Escuela Politcnica NacionalLaboratorio de Mecnica De FluidosMacas Daz Jorge RicardoVillamarn Irazbal Freddy Javier Viernes 14:00-16:002014-05-30

INFORME 5

1 TEMA Medidores de Caudal

2 DESRROLLO DE LA PRCTICA

2.1 Resumen:Los medidores de caudal son dispositivos mecnicos o elctricos que nos permiten medir la razn de flujo (caudal) de un fluido ya sea compresible o incompresibles. En el caso de la practica utilizamos cuatro tipos de medidores de caudal entre ellos tenemos las placas orificio de 4 tipos diferentes: (Placa TA 4: 9 [mm]), (Placa TA 6: 7 [mm]), y (Placa TA 8: 13 [mm]), tambin se utiliz vertederos rectangulares y triangulares de los cuales el ms utilizado es el rectangular, finalmente se experiment con el tubo Venturi. De estos datos obtenidos se va a comparar entre los resultados tericos y experimentales para que posteriormente se pueda afirmar cul de los medidores de caudal utilizados en la prctica es ms prctico dentro de una aplicacin especfica.

2.2 Abstract:Flow meters are mechanical or electrical devices that allow us to measure the flow rate (caudal) of a fluid either compressible or incompressible. For the practice we use four kinds of flow meters such us plates hole that including four different types of plates (Plate TA 4: 9 [mm]), (Plate TA 6: 7 [mm]), (Plate TA 7: 11 [mm]) and ( Plate TA 8: 13 [mm]), rectangular and triangular landfills which the most used are rectangular landfills, finally experimented with the venturi tube. From these obtained data we will compare between theoretical and experimental results for the later you can affirm which of flow meters used in practice is more practical in a specific application and depending on many factors which of flow meters is the most common in most applications.

3 DATOS OBTENIDOSPlacas orificio.Placas orificio

Tipo TA-8Tipo TA-6Tipo TA-4

X [cm]Y [cm]X [cm]Y [cm]X [cm]Y [cm]

4-12,44-134-12,8

8-12,58-13,28-13

12-1312-13,512-13,2

16-13,416-1416-13,8

20-13,920-14,420-14,2

24-14,524-1524-15

28-1528-15,328-15,8

32-1632-16,432-16,8

36-16,836-17,636-17,8

40-1840-18,540-18,8

44-18,544-19,844-20,5

48-2048-20,548-22

52-2152-21,752-23,8

56-22,556-23,256-25,8

60-24,260-24,860-27,5

64-2664-26,864-29,3

68-27,768-28,568-31,2

72-2972-3072-33,8

76-31,576-31,676-35,5

80-33,980-33,5

84-35,384-36,7

Tabla 1. Datos de placas orificios

Placatexp [s]Vexp [lit]D orificio [m]D vena [m]

TA-8830,0130,0115

TA-62630,0070,007

TA-41230,0090,0115

Tabla 2. Datos da cada placa orificioDATOS VENTURIV exp [l]t exp [s]H [in]D garganta [m]D grande [m]

3132,80,015880,03175

3105,20,015880,03175

3375,30,015880,03175

3712,10,015880,03175

3520,50,015880,03175

Tabla 3. Datos de venturi

DATOS VERTEDEROS TRIANGULAR.V exp [l]t exp [s]H [in]

3370,68

3101

371,12

351,47

3131,6

Tabla 4. Datos de vertedero triangular

DATOS VERTEDERO RECTANGULAR.V exp [l]t exp [s]H [in]

3370,37

3130,45

3100,56

370,84

351,5

Tabla 5. Datos vertedero rectangular

4 DATOS CALCULADOS Placa orificio TA-8 Dimetro placa=Dp= 13mm= 1.3cm Dimetro vena=Dv= 1,15cm

Fig.1. Embalse (extrado de mecnica de fluidos de Stretter)

Para facilidades de calculo: Tomando como origen, el principio de las varillas de medicin de los desplazamientos en Y.

