Medidor De Orificio 244t45

INFORME 03: I.

II.

MEDIDOR DE CAUDAL (ORIFICIO)

OBJETIVOS - Determinar las relaciones matemáticas en un sistema de flujo con medidor de orificio. MATERIALES, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS -

MATERIALES Manguera delgada Manómetro diferencial

-

INSTRUMENTOS  Anemómetro digital  Regla milimetrada (precisión = 1 mm.)  Medidor de orificio

-

EQUIPOS 

III.

Compresor de aire

MÉTODO 1. Conectar el compresor de aire con el sistema de medición de la presión (manómetro diferencial). 2. Encender el ventilador posicionado a la derecha del compresor, y a la vez, encender el compresor. 3. Calibrar la presión que el compresor otorga al fluido (por cuestiones de seguridad) y proceder a medir la velocidad del aire en la entrada (punto 1 – ver gráfica 01) mediante el anemómetro digital. 4. Una vez que se aseguró el correcto y adecuado funcionamiento de los instrumentos, materiales y equipos, se procede a la toma de datos. Primero, se mide la velocidad (con ayuda del anemómetro), y se mide la diferencia de alturas del manómetro diferencial (5 repeticiones). 5. Con los datos que se obtuvieron, basándose en la ecuación de Bernoulli, la ecuación de continuidad, y en relaciones matemáticas, se determina el caudal en los puntos 1 y 2 (ver gráfica 01).

ESQUEMA EXPERIMENTAL DE TRABAJO

Manguera

B A

En el que se aplicó la ecuación de Bernoulli y de continuidad en los puntos 1 y 2, y la igualdad de presiones en los puntos A y B. Obteniéndose las siguientes ecuaciones:

√2

(𝑃1 − 𝑃 ) 𝐷4 𝜌 𝐷4 − 𝑑4

C2= Velocidad en el punto 2 P1, P2= Presiones en los puntos 1 y 2 respectivamente. = Densidad del aire = 1.188 Kg. /m3 D= Diámetro del tubo en el punto 1 D= Diámetro del orificio ∆𝑃 ∆ℎ ɣ𝐻2 𝑂 − ɣ𝑎𝑖𝑟𝑒 ɣH2O= peso específico del fluido manométrico (agua, 20°C)= 9793.2249(N/m3) ɣ=peso específico del aire a 25°C=11.6543 (N/m3)

𝑄𝑚 Qm= Caudal en la manguera Dm= Diámetro en la manguera Cm= Velocidad en la manguera

𝜋𝐷𝑚 𝐶 4 𝑚

IV.

RESULTADOS

Se obtuvieron los siguientes resultados: TABLA 01. RESULTADOS PARA OBTENER LA MEDICIÓN DEL CAUDAL Cm (m/s)

∆h(m.)

Qm (m^3/s)

∆P (Pa.)

C2(m/s)

Qo (m^3/s)

Qm/Qo

C1 (m/s)

Re

4.7 6.2 2.6 5

0.070 0.122 0.016 0.098

0.00026046 0.00034359 0.00014409 0.00027709

684.7099 1193.3516 156.5051 958.5939

34.26265 45.2326 16.3807 40.5401

0.00081 0.0011 0.0004 0.0010

0.31997 0.3197 0.3702 0.2877

4.6064 6.0813 2.2023 5.4504

4497.88861 5937.99177 2150.40206 5321.97358

Se presentan las siguientes 4 gráficas como medio de validación estadística de la prueba experimental:

V.

