OTRO EJEMPLO DE MEDIDOR DE CAUDAL: ROTÁMETRO 2) DETERMINACIÓN DE PÉRDIDA DE CARGA EN TRAMO RECTO Y ACCESORIOS (VÁLVULA ESCLUSA Y GLOBO)

Transcripción

1 TP FLUIDODINÁMICA

2 1) CALIBRACIÓN DE MEDIDORES DE CAUDAL - TUBO VENTURI - PLACA ORIFICIO OTRO EJEMPLO DE MEDIDOR DE CAUDAL: ROTÁMETRO 2) DETERMINACIÓN DE PÉRDIDA DE CARGA EN TRAMO RECTO Y ACCESORIOS (VÁLVULA ESCLUSA Y GLOBO)

3 CALIBRACIÓN: Un punto fundamental en el estudio de flujos por el interior de tuberías es el conocimiento del caudal y la velocidad del fluido que circula a través de éstas. Por ello es importante calibrar los medidores de flujo: Se establece un flujo estacionario a través del medidor de flujo a ser calibrado y la medición del volumen del fluido que pasa a través de él en un intervalo de tiempo medido con precisión. En estos medidores se coloca una restricción de flujo de área fija en el caño que transporta el fluido. Esa restricción provoca una caída de presión que varía con el caudal y a partir de la caída de presión se podrá medir el caudal. Tipos de medidores de flujo de área constante y caída de presión variable: placa de orificio, tubo de Venturi.

4 PLACA DE ORIFICIO: Placa con orificio perforado que se inserta en una tubería y que produce una reducción en la sección de flujo, ocasionando una diferencia de presión. El flujo se contrae conforme se aproxima al orificio y después se expande al diámetro de la tubería. Al pasar el agua por el orificio, para compensar la disminución del área, la velocidad aumenta y la presión disminuye, llegando a su menor valor cuando la velocidad es máxima. Después de la placa, la velocidad se recupera porque el agua circula en toda la tubería.

5 TUBO DE VENTURI: Origina una pérdida de presión al pasar un fluido por él. Se trata de una tubería recta corta entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha de manera que al colocar un manómetro en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular entonces el caudal instantáneo. Ventaja: sólo se pierde un % de la diferencia de presión entre la entrada y la garganta. Se consigue por el cono divergente, que desacelera la corriente. Es importante conocer la relación entre los diámetros que tiene el tubo. Dependiendo de eso se obtendrá la presión deseada.

6 PARTE 1 DEL TP: CALIBRACIÓN CAUDALÍMETRO TEOREMA BERNOULLI: No energía mecánica (Ws = 0) no hay fricción - Posición horizontal: z 1 = z 2 - P = ρ x g x h z 1 z 2 Ecuación continuidad: Q = m x Δh 1/2 Entonces se reduce a medir presiones p 1 y p 2. El resto de variables son dimensiones geométricas fijas.

7 CURVA DE CALIBRACIÓN DEL CAUDALÍMETRO Variables experimentales: * Q exp (se determinará el volumen que circula en función del tiempo). Se regula el caudal con una válvula diafragma. * Diferencia de presión con manómetros Considerando que en la realidad hay pérdida por fricción, hay que introducir un factor de corrección: Coeficiente de descarga (Cd) (Cd < 1) (placa de orificio: Cd = 0,6 0,7; tubo Venturi convencional: Cd = 0,98) Cd = (Pendiente) exp (Pendiente) teo Q exp = Cd A 2 (2 g (h 1 -h 2 )) (1 (A 2 /A 1 )) 1/2 - curvas de calibración (Caudal circulante en función de la raíz cuadrada de la diferencia de caudal), para la placa orificio y para un tubo de Venturi.

8 ROTÁMETRO Tubo vertical con una cavidad donde hay un flotador que se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería. Tiene una graduación para leer el caudal directamente. Para un caudal dado el flotador permanece estacionario (equilibrio de fuerzas verticales de presión diferencial, gravedad, viscosidad y flotación). El equilibrio se mantiene ya que el área de flujo del medidor (área anular entre el flotador y el tubo) varía continuamente con el desplazamiento vertical. Una vez determinado el caudal que circula es posible hacer una calibración del rotámetro. Para ello, es necesario obtener la constante de proporcionalidad entre el caudal medido y la medida marcada por la escala del rotámetro. El proceso debe repetirse para varias medidas del caudal para obtener un valor medio de las constantes de proporcionalidad k y b, que se ajusten lo más posible a la realidad.