Para facilidades de calculo: Ahora encontraremos los valores de Xo y Yi, sabien que la altura de la base del tanque al orificio es de 30 cm, a este valor se le debe sumar la distancia hacia el origen que se tomo para el calculo de la trayectoria.

y = -0,0033x2 + 8E-05x - 12,476para Yi= -30 cm + (-12,4) cm = -42,4 cm Ahora reemplazamos para determinar Xo: Xo= 107,203 cm

De este modo, ahora se toma la referencia el orificio, entonces:Y= 30 cm, X= 107,203 cm y H= 75 cm

Clculos Venturi.D1=5/4 in=0,03175 mD2=5/8 in=0,01588 mA1=0, 00079173 m2A2=0,000197933 m2Para t= 10s V=3litros H=5, 2 in= 0,13208cm

Vertedero Triangular

, y tan (45)=1Para t= 10s V=3litros H=1 in = 0,0254m

Por motivos de que el valor de H=1,6 in , esta fuera del campo de la ecuacin lo hemos omitido para mejorar el clculo.

Fig.2 Comparacin de caudales reales y tericos (Vertedero Triangular)

Ecuacin ideal es: y = 2,362x2,5 = 2,362(0,0254)2,5=0,00025Ecuacin real es: y = 4,7436x2,6704 = 4,7436(0,0254)2,6704=0,000284Cd1=yreal/yteorico=0,000284/0,00025=1,006Ahora reemplazamos para el valor de nuestras alturas por x, para determinar el Cd que sera el valor de y promedio, por des-lineamiento.Con la Sumatoria de todos los Cdi encontramos el promedio que da:Cprom=1,09703

Vertedero rectangular.

L= 5 in= 0,127inPara t= 10s V=3litros H=0,56 in = 0,014224m

Fig.3 Comparacin de caudales reales y tericos (Vertedero Rectangular)

Ecuacin ideal es: y = 0,375x1,5Ecuacin real es: y = 0,0394x1,2146Ahora reemplazamos para el valor de nuestras alturas por x, para determinar el Cd que sera el valor de y promedio, por des-lineamiento.Ecuacin ideal es: y = 0,375x1,5 = 0,375*0,0142241,5 =0,00064Ecuacin real es: y = 0,394x1,2146 = 0,394*0,0142241,2146 =0,000225Cd1=yreal/yteorico=0,000225/0,00064=0,35367Ahora reemplazamos para el valor de nuestras alturas por x, para determinar el Cd que sera el valor de y promedio, por des-lineamiento.Con la Sumatoria de todos los Cdi encontramos el promedio que da:Cprom=0,342

5 RESULTADOS Placas orificioX [cm]Y [cm]

4-12,4

8-12,5

12-13

16-13,4

20-13,9

24-14,5

28-15

32-16

36-16,8

40-18

44-18,5

48-20

52-21

56-22,5

60-24,2

64-26

68-27,7

72-29

76-31,5

80-33,9

84-35,3

Tabla 6. Lnea de flujo en Placa orificio TA-8

Fig. 4 Lnea de flujo en Placa orificio TA-8

X [cm]Y [cm]

4-13

8-13,2

12-13,5

16-14

20-14,4

24-15

28-15,3

32-16,4

36-17,6

40-18,5

44-19,8

48-20,5

52-21,7

56-23,2

60-24,8

64-26,8

68-28,5

72-30

76-31,6

80-33,5

84-36,7

Tabla 7. Lnea de flujo en Placa orificio TA-6

Fig. 5 Lnea de flujo en Placa orificio TA-6

X [cm]Y [cm]

4-12,8

8-13

12-13,2

16-13,8

20-14,2

24-15

28-15,8

32-16,8

36-17,8

40-18,8

44-20,5

48-22

52-23,8

56-25,8

60-27,5

64-29,3

68-31,2

72-33,8

76-35,5

Tabla 8. Lnea de flujo en Placa orificio TA-4

Fig. 6 Lnea de flujo en Placa orificio TA-4

Placat exp [s]V exp [lit]Xo [cm]YoD orificio [m]D vena [m]CvCdCcQ terico [m^3/s]Q experime [m^3/s]Error %

