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• Christian Paucar Mostacero

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• Materia suave
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• Gases

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Pasión Por la Tecnología

Laboratorio N°4 “MEDIDORES DE CAUDAL”

CARRERA

: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA.

CICLO

: III

SECCIÓN

: “B”.

DOCENTE

: CÉSAR FERNANDO PINEDO LUJÁN.

CURSO

: LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

ALUMNO (S)

: - MORE IPANAQUE JHONNY - PAUCAR MOSTACERO, CHRISTIAN - SENADOR URPEQUE, FRANK. E - VERA INGA, DANIEL - VILLANUEVA TIRADO, JOSÉ

FECHA DE ENTREGA

: 16 /10/18.

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Laboratorio de Mecánica de Fluidos– Lab. N°4

ÍNDICE Contenido--------------------------------------------------------páginas 1. “MEDIDORES DE CAUDAL”....................................................................1 2. “MEDIDORES DE CAUDAL”....................................................................3 3. INTRODUCCIÓN:................................................................................... 4 4. “MEDICIÓN DE CAUDAL EN SISTEMA CERRADO DE TUBERÍAS”............5 5. OBJETIVOS:........................................................................................... 5 5.1.GENERAL:............................................................................................ 5 5.2.ESPECÍFICO:........................................................................................ 5 6. MARCO TEÓRICO:................................................................................. 5 6.1.¿QUÉ ES CAUDAL?............................................................................... 5 6.2.MEDIDORES DE FLUJO DIFERENCIAL DE PRESIÓN:..............................6 6.3.Medidor Venturi:.................................................................................. 6 6.4.APLICACIONES DE VENTURI:...............................................................7 6.5.ROTÁMETRO:....................................................................................... 7 6.6.LA PLACA DE ORIFICIO........................................................................9 7. EQUIPOS, MATERIALES, REACTIVOS:.....................................................12 8. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:.........................................................13 9. CÁLCULOS REALIZADOS.....................................................................15 10.ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAB 4..................................................16 11.CONCLUSIONES:................................................................................. 17 12.RECOMENDACIONES:.........................................................................17 13.RUBRICAS……………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………1

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MECÁNICA DE FLUIDOS Laboratorio N°4 “MEDIDORES DE CAUDAL”

2018-1

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INTRODUCCIÓN:

La medida del flujo puede ser lograda introduciendo un dispositivo en una línea de la pipa que haga ocurrir una gota de presión temporal en ese punto. Este cambio momentáneo en la línea presión llevaría entonces una relación directa al caudal. La medición de flujo se utiliza en la industria y en el comercio con dos propósitos fundamentales: la contabilidad y el control de los procesos y operaciones, en especial los de naturaleza continua. El flujo se define como la cantidad de líquido o gas que pasa por unidad de tiempo en un área definida, por ejemplo, una tubería. La cantidad de fluido se puede medir en volumen o en masa. Existen muchos métodos confiables para la medición de flujo, 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. El objetivo principal de esta experiencia consiste en realizar la medida de caudal y hallar sus cálculos por diferentes métodos. A continuación, presentaremos nuestro trabajo realizado en el laboratorio de mecánica de fluidos.

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LABORATORIO N°4 “MEDICIÓN DE CAUDAL EN SISTEMA CERRADO DE TUBERÍAS” 1. OBJETIVOS: 1.1. GENERAL:  Conocer los medidores de caudal, su principio de funcionamiento y mediante experimentos hacer prácticas con ellos. 1.2. ESPECÍFICO:  Evaluar flujos a través de medidores diferenciales de presión  Conocer varios métodos empleados para medición de caudal.

 Comparar los valores de caudal medidos y calculados por diferentes métodos.  Reconocer todos los parámetros a tener en cuenta a la hora de medir caudales en sistemas de transporte de líquidos. 2. MARCO TEÓRICO: 2.1. ¿QUÉ ES CAUDAL? En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. En el caso de que el flujo sea normal a la superficie o sección considerada, de área A, entre el caudal y la velocidad promedio del fluido existe la relación:

Q= A ´v

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 Dónde: Q = Caudal A = Área v´ = Es la velocidad promedio.

2.2. MEDIDORES DE FLUJO DIFERENCIAL DE PRESIÓN: Los medidores diferenciales de presión se identifican, por la característica de su elemento primario, en el cual se crea una diferencia de presión que depende de la velocidad y densidad del fluido. Esta diferencia es medida por un segundo elemento llamado secundario. Los más comunes son:  El Venturímetro  El rotámetro  La placa de orificio. 2.1.1. Medidor Venturi: Este dispositivo se utiliza para medir el gasto a través de una tubería. Generalmente se hace de una sola pieza fundida que consta de una sección aguas arriba, de igual diámetro que la tubería y provista de un anillo con aberturas piezométricas para medir la presión estática en esa sección; una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista también de un anillo piezométrico; y una sección cónica con una divergencia gradual hasta alcanzar el diámetro original de la tubería.

