aparato medidor de flujojulio naranjo informe

ALUMNO: Julio Miguel Naranjo Fiallos PARALELO:103

APARATO MEDIDOR DE FLUJO

PRÁCTICA #3

Laboratorio de Instrumentación Básica

Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)

ESPOL, Guayaquil

25/11/2015

ABSTRACT

At the beginning a short evaluation of the learned to the previous practice (deadweight), in practice they discussed the instruments flow measurement and what they then proceeded to get the data using the manual was made to calculate discharge coefficients using the equation obtained from the conserva-tion of energy and flow in order to obtain an equation that helps us calculate the speed, which will help us calculate the volumetric flow and mass flow later. The test bench allows familiar with some typical methods of measuring flow of an incompressible fluid, the same applications showing the Bernoulli equation. Measuring the flow is done using a direct method; in this case the weighing tank and timer, and an indirect method through a venturi, nozzle, orifice and a rotameter connected in series.

KEYWORDS

• Nozzle

• Venturi

• Plate hole

• Flow

• discharge coefficient

• Rotameter

• Energy conservation


RESUMEN

Al inicio se tomó una corta evaluación de los aprendido hasta la práctica anterior(pesos muertos), En la práctica se conversó de los instrumentos de medición de caudal y para qué sirven, luego se procedió a obtener los datos siguiendo las instrucciones del manual para calcular los coeficientes de descarga usando las ecuación obtenidos a partir de la conservación de la energía y caudal para poder obtener una ecuación que nos ayuda a calcular la velocidad, la cual nos ayudara calculando el flujo volumétrico y posteriormente el flujo másico. El banco de prueba permite familiarizarse con algunos de los métodos típicos de medición de flujo de un fluido incompresible, al mismo que muestra las aplicaciones de la ecuación de Bernoulli. La medición del flujo se la hace utilizando un método directo; en este caso tanque pesaje y cronómetro, y un método indirecto a través de un Venturi, Tobera, Orificio y un Rotámetro conectados en serie.

PALABRAS CLAVES

Tobera

Venturi

Placa orificio

Caudal

Rotámetro

Coeficiente descarga

Conservación de la energia

Índice:


I. INTRODUCCIÓN

II. OBJETIVOS

III. MATERIALES Y EQUIPOS

IV. PROCEDIMIENTO

V. TABLA DE DATOS

VI. CALCULOS REPRESENTATIVOS

VII. TABLA DE RESULTADOS

VIII. GRÁFICAS

IX. ANALISIS DE RESULTADOS

X. CONCLUSIONES

XI. RECOMENDACIONES

XII. BIBLIOGRAFIA

Introducción


En la practica se estudio los medidores volumétricos los cuales miden presiones diferenciales, de

acuerdo a este principio de funcionamiento se aplico la ecuación de bernoulli para poder obtener el

coeficiente de descarga a partir de los datos recolectados de 10 mediciones, que se obtuvieron de

utilizando el método directo que consiste en un tanque pesaje y cronometro y método indirecto a través

de un venturi, tobera, orificio y un rotámetro conectados en serie, en objetico es calcular las perdidas en

cada uno de estos elementos conectados en serie.

Objetivos

Aplicación de la ecuación de bernoulli a fluido incompresible

Comparación de la medición de flujo empleado:

o Un tanque de pesaje y cronometro

o Un medidor venturi

o Una tobera(difusor)

o Un medidor de placa de orificio

o Un rotámetro

Obtener el coeficiente de descarga del venturi, tobera y placa orificio

Obtener la curva de calibración del venturi, tobera y placa orificio, tobera y rotámetro. En el

cual se grafica la masa del tanque vs la masa de medidor, para los medidores de obstrucción, y

en el caso del rotámetro graficar la masa del tanque vs la altura Y del rotámetro.

Materiales y equipos

banco de prueba

medidor venturimulti-tubular

cronometro


Figura 1: Diagrama del banco de prueba o el aparato medidor de flujo.