TA-883107,2300,0130,01151,130,7830,880,0004500,00037516,7

TA-626395,93300,0070,0071,01111,01120,0001490,000115422,69

TA-412386,2300,0090,01150,9091,6331,480,0003620,0002530,94

Tabla 9. Resultados de las placas orificios

Tubo VenturiV exp [l]t exp [s]H [in]H[m]D garganta [m]D grande [m]A garga [m^2]A grande [m^2]Qt [m^3/s]Q exp [m^3/s]Error %

3375,30,1350,01590,03180,0001980,0007920,0003328,11E-0575,59

3132,80,0710,01590,03180,0001980,0007920,0002410,0002314,42

3105,20,1320,01590,03180,0001980,0007920,0003290,00038,82

3712,10,3070,01590,03180,0001980,0007920,0005010,00042914,61

3520,50,5210,01590,03180,0001980,0007920,000650,00068,15

Tabla 10. Resultados del tubo Venturi

Fig. 7 Comparacin de caudal terico y real (Tubo Venturi)

Vertedero triangular.V exp [l]t exp [s]H [in]H[m]Q exp [m^3/s]Q ideal [m^3/s]Y ideal(m)Y real(m)CdidealCd promQ teorico [m^3/s]Error %

3370,680,01738,108E-059,26E-059E-059E-051,0061,0970,00010220,19

31010,02540,00030,0002432E-043E-041,0741,0970,00026612,6

371,120,02840,0004290,0003223E-044E-041,0951,0970,00035421,17

351,470,03730,00060,0006366E-047E-041,1471,0970,00069814,04

3131,60,04060,0002310,0007868E-049E-041,1641,0970,00086373,25

Tabla 11. Resultados vertedero triangular

Fig. 8 Comparacin de caudal terico y real (Vertedero Triangular)

Vertedero RectangularV exp [l]t exp [s]H [in]H [m]Qexp [m^3/s]Qideal [m^3/s]YidealYrealCdiCdpromQteor [m^3/s]Error %

3370,370,0098,1081E-050,0003416240,000340,0001360,398070,3420,000116830,6093

3130,450,0110,000230770,000458210,000460,0001730,376440,3420,000156747,2461

3100,560,0140,00030,0006361040,000640,0002250,353670,3420,000217637,8872

370,840,0210,000428570,0011685980,001170,0003680,315020,3420,00039977,22323

351,50,0380,00060,0027885790,002790,0007450,266970,3420,000953837,0947

Tabla 12. Resultados de vertedero rectangular

Fig. 8 Comparacin de caudal terico y real (Vertedero Rectangular)

6 ANLISIS DE RESULTADOSPara las placas orificios en la tabla de resultados (Tabla 4), se observa que los resultados tienen errores entre 20 y 30% aproximadamente los cuales estn dentro de un rango aceptable aunque para trabajos con mayor precisin no seran muy tiles. Adicionalmente se da que a mayor altura del lquido sobre la placa orificio, la velocidad del chorro ser mayor, tambin depender del dimetro y del perfil que tangan las mismas.En el tubo Venturi se observa que los errores son relativamente bajos pero hay otros que son muy altos por lo que estos valores se pueden descartar para obtener un mejor anlisis. En las grficas de caudales tericos se observa que tiene una tendencia cuadrtica y el ajuste es no muy bueno debido a que su factor de correlacin R es aproximadamente 0,8.Para el vertedero triangular se tienen errores relativamente bajos que estn entre 10 y 20% y de igual manera que en tubo Venturi se tiene un dato en el cual el error se distorsiona demasiado por lo cual es factible descartar este valor. Ahora si comparamos las grficas de caudal terico y caudal real se observa que su ajuste es bueno debido a un factor de correlacin R que es de aproximadamente 0,95Para el vertedero rectangular se tiene errores relativamente altos que estn entre 30 y 50% aproximadamente por lo que tambin el ajuste de las grficas real y terica no es muy buena ya que su factor de correlacin R est en 0,8 Con respecto a los valores de los coeficientes de descarga, los Cd a pesar de los clculos que se hiso los clculos respectivos son incorrectos, que el laboratorio, debido q que en la medicin experimental se sobredimension el caudal, es decir se midi ms de lo que en tericamente debe ser.En general todos los medidores de caudal estudiados en la prctica tienen sus ventajas y desventajas y de igual manera tienen sus respectivas aplicaciones en la industria.

