expresa como: [.3] d V Mienras el coeficiene de flujo viene dado por: [.4] c on las expresiones.3 y.4 la ecuación.0 resula: real P [.0] ρ Para medidores de boquilla y Venuri la sección que ofrece la mínima área para el flujo se localiza en la gargana ya que no exise vena conraca. Por lo ano, el coeficiene de

3 UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO conracción es igual a uno, c. Enonces, el coeficiene de flujo para medidores de boquilla y ubo Venuri vienen dados por: Si se define β como la relación de diámeros, eso es: [3.0] D D β [3.] Enonces la expresión del coeficiene de flujo resula: [3.] 4 β Para placas de orificio se uiliza la misma ecuación, pero eniendo presene que c. Se hace esa observación ya que el coeficiene de descarga, dado por la expresión.3, es precisamene lo que se quiere deerminar. En general, el flujo volumérico o caudal se obiene a parir de la expresión.0. La consane de proporcionalidad dependerá de la insalación y sus condiciones específicas. La resricción uilizada en la ubería para producir la caída de presión (placa orificio, obera o Venuri) se denomina elemeno primario. Será de inerés en la prácica el obener la consane de proporcionalidad por méodos gráficos y mínimos cuadrados. Para el caso de sisemas de medida de caída de presión a ravés de ubos piezoméricos, al como se muesra en la siguiene figura: Figura. Esquema de un medidor ipo obera

4 UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO La ecuación.0 se expresada en función de la alura piezomérica resula: real d - γ m g γ f h [4.0] Donde: : Área de la ubería. : Área de la gargana o reducción debida al insrumeno. h: Diferencia de alura medida en el manómero. γ m : Peso específico del mercurio o líquido que se uilice en el ubo piezomérico. γ f : Peso específico del fluido en la ubería. g: gravedad. Para el caso en que el fluido en el ubo piezomérico sea el mismo que el fluido en la ubería y se encuenre expueso a la amósfera o presurizado, el caudal resula: Equipos El Banco de Medidores de Flujo esá compueso por: real g H [5.0] Tubería de.5±0.0 de diámero inerno. Válvula de regulación. Tubo pio: 4 ubos pio disribuidos radialmene en la ubería, conecado a un manómero piezomérico de agua. Placa de Orificio: diámero nominal.5±0.0, diámero de la gargana0.76±0.0, omas en bridas, conecado a un manómero de mercurio. Tobera de radio coro: diámero nominal.5±0.0 y diámero de la gargana 0.837±0.00, conecado a un manómero piezomérico de mercurio. Tubo Venuri: diámero nominal.5±0.0 diámero de la gargana 0.65", conecado a dos manómeros diferenciales. Tanque abiero a la amósfera con indicador de nivel (Área a deerminar). Bomba cenrífuga marca Malmedi de 7.5 HP, 3500 RPM, 6GPM.

5 UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO Figura 3. Monaje Experimenal

6 UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO Ese banco forma un circuio cerrado que recircula agua, haciéndola pasar a ravés de una ubería donde se encuenran ubicados los elemenos de medición de caudal mencionados aneriormene y que miden el mismo a base de diferencias de presión. 3. Procedimieno Experimenal a. brir la válvula que regula la salida de agua de la ubería y anoar la presión exisene uilizando el manómero ipo Bourdon conecado al Venuri. noe la presión uilizando el manómero ipo Bourdon conecado al Venuri. b. errar la válvula compleamene y realizar la lecura de presión con el mismo insrumeno del paso anerior. c. Disribuir la diferencia enre los valores de las presiones máximas y mínimas en un rango de 6 punos, los cuales servirán para realizar las mediciones necesarias para la prácica. d. Se oma como referencia la presión en el manómero de salida del Venuri.Espere un iempo prudencial para que el flujo alcance condiciones esacionarias. e. Leer y regisrar en la abla de daos, la caída de presión en el Tubo de Pio, f. Tobera o Boquilla, Placa de Orificio y Venuri. g. Fijar una diferencia de aluras en el indicador del anque auxiliar (00 mm.). h. errar la válvula de salida del anque auxiliar. i. Desviar el flujo al anque auxiliar. j. on ayuda del cronomero suminisrado regisrar el iempo que arda en llenarse la diferencia de alura fijada en el anque auxiliar. k. brir la válvula del anque auxiliar y esperar que ése se vacíe l. Repeir el paso k para regisrar dos veces el iempo de llenado. m. Repeir los pasos del e al l para aperuras decrecienes de la válvula de regulación, según la disribución realizada en el paso c. n. Desacive la bomba. 4. Presenación de resulados En ésa prácica se debe reporar lo siguiene: Indicar las caracerísicas de cada insrumeno, sus venajas y desvenajas; así como las ecuaciones o gráficos que permien deerminar el coeficiene de descarga o de flujo. onsruya el gráfico eórico y experimenal de en función de H para cada experimeno Deermine el coeficiene de descarga y compárelo con el que se obiene a parir de la ecuación correspondiene para cada insrumeno. onsruya el gráfico en función del Re D. nalice los resulados.

7 UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO 5. Información adicional D β D Para, el coeficiene de descarga para una placa de orificio resula la siguiene []: d 0.09β β β 0.84β + 9.7β ReD + F β F Donde: Tomas en las esquinas: F F 0 Tomas a disancias D, ½D: F y F 0.47 F D Tomas bridadas: y F D D >.3".0" D.3" c D. D El coeficiene de conracción viene dado por: El coeficiene de descarga para oberas o boquillas de curvaura suave []: Re β D Mienras que para radio pequeño se puede considerar la siguiene: ( ) Re + β + β + β D

8 UNIVERSIDD SIMÓN BOLÍVR UNIDD DE LBORTORIOS LBORTORIO Daos experimenales Tabla. Daos de caudal T [º] h [mm] [s] ± ± ± Tabla. Daos de diferenciales de presión Pio Orificio Tobera Venuri h [cmho] h [cmhg] h [cmhg] Pub [psi] Pgar [psi] ± ± ± ± ± 3 4 5