Figura 2: banco de prueba o banco hidraulico


Figura 3: instrumento de medición rotametro

Figura 4: estanque de llenado con su respectivo mecanismo de palanca y peso muerto

Procedimiento


Conectar el equipo y accionar el pulsador para prender la bomba hidráulica

Extraer el aire de los tubos manométricos por flexión de la tubería y presurizar el banco de

tubos manométricos

Ajuste la válvula de suministro hasta que el flotador del Rotámetro se encuentre en la parte

superior aproximadamente unos 24 cm en la escala

Tomar las lecturas de los niveles manométricos Ha, Hb,…,Hf respectivamente; nivel del

Rotámetro; cantidad de agua almacenada en el tanque de pesaje para un cierto tiempo

Repita el paso 3 para diferentes razones de flujo (diferentes nivel del rotámetro)

Aplicar las formulas para obtener el coeficiente de descarga

m ideal = A2 V2

mactual=KA 2 √2( p1−p2)/ ρ m actual = K A2 [2 (p1 – p2)/](1/2)

K= C / (1- ß4)(1/2)

p1

γ 1+V

12

2 g+h1=

p2

γ2+V

22

2g+h2

A1V 1=A2V 2

Qideal=k √h1−h2

Cd=

QrealQideal

C= m actual / m ideal

ß = d / D = (A2 / A1)(1/2)

Donde:

m ideal, actual:Flujo másico ideal y actual. [ Kg/s]

A2 y V2: Condiciones en la salida de los medidores. [m2], [m/s]

: Densidad del fluido. [Kg/m3]

K: Coeficiente de flujo.

ß:Relación de diámetros.

C:Coeficiente de descarga.


D y d: Diámetro de entrada y salida respectivamente. [m]

p1, p2: Presionesde entrada y salida. [ Pa]

Tabla datos

ha

(mm)

hb

(mm)

hc

(mm)

hd

(mm)

he

(mm)

hf

(mm)

Y

(cm)

Cantidad de

Agua (Kg.)

T

(seg.)

360 100 310 320 335 60 22 15 40.7

345 123 310 320 335 85 21 15 43.3

340 140 323 334 352 105 20 15 44.4

362 173 329 340 350 142 19 15 47.4

362 190 334 341 351 162 18 15 50.6

356 203 324 335 348 180 17 15 54.21

355 215 330 335 340 190 16 15 56.8

349 225 330 335 340 205 15 15 60.4

343 235 327 332 339 218 14 15 64.1

342 245 327 330 336 231 13 15 67.9

337 252 324 327 334 242 12 15 73

Tabla1: datos observados en el medidor de venturimulti-tubular, ratametro y tiempo de llenado del

estanque.

Cálculos representativos

Calculo de CD de venturi: se va a calcular el primer coeficiente y de ahí solo se registraran los

resultados en la tabla de resultados correspondiente.

D2=16mm

D1=26mm

Qteorico2=V 2∗A2=π (D2)

4∗√ 2(g)

(D1

D2)

4

−1∗(h2−h1)

Qteorico2=V 2∗A2=π (0.0262)

4 ∗√ 2(9.81)

(0.0160.026

)4

−1∗(0.1−0.36)

Qteorico2=4.09¿10−4m /s


M real= 1540.7

M real=0.368 kg/ s

M teorico=4.09 ¿10−4(1000)

M teorico=0.409 kg/ s

CD=0.3680.409

CD=0.75

Calculo para el CD de la placa orificio:

De=51mm

Df=20mm

Qteorico2=V 2∗A2=π (Df )

4∗√ 2(g)

(DeDf

)4

−1∗(h f−he)

Qteorico2=V F∗A F=π (0.022)

4 ∗√ 2(9.81)

( 0.020.051

)4

−1∗(0.335−0.06)

Qteorico2=7.38 ¿10−4m/ s

M real= 1540.7

M real=0.368 kg/ s

M teorico=7.38 ¿10−4(1000)

M teorico=0.7385 kg/ s

CD= 0.3680.7385

CD=0. 5054

Calculo para el CD de la tobera

El coeficiente de descarga por efectos bidimensionales de la tobera se aplica la siguiente ecuación

obtenidas mediante ensayos:

CD=0.99844−0.0996 ℜ−0.2113564

Re se puede obtener a partir de

ó


Donde:

: Densidad del fluido

Ds : Velocidad característica del fluido

D: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del siste-

ma

μ: Viscosidad dinámica del fluido

V: Viscosidad cinemática del fluido (m²/s)

