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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FENOMENOS DE TRANSPORTE

PRÁCTICA N°2 MEDIDORES DE FLUJO: VENTURI, ORIFICIO Y ROTAMETRO

Alumnos: Julio Sanchez Antonio Santana José Rivero

Ex: 20121-0148 Ex Ex:

Sección:

Fecha: 29 / 11 / 2018

RESUMEN La experiencia que se realizó durante en el trascurso de esta práctica fue la de medidores de flujos correspondiente a la numero 2 del laboratorio de fenómeno de trasporte, la cual tenía como objetivo principal estudiar el comportamiento de fluido por medio de tres diferentes medidores de flujos los cuales eran el medidor de Venturi, el placa orificio y por último el rotámetro . Para ello se utilizó el equipo de medidor de flujo del laboratorio que poseía además de los tres tipos de medidores a estudiar, dos accesorios de tubería, un codo de 90 y una expansión. Por medio de dicho equipo se procedió a realizar seis diversos ensayos regulando el flujo que pasaba por medio de una válvula, disminuyendo el caudal en cada turno, donde para cada uno de los ensayo se midió una lectura de la caída de presión que ocasionaba el fluido al pasar por cada uno del diferente medidores y accesorios. Ya con los cálculos correspondientes realizados se observó que para el coeficiente de descargar del medidor de flujo de Venturi se obtuvo un margen de error de entre 0,44 y el 4,60% de error relativo con respecto a la valor citado en la referencia, del mismos modo se obtuvo un error de entre 2,42 y un 6.49% de error pero para el medidor de placa orificio, observando mayor valore de error en comparación al medidor de Venturi. Finalmente se obtuvo la expresión para el cálculo del rotámetro Q=3x10-5-2 x10-5H, y t también las perdida de energía para cada medidor y accesorio.

Palabras claves: Medidor de flujo, Venturi, placa orificio, rotámetro, coeficiente de descarga

INTRODUCCION

La medición de flujo constituye tal vez, el eje más alto porcentaje en cuanto a medición de variables industriales se refiere. Ninguna otra variable tiene la importancia de esta, ya que sin mediciones de flujo, sería imposible el balance de materiales y energía, el control de calidad y aún la operación de procesos continuos. Existen muchos métodos para medir flujos, entre los cuales esta ciertos accesorio que por medio de las propiedades del fluido o fenómenos que provocan en el sistema de tubería, determina la el caudal que pasa por ellos. Entre los medidores de flujos más utilizados se encuentran los medidores de Venturi y de Placa de Orificio, los cuales basan su funcionamiento en la de la caída de presión que estos generan por su estructura, y el rotámetro el cual se basan en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido es un medidor de flujo área variable. La selección del tipo de medidor va a depender de factores económicos, del tipo de necesidad que se tiene, entre otros. Entre los objetivos a estudiar para el desarrollo de esta práctica, se encuentra conocer los fundamentos básicos para los tres de medidor como es el coeficiente de descarga para el tubo Venturi y el medidor de placa orificio, y la ecuación para determinar el caudal mediante el rotámetro. Asimismo compara los valores experimentales obtenidos con los valores citado en la referencia y además calcular las pérdidas de energía generada por cada accesorio y medidor.

FUNDAMENTO TEORICO Medidores de flujos: Los medidores de flujo son instrumentos utilizados para determinar la cantidad de flujo que Pasa a través de una tubería. Otros nombres con los cuales suelen llamarse son flujómetros, caudalímetros o medidores de caudal. Existe una gran cantidad de principios con los cuales operan este tipo de instrumentos, su selección está en función de la precisión requerida de las lecturas, así como de su costo y mantenimiento. Los medidores de flujo más comunes son los de diferencial de presión que se basan en el cambio de presión debido a una reducción en el diámetro de la tubería. A mayor diferencia de presión mayor es el flujo.

Sistema

Medidor Placa Orificio

Carga variable o diferencial de presión

Tobera Tubo Venturi

Area variable Medidores de flujo

Tubo Pitot y Tubo Annubar Rotámetros Turbina

Velocidad

Ultrasonido

Tensión inducida

Magnético

Desplazamiento positivo

Rueda oval, helicoidal

Torbellino (Vortex)

Medidor de frecuencia

Fuerza

Placas de impacto

Medidores de flujo de Carga variable: El principio fundamental en el que se basan los medidores de carga variable es el siguiente: cuando se restringe una corriente de fluido, su presión disminuye en una cantidad que depende del flujo volumétrico a través de la restricción. Por tanto, la diferencia de presión entre puntos antes y después de la restricción se utiliza para indicar el flujo volumétrico. Los tipos más comunes de medidores de carga variable son el tubo Venturi, la boquilla de flujo, el orificio y el tubo de flujo. Se obtiene lo mismo de la relación entre la diferencia de presión y el flujo volumétrico, sin importar el tipo de instrumento que se emplee. Como ejemplo se utilizara el tubo Venturi.

1) Tubo Venturi: Es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal. Este consta en sus extremos de dos entradas en las cuales existe una boquilla, el fluido pasa por la boquilla, generalmente se hace de una sola pieza fundida y tiene específicamente los siguientes elementos:  Una sección aguas arriba, de igual diámetro que la tubería y provista de un anillo de bronce con una serie de aberturas piezométricas para medir la presión estática en esa sección.  Una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista también de un anillo piezométrico de bronce.  Una sección cónica con una divergencia gradual hasta alcanzar el diámetro original de la tubería. Los anillos piezométricos se conectan a uno y otro extremo, respectivamente, de un manómetro diferencial.

