lab3. medidores de venturi y orificio

Ingeniería Ambiental Operaciones y Procesos Unitarios

MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO (Medidores de Venturi y Orificio)

INTEGRANTES

Bazan Liñan Roi

Figueroa Amado Abel

Flores Benites Jesus

Luis Gonzalez Ronal

LABORATORIO Nº3 MEDIDORES DE FLUJO DE FLUIDO

pág. 1

Contenido RESUMEN .............................................................................................................................. 2

I. INTRODUCCION............................................................................................................. 2

II. MATERIALES Y METODOS. ......................................................................................... 3

2.1. Materiales y equipos. ............................................................................................... 3

2.2. Métodos.................................................................................................................... 3

III. RESULTADOS. ..........................................................................................................10

3.1. En el medidor d Venturi ..........................................................................................10

COEFICIENTE DE VENTURI ........................................................................................11

COEFICIENTE DE ORIFICIO. .......................................................................................13

1. Calculo de la caída de presión temporal a diferente radio. ...................................13

2. Determinar el caudal en cada lectura del rotámetro. .............................................13

3. Determinar la velocidad a diferentes caudales. .....................................................14

4. Calcular el coeficiente de orificio. ...........................................................................15

5. Calculo de la presión permanente ΔPP. ................................................................15

IV. CONCLUSIONES. ......................................................................................................17

V. BIBLIOGRAFICA. ..........................................................................................................17

VI. ANEXOS. ....................................................................................................................18


pág. 2

RESUMEN

El tercer trabajo de laboratorio consistió en mostrar a los alumnos la operación de

los medidores de orificio, Venturi y se analizó la variación de descarga del orificio

con el número de Reynolds. Para tal experimento se tuvo conocimiento sobre el uso

de la calibración del rotámetro (practica nº1), pues es muy importante con el cual se

trabajó a niveles de 50,100.150 y 200, donde se obtuvo diferentes alturas con ayuda

al mercurio y una regla milimetrada y estos datos aplicados para la obtención de

energía suministrada o potencial y finalmente poder realizar una gráfica en función

del caudal.

I. INTRODUCCION.

En la actualidad la medición del flujo es la variable más importante en la operación

de una plata, sin esta medida el balance de materia, el control de calidad y la

operación misma de un proceso continuo serian casi imposible de realizar.

Existen muchos métodos confiables para la medición de flujo, uno de los más

comunes es el que se basa en la medición de las caídas de presión causadas por

la inserción, en la línea de flujo, de algún mecanismo que reduce la sección: al pasar

el fluido a través de la reducción aumenta su velocidad y su energía cinética; las

placas de orifico y el Venturi estudiados en esta práctica perteneces a esta clase.

Objetivos:

_Determinar para los medidores de orificio y Venturi las constantes Cv Y Co.

_ Determinar la energía consumida o potencial y la perdida permanente de presión

relativa y el número de Reynolds.

_ Graficar y analizar P=f (Q); Δpp/Δp = f (Q) además, determinar la constante Co=f

(Re) y Cv= f (Re).


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II. MATERIALES Y METODOS.

2.1. Materiales y equipos.

_ Regla milimetrada.

_ Rotámetro

_ Medidor de orificio.

_ Medidor de Venturi.

2.2. Métodos.

Fundamento de Orificio

Son dispositivos que consisten en una reducción en la sección de flujo de

una tubería, de modo que se produzca una caída de presión, a consecuencia

del aumento de velocidad.

Haciendo un balance de energía entre el orificio (punto 1) y la sección posterior al

orificio (punto 2), despreciando las pérdidas por fricción tenemos:

…(1)

Para un fluido incompresible y de la ecuación de continuidad:

….. (2)


pág. 4

Sustituyendo 2 en 1:

….. (3)

Despejando V1 y sabiendo que D1= Orificio

….. (4)

En caso de que consideren las pérdidas de fricción, es necesario agregar el

coeficiente de orificio Co, teniendo lo siguiente:

….. (5)

Siendo V1: velocidad en el orificio.

Si se requiere conocer el caudal:

….. (6)

Co: Coeficiente de orificio o coeficiente de descarga para el caudal. Este coeficiente

varía entre 0.6 y 0.62 para orificios concentrados de bordes afilados y si el número

de Reynolds es mayor de 20000 y si la toma posterior está en la vena contracta.

Do: Diámetro de orificio.

D2: Diámetro de la tubería.


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Fig. 2. Coeficiente de descarga para orificios y rotámetros.

Usualmente el diámetro del orificio esta entre 50 y 76 % del diámetro de la tubería.

La toma corriente arriba debe quedar a una distancia correspondiente a un diámetro

de la tubería de la cara del orificio y la de corriente abajo a una distancia de 0.5 del

mismo diámetro D2.

En los medidores instalados la manera más simple de obtener la caída de presión

consiste en el empleo de un manómetro diferencial en “U”.

La pérdida de carga o pérdida permanentes por fricción se obtienen por:

….. (7)

Para gases la ecuación debe modificarse mediante un factor empírico que, para el

caso de comportamiento ideal es:

….. (8)

Siendo K la relación de las capacidades caloríficas a presión y volumen constantes.

