Laboratorio Mediciones de flujo por Venturi, placa orificio y tobera.

NOMBRE DEL LABORATORIO _____________ ____________________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ _____________ _____________ ______________ ______________ ________ _

TITULO DE LA EXPERIENCIA _____________ ____________________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ _____________ _____________ ______________ ______________ ________ _

Experiencia Nº

___________

Nombre del almno

!ec"a de la exp# ___________

_______________________________

$rpo de labora%orio _______________________________ _______________________________

!ec"a de en%re&a ___________ ________________________________

!irma del almno No%a con%rol en%rada __________

Nombre del pro'e(or _____________________________

No%a de par%icipaci)n _________ No%a del in'orme _____________ No%a de la experiencia ________ *E RECOMIENDA AL E*TUDIANTE ME+ORAR EN *U IN!ORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

____ Pre(en%aci)n

______Teor,a ______Teor,a 'ndamen%al

_____ E(-ema in(%alaci)n

____ M.%odo experimen%al ______ Carac%er,(%ica( %.cnica( _____ C/lclo(0 re(l%ado(0 &r/'ico(

de lo( e-ipo(

____ Concl(ione( OB*ER1ACIONE* _________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________ __________________________

_________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________ __________________________ _________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________ __________________________

*ANTIA$O0 ____2____2 34___

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Ingeniería Civil en Prevención de Riesgos  Medio A!"ien#e

UNI1ER*IDAD TECNOLO$ICA METROPOLITANA DEPARTAMENTO DE MECANICA IN!ORME DE LABORATORIO

Introducción Los fluidos resultan determinantes a la hora de utilizarlos a nivel de proceso, puesto que tienen una cantidad inmensa de aplicaciones, por ejemplo a nivel industrial se utilizan para transportar, enfriar o calentar, lubricar y muchas otras aplicaciones, sin embargo el manejo de fluido debe ser controlado, tanto en el uso mecánico, como también mediante bases teóricas para tener un correcto y eficaz uso al momento de emplearlos !n cuanto a aspectos industriales la medición de caudales resulta muy necesaria para desarrollar procesos correctamente !n esta e"periencia se practicará la medición de flujos mediante una instalación con tuber#a, la cual consta de estanques de agua, una bomba y varios instrumentos de obstrucción denominados flujométricos y son principalmente para medir la %a(a de 'l5o que pasa por la tuber#a, lo que nos facilitar#a el análisis de pérdida, las que son provocadas por las obstrucciones de los instrumentos o el roce que hace el fluido en ellos, lo que también indica la pérdida de energ#a debido a la fricción que hay en la tuber#a, por lo tanto se trabaja con los flujómetros tubo de $enturi, tobera de flujo y orificio, los cuales difieren en la pérdida en la tasa del flujo trabajado, por lo que se hace un gráfico comparativo para saber la eficiencia que tiene cada instrumento !l efecto de 1en%ri, se basa principalmente en el teorema de %ernoulli, el cual dice que la energ#a en un sistema de fluidos es igual en todas partes del mismo y el mecanismo de este instrumento funciona de la siguiente manera& el flujo desde la sección principal en la sección ' se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido, después se e"pande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tuber#a principal !n las paredes de la tuber#a, secciones ' y (, se encuentran ubicados ramificadores de presión, unidos a un manómetro diferencial

$

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Ingeniería Civil en Prevención de Riesgos  Medio A!"ien#e !n cuanto al funcionamiento de la placa de ori'icio, esta se coloca en forma concéntrica dentro de una tuber#a, lo que provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se apro"ima al orificio y después se e"pande de repente al diámetro total de la tuber#a La corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio

)or ultimo, la %obera resulta ser una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cil#ndrica recta y corta, y debido a la contracción pareja y gradual, e"iste una pérdida muy peque*a

OB+ETI1O $ENERAL •

+amiliarizar al alumno con los métodos de medición de flujo de fluidos Incompresibles en conductos cerrados

OB+ETI1O* E*PECI!ICO* •

• •

edir gastos con un ventur#metro, placa orificio y estanque volumétrico, medidor de desplazamiento positivo y fotómetro -onstruir las curvas de calibración de los instrumentos .nalizar comparativamente la eficiencia de los instrumentos o métodos empleados para la medición de flujo

!squema de Instalación

VALVULA DE SALIDA

ESTANQUE

TUBERIA DE VALVULA DE ENTRADA

ESTANQUE

TUBERIA DE

BOMBA

%


Ventur

Tobera Placa de

E(-ema 6 Instalación de experiencia Nº3 (Medición de flujo en Venturi, Tobera y Placa orificio)