Ilustración 1: Medidos de tubo de Venturi P1> P2, V2>V1

2) Placa orificio: El placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de la cual fluye el fluido. El orificio es normalizado, la

característica de este borde es que el chorro que éste genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio. El caudal se puede determinar por medio de las lecturas de presión diferenciales. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa captan esta presión diferencial.

Ilustración 2: boquilla del medidor placa orificio

El orificio de la placa, como se muestra, puede ser: concéntrico, excéntrico y segmentada.

Ilustración 3: tipos de orificio para el medidor placa orificio

La placa concéntrica sirve para líquidos. La placa excéntrica sirve para los gases donde los cambios de presión implican condensación. Cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos. La placa segmentada sirve para partículas en suspensión; implica turbulencias que limpiarán (para que no se aglomeren partículas) el lado de alta presión evitando errores en la medición.

Coeficiente de descarga para medidores Venturi y placa orificio: El coeficiente de descarga C representa la relación de la velocidad real de energía a través del tubo de Venturi, a la velocidad ideal para un Venturi sin ninguna pérdida de energía. Por lo tanto, el valor V siempre cera menor que 1 para medidor de Venturi.

El valor de C también se ve afectado por variaciones pequeñas de la geometría de los bordes para medidores de placa orificio hay curvas comunes de orificios con bordes afilados,. El valor de C es mucho menor que el del tubo Venturi o el de la boquilla de flujo, porque el fluido es forzado a tener una contracción súbita, seguida de una expansión repentina. Además, como las medidas se basan en el diámetro del orificio, la disminución del diámetro de la corriente en la vena contracta tiende a reducir el valor de C. Tabla 1: Valores Teóricos de los Coeficientes de Descarga para

Medidor Venturi

Medidor Placa de Orificio

0,98

0,61

Medidores de flujo de área Variables: Los medidores de caudal por área variable, conocidos como rotámetros, utilizan el mismo principio de medida que los medidores por presión diferencial, es decir, la relación entre la energía cinética y la energía debida a la presión. En el sistema de presión diferencial (dP) el área correspondiente a la restricción es constante y la presión diferencial cambia en función del caudal (Q) Medidor por presión diferencial Q = f (dP) con Área constante

En el rotámetro el área de la restricción cambia al mismo tiempo que el caudal, permaneciendo constante la presión diferencial. Medidor por área variable Q = f (Área) con dP constante La ilustración 4 muestra, de forma simplificada, un rotámetro, el cual consta básicamente de un tubo vertical troncocónico, en muchas ocasiones de cristal, en cuyo interior se encuentra un flotador. El fluido entra por la parte inferior del tubo, arrastrando el flotador en dirección ascendente. Al ascender el flotador va dejando libre un área en forma anular hasta que la fuerza producida por la presión diferencial en las caras superior e inferior del flotador se equilibra

Ilustración 4: Medidor de flujo de área variable (Rotámetro)

TABLA DE RESULTADOS Tabla 2: Datos experimentales obtenidos Ens ayo

Tiempo

Volumen

(s)

(L)

Medidas de Venturi (mmH2O)

Medidas En la expansión (mmH2O)

Medidas orificio (mmH2O)

Medidas del Codo (mmH2O)

Altura del rotámetro

A

B

C

D

E

F

G

H

(Cm)

1

11,41

5

390

176

334

320

338

98

136

132

17,8

2

12,27

5

370

178

322

310

324

108

142

138

17,0

3

12,79

5

350

180

308

294

310

118

148

146

16,0

4

14,46

5

330

182

292

284

294

128

156

152

15,0

5

15,67

5

310

184

278

270

278

140

166

164

13,4

6

16,06

5

290

186

264

256

266

150

170

168

12,8

PROCESAMIENTO DE DATOS -

𝑄=

Cálculo de caudal:

𝑉 𝑡

-

Ec 1 ;

donde

Q: caudal (m3/s) v: Volumen (m3) t: tiempo (s)

Calculo de coeficiente de descarga medidos de Venturi :

Ec 2

Donde

-

β= d/D

Calculo de coeficiente de descarga medidor de placa orificio

Ec 3

Donde: Q: Caudal del fluido CV: Coeficiente de descarga de Venturi CO: Coeficiente de descarga de Placa de Orificio Ae: Área en la sección de menor diámetro gc: 1 kg.m N.c2 Pe: Presión a la entrada Ps: Presión a la salida d: Diámetro menor D: Diámetro mayor ρ: Densidad del fluido

-

Cálculos de pérdidas de energía para los medidores y accesorios

Ec 4

Hƒr: perdida de energía Pc: Presión a la salida Pe: Presión a la entrada γ: Peso específico del fluido Vc: Velocidad a la salida Ve: Velocidad a la entrada Zc: Altura a la salida Ze: Altura a la entrada

Donde

-

Calculo de caída de presión

∆𝑃 = 𝑃𝑠 − 𝑃𝑒

-

Ec 5

Determinación de Ecuación del rotámetro

Se grafica Q vs H y se determinan la pendiente y el punto de corte. La ecuación será: Q = mH + b

Ec 6