….. (9)


pág. 6

Por lo tanto:

….. (10)

Las ecuaciones anteriores se aplican cuando las tomas de presión están situadas

en las bridas, 1 diámetro de la tubería antes de la placa y 0.5 diámetro después, si

la toma posterior está situada después de la vena contracta se utiliza un factor K

que es función de la relación β para Reynolds mayores de 20 000.

Donde:

….. (11)

Tubo Venturi

Este medidor fue inventado por Clemens Herschel en 1881 y lleva el nombre de

Venturi por el científico italiana que fue el primero en experimentar en tubos

divergentes.

Este medidor es el más exacto teniendo una mínimo perdida de presión permanente

y permitiendo el paso de 1.6 veces más el flujo que la placa de orificio. El aparato


pág. 7

está formado por tres secciones principales, una convergente con Angulo menor a

7º, una sección intermedia que constituye la garganta o estrechamiento y una

divergente.

La ecuación para obtener la velocidad se deduce de manera similar a la de un

medidor de orificio.

….. (12)

V1: Velocidad en la garganta.

D1: Diámetro de la garganta.

D2: Diámetro de la tubería.

Cv: Coeficiente de descarga; su valor medio es de 0.98.

Las pérdidas de presión no recuperables son del 10 % de la caída de presión

marcada en el manómetro diferencial.


pág. 8

Existen otros medidores de flujo como: Rotámetro

Consiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente en un

tubo vertical ligeramente cónico con el extremo de menor diámetro en la parte

inferior.

El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente sobre la

base del flotador; al subir el flotador permite que pase una determinada cantidad de

flujo por el área anular, área formada entre el flotador y la pared del tubo y será tal

que la caída de presión en ese estrechamiento baste para equilibrar la fuerza de

gravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario

en algún punto del tubo.

La pérdida de presión se mantiene constante sobre el intervalo completo del flujo.

Entonces para cada flujo. El flotador alcanza una altura determinada. El tubo cónico

lleva grabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el porcentaje del flujo

máximo. Los rotámetros no necesitan tramos rectos de tubería antes y después del

punto donde se instalan.


pág. 9

La ecuación correspondiente al flujo o caudal (Ca) viene dada por:

….. (14)

Cada magnitud tiene el significado indicado en la figura anterior y K es el coeficiente

rotámetro.

Generalmente el rotámetro se calibra con el fluido para el cual se empleará como

medidor del caudal. Sin embargo, si se calibra con un fluido A de densidad rA y

después se emplea para medir el caudal de otro fluido B de rB, la relación de

caudales viene dada por:

….. (15)


pág. 10

III. RESULTADOS.

3.1. En el medidor d Venturi

Tabla Nº1. Datos calculados, de la variación de alturas.

Tuberías (m)

LR. R(m) R´ (m) 9 a 10 9 a 11 12 a 13 12 a 14

50 0.009 0.0085 0.01 0.014 0.008 0.003

100 0.0265 0.0205 0.029 0.034 0.024 0.007

150 0.056 0.0395 0.064 0.065 0.048 0.014

200 0.089 0.059 0.098 0.094 0.08 0.024

Fuente: Datos experimentales.

Tabla Nº2: Datos y respuestas totales, después del cálculo.

LR. R(mm) R´ (mm) Q(mL/s) Q (m3/s) V(m/s)

50 9 8.5 936.52 0.00093652 0.061554034

100 26.5 20.5 1682.67 0.00168267 0.110595744

150 56 39.5 2428.82 0.00242882 0.159637453

200 89 59 3174.97 0.00317497 0.208679163

Fuente: Datos Hipotéticos.

Tabla N3: Dato tabulados y calculados

ΔP(Kpa) ΔPP

(Kpa)

V(m/s) Cv ΔPP/ΔP P(w) NrRe.

1.230 1.046 0.062 0.985 0.850 979.211 9.16321E-06

3.567 2.522 0.111 0.753 0.707 4243.197 1.64638E-05

7.873 4.859 0.160 0.523 0.617 11801.381 2.37643E-05

12.055 7.258 0.209 0.832 0.602 23042.631 3.10649E-05

Fuente: Datos Experimentales.


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Tº = 24ºC

ΡH2O = 998 Kg/m3

ϒHg = 132.8KN/ m3

µC = 1.02x10-6m2 /s

ϒH2O = 9.79 KN/ m3

COEFICIENTE DE VENTURI

De la ecuación:

Βv= 0.599” / 0.995”

βv= 23.58m / 39,17 m

βv = 0.60

βv2 = 0.36

βv4 = 0.13

ΔP = R (ϒHg – ϒH2O )

ΔPR = R´ (ϒHg – ϒH2O)

P = ΔPPxQ

Nre = 𝑣∗𝐷∗𝜌

µ=

𝑣∗𝐷

µ𝑐

De la práctica 1: Para la calibración del rotámetro se obtuvo la siguiente ecuación:

y = 14.923x + 190.37

Q= 14.923(LR) + 190.37

Calculando el área:

A= 𝜋𝐷2

4 =

𝜋(0.0145𝑚 )2

4 = 0.00016505

Reemplazando la lectura del rotámetro para cada experimento obtenemos los

diferentes caudales (m3/s).