9 DATOS PARA CÁLCULOS DEL TP: Diámetro de garganta del Venturi: 38,6 mm Diámetro de garganta de la placa orificio: 32,0 mm Perímetro del tanque A: 1,48 m Altura del tanque: 20 cm Dn (tramo 2): 1.5", Sch 40 Dn (tramo 1): 2.0", Sch 40 Longitud del tramo recto asociado a la válvula globo (tramo 2): 68 cm Longitud del tramo recto asociado a la válvula esclusa (tramo 2): 113 cm

10 PARTE 2 DEL TP: DETERMINACIÓN PÉRDIDA DE CARGA EN VÁLVULAS Hf = (4f(L/D) + K) v 2 /2g Se medirá la perdida de carga en la válvula globo (VG) y de esclusa (VE) (totalmente abierta y abierta a la mitad). El caudal se determinará con el tubo de Venturi. Los valores de pérdida de carga y caudal obtenidos se usan para determinar experimentalmente los coeficientes de pérdida de carga de la válvula globo (K). Se comparará el valor de K obtenido experimentalmente con los valores teóricos correspondientes. Hf : altura de fricción se calcula por el Δh en el tramo correspondiente. Para los cálculos se tomará el factor de fricción correspondiente a un tubo liso (gráfico de Moody)

11 PARTE 2 DEL TP: DETERMINACIÓN PÉRDIDA DE CARGA EN VÁLVULAS Hf = (4f(L/D) + K) v 2 /2g = K K (tramo recto) = 4fL / D K (válvula) f: factor de Fanning que se obtiene del gráfico de Moody (para cada tubería se obtendrá un valor de f en función del Reynolds). En este caso se podría considerar el factor de fricción correspondiente a un tubo liso. є/d = rugosidad relativa Δh (cm) caudal (cm 3 /s) v (cm/s) Re f K depende del grado de apertura de la válvula comparar K experimental con K teórico (de tablas)

12 PARTE 2 DEL TP: DETERMINACIÓN PÉRDIDA DE CARGA EN VÁLVULAS

13 PARTE 2 DEL TP: DETERMINACIÓN PÉRDIDA DE CARGA EN VÁLVULAS

14 VÁLVULAS Dispositivos mecánicos destinados a controlar, retener, regular o dar paso a un fluido. Compuesto de un cuerpo con conexión a una tubería, de unos elementos que realizan la función de sellado que dejan pasar el fluido o no a partir de un accionamiento. El buen funcionamiento de un sistema de cañerías depende en gran parte de la elección adecuada y de la ubicación de las válvulas que controlan y regulan la circulación de los fluidos en la instalación. Alguna válvulas pueden ser reguladas, reduciendo la presión y el flujo del fluido. Otras en cambio son del tipo todo o nada (on-off), funcionan abriendo o cerrando totalmente el flujo.

15 TIPOS DE VÁLVULAS REGULADORAS 1)GLOBO 2)DIAFRAGMA

16 VÁLVULAS REGULADORAS 1) Válvulas de globo Cuerpo con forma esférica, si bien actualmente algunos diseños ya no son tan esféricos De las más utilizadas para controlar la velocidad de flujo de un fluido. Genera pérdidas de carga grandes. El obturador tienen un movimiento lineal. La mayoría de los vástagos son roscados, permitiendo su avance mediante múltiples giros. La válvula de globo es muy utilizada en la regulación de fluidos.

17 VÁLVULAS REGULADORAS 2) Válvulas de diafragma Aísla bien al fluido de las partes del mecanismo de operación. Idóneas en servicios corrosivos o viscosos, ya que evita cualquier contaminación hacia o del exterior. Son muy adaptables. Muy apropiadas para fluidos corrosivos y fluidos con sólidos suspendidos (desde trazas hasta barros) y estas también son fáciles de mantener.

18 TIPOS DE VÁLVULAS NO REGULADORAS 1) ESCLUSA 2) MARIPOSA 3) ESFÉRICA 4) DE RETENCIÓN 5) DE SEGURIDAD

19 VÁLVULAS NO REGULADORAS 1) ESCLUSA Se utilizan para minimizar las caídas de presión en la posición abierta y para detener el flujo de fluido más que para regularlo. No son apropiadas para manejar sólidos suspendidos. La pérdida de carga en la posición abierta es mínima, dado que el diámetro de la abertura a través de la cual pasa el fluido es prácticamente la misma que la de la tubería.

20 VÁLVULAS NO REGULADORAS 2) Válvulas de mariposa Muy versátiles. Tienen una gran capacidad de adaptación a las múltiples solicitaciones de la industria, tamaños, presiones, temperaturas, conexiones, etc., a un coste relativamente bajo. La distribución de presión del fluido tiende a cerrar la válvula El funcionamiento básico de las válvulas de mariposa es sencillo pues sólo requiere una rotación de 90º del disco para abrirla por completo.

21 VÁLVULAS NO REGULADORAS 3) ESFÉRICAS De las válvulas más utilizadas en la industria de procesos. En la válvula de bola un macho esférico agujereado controla la circulación del líquido. Es segura contra emisiones. Presentan una pérdida de carga despreciable cuando están completamente abiertas, y evita que elementos extraños queden atascados en la válvula.

22 VÁLVULAS NO REGULADORAS 4) DE RETENCIÓN abre al paso del fluido en una dirección y se cierra en el sentido inverso. para evitar la entrada del fluido en sentido contrario

23 VÁLVULAS NO REGULADORAS 5) DE SEGURIDAD diseñadas para abrir y aliviar un aumento de la presión interna del fluido, por exposición a condiciones anormales de operación o a emergencias. Cuando la presión interna del fluido supera la presión de tarado del resorte el tapón cede y el fluido sale por el escape. Una vez que la presión interna disminuye el tapón regresa a su posición original. Su misión es evitar la explosión del sistema protegido o el fallo de un equipo o tubería por un exceso de presión.