/escripción& !sta instalación consta de dos estanques, el estanque ' es la fuente de agua que es succionada por la bomba, esta luego de dar el paso de agua con la válvula de entrada, el agua sigue por la tuber#a, en donde se ubican continuamente los 0 instrumentos de medición de flujo1 $enturi, placa de orificio y tobera, luego de pasar por los 0 instrumentos con sus respectivos manómetros, el agua termina siendo depositado en el !stanque (, este estanque cuenta con un nivelador de volumen, el cual nos indica el nivel seg2n a la velocidad y tiempo con la que llega el agua 3-audal4

To"era

&


!s"ue#a $ista interior de instru#entos de #edición "ue de#uestra la diferencia entre uno y otro

étodo !"perimental ' )or un arreglo de tuber#a se dispone de 0 manómetros conectados a los tres dispositivos instalados en el interior del arreglo, una válvula al inicio del que regula el caudal , y un estanque cuadrado de sección 56 " 76 cm con un medidor de altura del nivel del fluido ( ediante la válvula se asegura un caudal determinado para la tuber#a, luego por medio de los manómetros del esquema mide la diferencia de presión en mm8g presente en los diferentes dispositivos, para obtener el caudal teórico 9t 0 !nseguida se toma el tiempo : que demora el agua en subir una altura de ; cm en el medidor del estanque /espués de haber registrado y anotado los datos, se cambia el caudal de la tuber#a abriendo de a poco de vuelta la válvula en cada prueba y se dispone a tomar una serie de datos < +inalmente este procedimiento se repite hasta tener registros para = caudales distintos

/atos, >esultados y ?ráficos '


/atos& /iámetro ca*er#a@ 05,' mm@A6,605'm B76mm8g @A '6m-ol8(6 3metros columna de agua4

• •

-álculos& C-onociendo el -oeficiente y el 9 teórico, conozco 9 real . partir de las ecuaciones de continuidad 3'4 y de %ernoulli 3(4, se tiene que& !cuación %

!cuación &

!ntonces & en %' V 2=

V 2

(

$elocidad :eórica

√

∗∆ H

2g

4

D 2 1 −( ) D 1

>endimiento o coeficiente& Rendimiento=

Qreal Qteórico

-audal& Qteorico=( Velocidad teorico )∗ Area

Qteo=(

√

∗∆ H

2g 1

( )

−

D 2 D 1

4

)∗ Area

)


$elocidad teorica

:abla de $elocidades teóricas 1en%ri 1 %e)# :m2(; Tobera 1 %e)# :m2(;

•

P#O# 1 %e)#:m2(;

• •

6

'',6'

;,06

'<,(6

3

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;,05

'<,<7

<

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• • • • • •

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'6,;6

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

5,7;

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

B,07

0,75

'6,;6

• • • • • •

1elocidad 3 o %e)rica7

√

∗∆ H

2g

D 2 ) 1−( D 1

4

3tabla4

/atos& •

Di/me%ro 3& 6,6'7 m π ∗( d ) @ (,6'" 8rea 37 4 2

•

−4 2 10 m

-audal teórico 9 %e)rico7

V elocidad teorica∗ Area 2

3tabla4

*

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA :abla de -audales teóricos Ingeniería Civil en Prevención de Riesgos  Medio A!"ien#e

1en%ri 9 %e)# :m<2(;

Tobera 9 %e)# :m<2(;

P#O# 9 %e)#:m<2(;

6

(,('

3

(,(7 x 10−3

'6,65 x 10−3

(,=6 x 10−3

<

(,6= x 10−3

'6,67 x 10−3

(,=7 x 10−3

=

(,65 x 10−3

'6,6B x 10−3

(,=( x 10−3

>

(,'( x 10−3

'6,6< x 10−3

(,5; x 10−3

?