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Obteniendo los diferentes caudales y el área en los puntos, hallamos su velocidad.

Grafica Nº1.Relacion entre el Caudal y el Potencial de energía.

Fuente: Datos de segunda y tercera tabla.

Grafica Nº2: Relación entre el número de Reynolds y El coeficiente de Venturi.

Fuente: Datos de la tercera tabla.

y = 1E+07x - 10302R² = 0.9447

-5000.000

0.000

5000.000

10000.000

15000.000

20000.000

25000.000

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035

P(w

)

Q (m3/s)

Q VS P

y = -9437.6x + 0.9631R² = 0.2132

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0 0.000005 0.00001 0.000015 0.00002 0.000025 0.00003 0.000035

Cv

NRe

NRe Vs Cv


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COEFICIENTE DE ORIFICIO.

ΔP = R (ϒHg – ϒH2O )

ϒHg = 132.8KN/ m3

ϒH2O = 9.79 KN/ m3

T = 24ºC

1. Calculo de la caída de presión temporal a diferente radio.

R= 8mm

ΔP = 0.98408

R= 24mm

ΔP = 2.95224

R= 48 mm

ΔP = 5.90448

R= 80 mm

ΔP = 9.8408

2. Determinar el caudal en cada lectura del rotámetro.

De la practica obtuvimos en una ecuación lineal Q= a (LR) + b (m3/s).

Donde a =14.923 y b = y =190.37

LR= 50.

Q= 936.52 m3/s

LR= 100.

Q= 1682.67 m3/s


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LR= 150.

Q= 2428.82 m3/s

LR= 200

Q= 3174.97 m3/s

3. Determinar la velocidad a diferentes caudales.

Q = v*A

Donde el Área:

D= 14,5 mm

𝐴 =𝜋𝐷2

4

El área es constante:

A= 1. 6513 m2

Q= 936.52 m3/s

V= 567.1410404 m/s

Q= 1682.67 m3/s

V= 1018.997154 m/s

Q= 2428.82 m3/s

V= 1470.853267 m/s

Q= 3174.97 m3/s

V= 1922.70938 m/s


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4. Calcular el coeficiente de orificio.

V10 ∗ √ρ(1 − β4)

2 ∗ ΔP

ρ= 998 Kg/m3

β4 = 0.584 = 0.113

V= 567.1410404 m/s

ΔP = 0.98408

Co = 12027.8487

V= 1018.997154

ΔP = 2.95224

Co= 12476.9727

V= 1470.853267

ΔP= 5.90448

Co= 12734.7553

V= 1922.70938

ΔP= 9.8408

Co= 12894.6787

5. Calculo de la presión permanente ΔPP.

ΔPP= R´ (ϒHg – ϒH2O)

R´= 3 mm

ΔPP= 0.36903 KPa

R´= 7mm

ΔPP= 0.86107 kPa


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R´= 14 mm

ΔPP= 1.72214 KPa

R´= 24 mm

ΔPP= 2.95224 kPa

Tabla Nº4. Datos calculados para los medidores de orificio

LR. R R´ ΔP V Co ΔP

P

Q

(m3/s)

ΔPP/Δ

P

50.00 8.00 3.00 0.98 567.14 12027.8

5

0.37 936.52 0.38

100.0

0

24.00 7.00 2.95 1019.00 12476.9

7

0.86 1682.67 0.29

150.0

0

48.00 14.00 5.90 1470.85 12734.7

6

1.72 2428.82 0.29

200.0

0

80.00 24.00 9.84 1922.71 12894.6

8

2.95 3174.97 0.30

Fuente: Datos experimentales.

Gráfico Nº3: Relación Energía consumida y el caudal de orificio.

Fuente: Datos de cuarta tabla.

3174.97, 0.30

y = 0.3761e -9E-05x

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00

ΔPP

/ΔP

Q

ΔPP/ΔP Vs Q


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IV. CONCLUSIONES.

Después de haber realizado los cálculos correspondientes a la práctica, se

obtuvo que un coeficiente de venturi en promedio fue de 0.773, comenzando

con datos a descender y finalmente hacienden, el cual nos da el indicio del

error experimental hallado.

En el caso de la potencia se puede observar claramente el incremento

considerable según el caudal correspondiente y la caída de presión

permanente, siendo su valor promedio 10016.605.

Los números de Reynolds, podemos observar que estamos trabajando con

altos valores, lo cual nos indica que estamos frente a un flujo turbulento.

V. BIBLIOGRAFICA.

Mott, Robert. “Mecanica de los Fluidos”. Cuarta Edición. Prentice Hall.

México, 1996.

Bolinaga, Juan. “Mecanica elemental de los fluidos”. Fundición Polar.

“Universidad Católica André”. Caracas, 1992.


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VI. ANEXOS.

Fig.1. Equipo de medidores de flujo (Medidor de Venturi y orificio).

Fig.2. Equipo para medir flujos de fluidos. Fig. 3. Medición del R y R´

lab3. medidores de venturi y orificio

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