Entonces el coeficiente de descarga se obtiene a partir de la siguiente ecuación:

CD=0.99844−0.0996 ¿

Se asume una temperatura de 20 grados para el coeficiente de viscosidad dinámica del agua (

=0.001003)

CD=0.99844−0.0996 ¿

CD=0.9199

CALCULOS EN EXCEL

MREAL 77,1703145 0,040971970,36855037


0,346420320,33783784

0,31645570,296442690,276701720,264084510,248344370,234009360,220913110,20547945

0,36 0,1 0,31 0,32 0,335 0,060,345 0,123 0,31 0,32 0,335 0,085

0,34 0,14 0,323 0,334 0,352 0,1050,362 0,173 0,329 0,34 0,35 0,1420,362 0,19 0,334 0,341 0,351 0,1620,356 0,203 0,324 0,335 0,348 0,180,355 0,215 0,33 0,335 0,34 0,190,349 0,225 0,33 0,335 0,34 0,2050,343 0,235 0,327 0,332 0,339 0,2180,342 0,245 0,327 0,33 0,336 0,2310,337 0,252 0,324 0,327 0,334 0,242

360 100 310 320 335 60 22 15 40,7345 123 310 320 335 85 21 15 43,3340 140 323 334 352 105 20 15 44,4362 173 329 340 350 142 19 15 47,4362 190 334 341 351 162 18 15 50,6356 203 324 335 348 180 17 15 54,21355 215 330 335 340 190 16 15 56,8349 225 330 335 340 205 15 15 60,4343 235 327 332 339 218 14 15 64,1342 245 327 330 336 231 13 15 67,9337 252 324 327 334 242 12 15 73