(,'' x 10−3

'6,6; x 10−3

(,=( x 10−3

@

(,60 x 10−3

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(,=( x 10−3



',B< x 10−3

5,=; x 10−3

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

',<5 x 10−3

B,<6 x 10−3

(,'' x 10−3

−3 x 10

'6,6B x 10

−3

(,5; x 10−3

-audal >eal 9 real %obera7 6,5"6,7"6,6; m @A 6,6(
9 real :m<2(; 6

Tiempo :(;

',B0 x 10−3

'0,=

3

',B5 x 10−3

'0,;

<

',B5 x 10−3

'0,;

=

',5( x 10−3

'0,(

>

',5; x 10−3

'0

? @

6

',B< x 10−3 $enturi 3-v4 6,B5 x 10−3 ',B0



3

6,BB x 10−3 ',<;

6,'5

'7,; 6,76



<

6,50 x 10−3 ',(=

6,'7

'5,7 6,;5

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6,'B

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','B

6,(0

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:obera 3-v4 6,'B

'0,5 )E 3-v4 '0,= 6,7'

-oeficiente o >endimiento •

Coe'icien%e@9 realD9 teórico

+


?ráficos Coe'icien%e -v 3>endimiento4 vDs Cadal Real 39r4

•

9 real :m<2(; 60@<

$enturi 3-v4

:obera 3-v4

)E 3-v4

6,B5

6,'B

6,7'

6,BB

6,'5

6,76

6,50

6,'7

6,;5

6,5(

6,'B

6,;=

6,5(

6,'B

6,7'

6,5'

6,'5

6,;=

6,5;

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6,;=

6,==

6,'=

6,7=

','B

6,(0

6,5(

−3 x 10

60@ −3 x 10

60@ −3 x 10

603 −3 x 10

60> −3 x 10

60@= −3 x 10

60@< −3 x 10

60=> −3 x 10

603 −3

x 10

,

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Ingeniería Civil en Prevención de Riesgos  Medio A!"ien#e •

Di'erencia de Al%ra : ∆ H 4 vDs Cadal Real 39r4 9 real :m<2(; 60@< x 10

−3

60@ x 10

−3

60@ x 10

−3

603 x 10

−3

60> x 10

−3

60@= x 10

−3

60@< x 10

−3

60=> x 10

−3

603 x 10

−3

1en%ri ∆ H ( mcda ) ;,=5

Tobera ∆ H ( mcda ) ',0=

P#O# ∆ H ( mcda ) =,=(

7,(;

',<0

'6,00

;,0B

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'6,B<

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'6,
0,B6

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B,B;

(,75

6,7B

;,<<

-.


Tabla de Comparaci)n Medidore(

6

1en%ri ∆ H ( mcda ) ;,=5

Tobera ∆ H ( mcd ',0=

P#O# Tiempo Tiempo Tiempo Tiempo 6 :(; 3 :(; < :(; prom# ∆ H ( mcd =,=( '0 '0,B '<,= '0,=

3

7,(;

',<0

'6,00

'(,7

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<

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6,7B

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'5,B

'5,7

:abla de medidas, en donde se e"presa la diferencia de altura columna de agua 3mcda4 y el tiempo en segundos 3s4

(∆ H ) en metros

$ra'ico Compara%io7 Fe representa la diferencia de altura de los medidores $enturi, )laca Erificio y :obera, respecto al :iempo -$ -. + ) Di&erencia de Altura #'( % & $ .

Ven#/ri To"era P0O0

Tie!"o #

%$--


-onclusión )or lo tanto, el $enturi es un medidor mucho mas preciso que la placa orificio y el tubo de flujo, pues dada su geometr#a, las l#neas de flujo que se juntan en la garganta lo hacen de tal manera que incluso otorga e"celentes mediciones a2n si se esta trabajando con l#quidos viscosos o con l#quidos con material en suspensión pues en el cuello del $enturi es muy dif#cil que queden sedimentos adheridos, dado que las velocidades son mucho más grandes !l valor de - 3coeficiente4 es mucho más bajo que el del tubo $enturi o la boquilla de flujo puesto que el fluido se fuerza a realizar una contracción repentina seguida de una e"pansión repentina .l observar la tabla de coeficientes de caudal y comparándolos entre si, se puede deducir que el medidor de &a(%o 1en%ri0 e( el medidor -e pre(en%a lo( coe'icien%e( m/( e'icien%e( de los otros medidores analizados !l uso de la placa de orificio es inadecuado en la medición de fluidos con sólidos en suspensión pues estas part#culas se pueden acumular en la entrada de la placa, el comportamiento en su uso con fluidos viscosos es errático pues la placa se calcula para una temperatura y una viscosidad dada y produce las mayores pérdidas de presión en comparación con los otros elementos primarios Las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la perdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por las perdidas de energ#a que se producen cuando se forman vórtices a la salida del orificio

-$

Laboratorio Mediciones de flujo por Venturi, placa orificio y tobera.

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