7 CONCLUSIONES Freddy Villamarn Los medidores de caudal tienen su aplicacin respectiva dependiendo de su versatilidad y exactitud con que puedan entregar la medida Dentro de todos los medidores de caudal experimentados en la prctica el ms exacto de estos son las placas orificios Los vertederos generan triangular y rectangular generan mayor errores mayor error en la medicin debido a que el clculo se realiza con una frmula emprica y al momento de medir el caudal real no se realiz con la precisin debida Segn la comparacin de las curvas tericas y prcticas se concluye que existe una buena relacin y ajuste entre ellas lo cual significa que estos equipos estn en buenas condiciones.

Jorge Macaz Se podra concluir que la placa orificio TA-8, es el vertedero que tiene menor coeficiente de descarga, pero a la vez el menor error, por lo que para este tipo de clculo de placas orificio, a menor coeficiente de descarga, se disminuye el error de medicin. Al observar los resultados, se podra decir que de cierta manera, se logr el objetivo de la prctica el cual era tratar medir el caudal que salen por los diferentes dispositivos, destacndose en especial es tubo de Venturi donde se tubo los errores ms pequeos. Se puede concluir que los errores encontrados, tambin se deben a que como se tiene conocimiento estos dispositivos tienen un cierto porcentaje de error de medicin del caudal, tambin llamado tolerancias, el cual es de fabricacin, sumado a los dems errores de medicin y estado de los equipos. Al observar las diferentes grficas, se puede concluir que en su mayora las curvas reales tiende a las curvas tericas, diferencindose en ciertos puntos, por datos que se descordinan de los dems, los cuales afectan a la ecuacin real o experimental, por lo que si te tuviera mayor cuidado al tomar los valores, se podra obtener mejores resultados.

8 RECOMENDACIONES Freddy Villamarn Se recomienda que para la medicin de longitud (en nuestro caso alturas al chorro de agua) se utilice otro mtodo o un instrumento que nos entreguen con mayor precisin las medidas Sera recomendable que para las medidas de flujos reales se tomen mayores tiempos al igual que se utilice un recipiente de mayor capacidad para que el flujo medido sea ms exacto. Para prximas practicas sera muy bueno que se implementen otros dispositivos de medicin de caudal para poder ampliar el conocimiento sobre estos. Sera recomendable que se consideren algunos parmetros que implican prdidas o que varan en algo al estado del fluido ya que de esta manera obtendramos resultados ms concisos.

Jorge Macaz Sera muy recomendable, tener conocimiento del Cd o coeficientes de descarga, ya que el mtodo empleado se presta a errores. Sera muy recomendable, para obtener las medidas tanto como de longitud en el laboratorio, utilizar un instrumento de mayor precisin y que los mtodos para realizarlas nos brinden mayor exactitud especialmente en las alturas. Sera muy recomendable, usar las condiciones de Quito, lo cual involucra el uso de la gravedad que existe en ciudad capital para el estudio. Varios errores se dan por la medicin de caudal experimental, por lo es necesario implementar un sistema de mayor precisin para la medicin del caudal.

9 BIBLIOGRAFA Victor L. Streeter; Mecnica de fluidos; Editorial Mc Graw Hill; Novena Edicin; 2000.