CONSTANTE RAIZ

diametro area -22,9048363a 0,026 0,000530929 -

0,85658763,2848363


5

b 0,016 0,0002010625,9729003

9 1,42129824

c 0,026 0,00053092913,804280

7d 0,051 0,002042821 0 -20,0952618

e 0,051 0,002042821

-0,9763495

6 -19,62f 0,02 0,000314159 -1

DIFRENCIA VENTU-RI

RAIZ CUADRA-DA Q TEORICO MTEORICO CD

-0,26 2,4403396150,0004906

6 0,490659390,7511328

1

-0,222 2,2549664430,0004533

9 0,4533879 0,7640705

-0,2 2,1403194290,0004303

4 0,430336750,7850545

7

-0,189 2,0806282850,0004183

4 0,418335140,7564645

4

-0,172 1,9848505850,0003990

8 0,399077890,7428191

2

-0,153 1,8720149450,0003763

9 0,376390940,7351444

7

-0,14 1,790719710,0003600

5 0,360045560,7334752

5

-0,124 1,6852892040,0003388

5 0,33884750,7329089

7

-0,108 1,5728071460,0003162

3 0,316231640,7399935

1

-0,097 1,4905600020,0002996

9 0,299694870,7371267

6

-0,085 1,3953175570,0002805

5 0,280545240,7324289

4

DIFERENCIA PORAIZ CUADRA-DA Q TEORICO MTEORICO CD

-0,275 2,322821560,0007297

4 0,729735910,5050462

2

-0,25 2,2147234590,0006957

8 0,695775890,4978906

7

-0,247 2,2013950120,0006915

9 0,691588640,4884953

5


-0,208 2,0201386090,0006346

5 0,634645260,4986339

9

-0,189 1,9256635220,0006049

7 0,604965040,4900162

3

-0,168 1,815532980,0005703

7 0,570366510,4851296

7

-0,15 1,7155174150,0005389

5 0,538945690,4900020

8

-0,135 1,6274827190,0005112

9 0,511288780,4857223

2

-0,121 1,5407855140,0004840

5 0,484052050,4834384

3

-0,105 1,4353048460,0004509

1 0,450914320,4899225

9

-0,092 1,3435177710,0004220

8 0,422078560,4868275

1

UN 0,001003DIFERENCIA TOBE-RA

RAIZ CUADRA-DA RE POTENCIA CD

0,01 0,1192182143,0904023

5 0,787829410,9199721

9

0,01 0,1192182143,0904023

5 0,787829410,9199721

9

0,011 0,1250371173,2412413

2 0,779934060,9207585

7

0,011 0,1250371173,2412413

2 0,779934060,9207585

7

0,007 0,0997451142,5856161

1 0,818091630,9169580

7

0,011 0,1250371173,2412413

2 0,779934060,9207585

7

0,005 0,0843000072,1852444

6 0,847704520,9140086

3

0,005 0,0843000072,1852444

6 0,847704520,9140086

3

0,005 0,0843000072,1852444

6 0,847704520,9140086

3

0,003 0,0652985051,6926830

8 0,894723970,9093254

9

0,003 0,0652985051,6926830

8 0,894723970,9093254

9


Tabla de resultados

CD venturi CD tobera CD placa

orificio

0,75113281 0,50504622 0,91997219

0,7640705 0,49789067 0,91997219

0,78505457 0,48849535 0,92075857

0,75646454 0,49863399 0,92075857

0,74281912 0,49001623 0,91695807

0,73514447 0,48512967 0,92075857

0,73347525 0,49000208 0,91400863

0,73290897 0,48572232 0,91400863

0,73999351 0,48343843 0,91400863

0,73712676 0,48992259 0,90932549

0,73242894 0,48682751 0,90932549


Gráfica

0,380,360,340,320,300,280,260,240,220,20

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

MREAL

MTE

ORIC

OCURVA DE CALIBRACION PLACA ORIFICIO

FIGURA 5: Curva de calibraciónVenturi, pendiente representa el coeficiente de descarga

0,380,360,340,320,300,280,260,240,220,20

0,75

0,70

0,65

0,60

0,55

0,50

0,45

0,40

MREAL

MTE

ORIC

O_1

CURVA DE CALIBRACION VENTURI

FIGURA 6: Curva de calibración Placa Orificio, pendiente representa el coeficiente de descarga


0,9250,9200,9150,9100,905

100

80

60

40

20

0

Mean 0,9164StDev 0,004473N 11

C1

Perc

ent

Empirical CDF of C1Normal

FIGURA 7: Curva empírica del coeficiente descarga de la tobera, pendiente representa el

coeficiente de descarga

222018161412

0,38

0,36

0,34

0,32

0,30

0,28

0,26

0,24

0,22

0,20

altura

MRE

AL

curva de calibracion del llenado del tanque

FIGURA 4: Curva de calibración del rotámetro


Análisis de resultados

Como se pudo observar en la graficas de calibración el coeficiente de descarga se comporta lineal en el

Venturi, placa orificio y el rotámetro, mientras que en la tobera sucede un fenómeno físico debido a los

efectos bidimensionales que ocurren dentro de la tobera, su coeficiente de descarga se comporta como

una exponencial, se puede inferir que los datos que se obtuvieron muestran un nivel de confianza de

más del 95% y el experimento salió como lo previsto antes de comenzar la práctica.

Conclusiones

El medidor de Venturi muli-tubular nos ayuda a calcular el coeficiente de descarga o la relación que

existe entre el flujo másico del medidor (instrumento de medición) y el flujo másico del tanque el cual

va variando a medida que se disminuye la altitud del rotámetro.

Recomendaciones

accionar el mecanismo de palanca de manera muy cuidadosa se puede averiar

tener en cuenta el aire que existe dentro de las mangueras de medidor de Venturi multi-tubular

tomar el tiempo de manera precisa para evitar errores en el calcula de la curva de calibración de

rotámetro

Bibliografía

Roca, Jorge. 16/11/2015 Medición de caudal. Diapositivas.

J. A. Cruz Maya, F. Sánchez Silva, G. Tolentino Eslava, A. Gómez Mercado, I. Carvajal

Mariscal. 2015. ESTUDIO ANALÍTICO DEL COEFICIENTE DE DESCARGA EN

TOBERAS SÓNICAS TOROIDALES ISO-9300.. En Laboratorio de Ingeniería

Térmica e Hidráulica Aplicada SEPI-ESIME-IPN-COFAA (1, 6) .: Av. IPN S/N

Edificio 5 – 3er. Piso. 07738 México, D.F. Tel. (5)729-6000 ext. 54783.

aparato medidor de flujojulio naranjo informe

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the speed

measuring the flow

the weighing tank and

medidor venturi

flujo prctica

using the manual was

ecuacin de bernoulli