Figura 01: Esquema típico con de un tubo Venturi Ecuaciones Básicas: Al aplicar las ecuaciones de continuidad y de Bernoulli para flujo incompresible estable, asumiendo que no existen pérdidas de energía a lo largo de la tubería, y que tanto la velocidad como la presión son uniformes a través de cualquier sección considerada, se obtiene:

V 1 A 1 =V 2 A2 =Q

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Laboratorio de Mecánica de Fluidos– Lab. N°4  Continuidad:

-

donde denota el caudal o flujo volumétrico.

 Bernoulli:

p1 V 12 p2 V 22 + + gz 1 = + + gz 2 ρ 2 ρ 2 -

Esta ecuación se escribe también por su fácil interpretación:

p1 V 12 p V 2 + + z1= 2 + 2 + z2 γ 2g γ 2g - En la cual, cada sumando representa a una forma de energía mecánica: Así,

p la energía potencial por unidad de peso del fluido, γ

z

es

es la energía de presión y

2

V 2g

a.

la energía cinética correspondiente.

APLICACIONES DEL VENTURI:

 Hidráulica: La depresión generada en un estrechamiento al aumentar la velocidad del fluido, se utiliza frecuentemente para la fabricación de máquinas que proporcionan aditivos en una conducción hidráulica.  Motor: el carburador aspira el carburante por efecto Venturi, mezclándolo con el aire (fluido del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento.  Hogar: En los equipos ozonificadores de agua, se utiliza un pequeño tubo Venturi para efectuar una succión del ozono que se produce en un depósito de vidrio. 2.1.2. ROTÁMETRO: Consiste de un tubo vertical, de forma cónica dentro del cual circula el fluido de abajo hacia arriba. Dentro del tubo se encuentra el flotador provisto de unas aspas que lo hacen girar concéntricamente, manteniéndolo centrado dentro del tubo. Debido a que la velocidad es menor en la parte superior 8la sección mayor se encuentra aquí) que, en la inferior, el rotor buscará una posición neutral donde el

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arrastre equilibre su peso. Así, el rotor subirá o bajará dentro del tubo dependiendo del gasto. Una escala calibrada en las paredes del tubo indica dicho gasto. Estos medidores se pueden encontrar con calibración de fábrica para varios fluidos comunes e intervalos de flujo.

Figura 02: Partes del rotámetro. Para calcular la relación entre la posición del flotador y el flujo que pasa por el instrumento se aplica la ecuación del Bernoulli entre el punto 1 ubicado debajo del flotador y el punto 2 ubicado encima del flotador:

P 1 V 12 P 2 V 22 + + Z 1= + +Z2 ρg 2 g ρg 2 g



Como la diferencia de cota es pequeña (Z1=Z2) la ecuación queda:

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Considerando que sobre el fondo del flotador actúa la presión e estancamiento y que la presión hacia abajo es la presión estática, se puede escribir la ecuación de equilibrio estático siguiente:

(

Af P 1+

V 12 γ +Vf . γ= Af . P 2+Vf . γf 2g

)

 Y la ecuación de continuidad es: Q = V1A1 = V2A2  De estas tres ecuaciones podemos obtener la expresión siguiente para el flujo a través del rotámetro:

 Donde CC. es el coeficiente de contracción cuyo valor esta entre 0.6 y 0.8 y depende del diseño del instrumento.  Si el tubo es cónico entonces:

D= df + ax

 Dónde: D: diámetro interior del tubo df: diámetro del tubo a la entrada a: factor de longitud de escala x: Posición o altura del flotador. 2.1.3. LA PLACA DE ORIFICIO La placa de orificio es una placa delgada que puede sujetarse entre bridas de tubería. El orificio de arista afilada ocasiona que el chorro se contraiga aguas abajo del orificio, de tal manera que las líneas de corriente, continúan convergiendo en una distancia corta después del plano del orificio; por tanto, el área de flujo mínimo es en realidad menor que el área del orificio.

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Figura N°3: Esquema de la placa de orificio Consiste en una placa perforada instalada en una tubería. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa, captan esta presión diferencial la cual es proporcional al cuadrado del caudal (usando los principios de Bernoulli y Venturi para relacionar la velocidad con la presión del fluido).

Figura N°4: Disposición de las tomas de presión diferencial.  El orificio de la placa puede ser concéntrico, excéntrico

o

segmental, con un pequeño

orificio

de purga para los pequeños arrastres sólidos o gaseosos que pueda llevar el fluido. La placa concéntrica se utiliza para líquidos, la excéntrica para los gases donde los cambios de presión implican condensación, y la segmentada para caudales de fluido que contengan una cantidad pequeña de sólidos y gases.

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Figura N°5: placa orificio

Formas de la

 La presión diferencial en la placa orificio puede medirse con un tubo en U de mercurio o agua o transmitirse con los instrumentos convertidores o transmisores diferenciales

Figura N°6: Medición de presión en placa orificio.  Ventajas de las placas orificios: • Costo independiente del tamaño de la tubería. • Salida repetible, aunque la placa tenga un daño  Principales desventajas: • Alta perdida de presión (40-80%) • Mantenimiento constante por incrustaciones en la placa y en las tomas de presión.

3. EQUIPOS, MATERIALES, REACTIVOS:

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EQUIPOS, MATERIAL, REACTIVOS

1 Sistema de Tuberías Cerrado (Incluye Instrumentos de Medición de Caudal y Presión

2

3

Bomba de agua

Cronómetro

5 Vernier

6

Balde de 20 litros

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

IMAGEN

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4.1. Reconocimiento de todos los componentes (manómetros, rotámetro, válvulas) y el circuito, donde se desplaza (conducción) el agua. Tener en cuenta las válvulas que no se necesitarán para la medición (cerrar dichas válvulas).

Figura N°7:

Reconociendo de todos los componentes utilizados.

4.2. Conectamos la bomba y abra completamente las válvulas que son necesarias para esta medición y revisar las demás válvulas que estén cerradas. 4.3. Conectar una manguera a la salida del circuito de tubos, para que el agua se deposite en un recipiente de volumen 20 litros.

Fig ura N°8: Realizando el respectivo trabajo. 4.4. Poner en marcha la bomba de agua y tomar nota de las medidas que marca cada manómetro para observar las diferencias de presiones en el tramo de la tubería

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donde fluye el agua y observar cuanto marca el rotámetro para luego comparar con los datos obtenidos experimentalmente.

Figura N°9: Tomando nota de las medidas que marca el manómetro. 4.5. Posteriormente con un cronometro (reloj) determinar el tiempo en que el recipiente es llenado hasta el volumen deseado (20 litros) y así obtener experimentalmente el caudal. 4.6. Terminado las mediciones correspondientes, determinar el caudal en dos posiciones distintas de apertura de válvula manual que regula caudal.

Figura N°10:

Imagen detallada explicando el valor del caudal.

5. ESQUEMA DEL SISTEMA MEDIDOR DE CAUDAL

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Figura N°11: Esquema dibujado del sistema medidor de caudal. FUENTE: Elaboración propia

5. CÁLCULOS REALIZADOS.

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

PRIMER ENSAYO.



SEGUNDO ENSAYO.

v v

v

v



TERCER ENSAYO.

v v

v

v

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL LAB 4.

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El laboratorio N° 4 de mecánica de fluidos “medidores de caudal” se tuvo como objetivo principal determinar el caudal y las velocidades del agua que fluye en una tubería, tomando datos importantes como son las presiones y las áreas de las tuberías. Poniendo en práctica nuestros conocimientos que la velocidad es directamente proporcional con la presión, así como también que el caudal es inversamente proporcional con la presión, se comprobó estas teorías mediante la experiencia realizada haciendo uso de de instrumentos y materiales como como, válvulas reguladoras, vernier, manómetros, etc. Además, para poder despejar diferentes incógnitas se hiso uso de fórmulas como la de continuidad y de Bernoulli. Así mismo llegamos a comprender que el fluido o caudal depende del diámetro de la tubería, si aumentamos el diámetro el caudal será mayor, así como su velocidad. Todos los conocimientos adquiridos en este laboratorio mediante las experiencias realizadas no servirán en futuro para poder calcular los diferentes parámetros que se requiere para la instalación o diseño correcto de las tuberías para el paso del fluido, tanto liquido como gas.

7. CONCLUSIONES: 

En conclusión, mediante experimentos se pudo conocer el principio de



funcionamiento de los medidores de caudal. Logramos reconocer todos los parámetros que debemos tener en cuenta al momento

 

de medir caudales en sistemas de transporte de líquidos. Se pudo evaluar flujos a través de medidores diferenciales de presión. Hicimos el análisis comparando los valores de caudal medidos y calculados mediante las ecuaciones de continuidad y Bernoulli.



Observamos que cuando tenemos dos llaves abiertas de la conexión de tubería la presión disminuiría.

 

Se pudo reconocer todos los parámetros a tener en cuenta a la hora de medir caudales en sistemas de transporte de líquidos.

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8. RECOMENDACIONES: 

Se recomienda comprobar todas las piezas del sistema por donde va a fluir el caudal para evitar cualquier pérdida.



No se debe arrancar la motobomba cuando las válvulas se encuentren cerradas o cuando la punta de la salida no se encuentre en un lugar confidencial.



Antes comenzar a medir debemos de verificar todos los medidores diferenciales para conocer su estado y así obtener buenos datos.



Siempre debemos mantener el ambiente limpio.



Al culminar dejar todo en orden tal y como se encontró.

9. ANEXOS:

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Figura N°12: Tablero de control del motor (sistema medidor de caudal).

Figura N°13: Imagen del sistema trabajado.

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Figura N°14: Integrantes del grupo de laboratorio.

Figura N°15: Fórmulas para encontrar los resultados de laboratorio.

Figura N°16: Integrantes del trabajo.

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