DISCUSIÓN

Entre las mediciones que normalmente se llevan a cabo en un fluido que circula por un conducto cerrado se tiene la del gasto y el flujo volumétrico (caudal), para lo cual existen varios métodos a saber: métodos directos, indirectos, gravimétricos, volumétricos, electrónicos y electromagnéticos. Por ejemplo, un método directo para medir un gasto en un flujo dado consiste en determinar el volumen o el peso del fluido que pasa por una sección en un intervalo de tiempo específico. Los métodos indirectos para medir el gasto (o caudal) suelen requerir la determinación de una carga manométrica, una diferencia de presiones o la velocidad en varios puntos de una sección transversal, para que posteriormente con base a estos datos, se halle el caudal buscado. La selección de un medidor de flujo es afectada por la exactitud requerida, el intervalo de medición, el costo, la complicación, la facilidad de lectura o reducción de datos, así como por la vida de servicio. Debe elegirse el dispositivo más simple y barato que brinde ala exactitud deseada. La selección de un medidor de flujo es afectada por la exactitud requerida, el intervalo de medición, el costo, la complicación, la facilidad de lectura o reducción de datos, así como por la vida de servicio. Debe elegirse el dispositivo más simple y barato que brinde ala exactitud deseada. (UNET, 2007). En el caso de la práctica que se desarrolló, se consideró un Canal de Venturi, que estuvo acoplado a un manómetro diferencial. En el Tubo de Venturi, se conseguía un decremento de presión, a expensas de un incremento de altura dinámica, gracias al estrechamiento. También, gracias a una disminución de la sección transversal del canal, se consigue un decremento de la altura piezométrica de la corriente a expensas también de un incremento del mismo en flujo abierto. Según Mataix, 1970, existen tres tipos de canal de Venturi, que en el caso de la práctica que se hizo, se podría considerar que se utilizó una solera plana con estrechamiento lateral solamente (ver Anexo 01). Este tipo de medidor se asemeja al de orificio; por lo que es importante notar la relación que puede haber entre ellos para no caer en error al momento de considerar el tipo de medidor.

Cabe mencionar que previamente se calibró el equipo; pues, estas mediciones se basan en el establecimiento del flujo estacionario. Otro aspecto importante a mencionar es el tipo de medidor que se usó, pues, de esto dependerá la precisión, exactitud en la cuantificación y control del flujo de fluidos ya sea dentro de ductos o tuberías, y aun con mucha más razón, si se trata de productos alimentarios en empresas agroalimentarias. Según Fernández, 2010., existen cuatro tipos de medidores de caudal: de área constante y caída de presión variable (Medidor de Obstrucción), Medidor de Placa orificio, Medidor de Venturi y Medidor de Tubo de Pitot.

Los gráficos que se muestran en los resultados se elaboraron con el fin de corroborar que los resultados que se obtuvieron son confiables. En el gráfico 01, según las ecuaciones usadas, el caudal Qm debe ser proporcional a la diferencia de presiones entre los puntos 1 y 2. Una experiencia de laboratorio que se realizó en la Universidad de Chile, se elaboró un gráfico que relaciona el porcentaje de caudal y la diferencia de presión en un venturímetro y en un diafragma (ver Anexo 02), observándose que estas dos variables siguen una relación directamente proporcional entre sí. Otra forma de leer el gráfico es afirmando que a medida que aumente el caudal, se experimenta una caída de presión en el interior del diafragma (por esa razón la diferencia de presión aumenta). Siendo que esta es muy similar a la que se obtuvo, se podría decir que es válida la gráfica que se obtuvo (Gráfica 01), además el valor R2 = 0.9803 (curva con línea de tendencia potencial). La gráfica 02 muestra de manera correcta la relación directamente proporcional que debe existir entre el Número de Reynolds y el Caudal. Por último, las gráficas 03 y 04 son adecuadas; pues, más allá que el R2 no sea mayor a 0.90, si se ajustan a una línea de tendencia lineal. Cabe señalar que el R2 no quiere decir que el experimento haya sido mal hecho, sino que el modelo de la línea de tendencia es explicado en un 64.5 % y en 74.5 % (gráfica 03 y 04, respectivamente). Si el experimento estuviera mal hecho, el error típico estaría muy elevado, pero no se puede concluir en base al R2.

VI.

CONCLUSIONES  Se determinaron las relaciones matemáticas en un sistema de flujo con medidor de orificio (diafragma) para un fluido compresible: aire, hallándose el caudal y otras relaciones del mismo con otras variables.  Se logró el pleno entendimiento de un medidor de orificio, siendo fundamentado en base a las leyes de la mecánica de fluidos; específicamente, la ecuación de Bernoulli, la ecuación de continuidad y el Número de Reynolds.  Se obtuvieron gráficas que corroboran de manera eficaz las mediciones hechas experimentalmente, aunque el valor R2 no sea el deseado.

VII.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Mataix, Claudio. 1970. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. Madrid, España : Ediciones del Castillo., 1970. Segunda edición. ROMAN. 20??. EXPERIMENTO DE LABORATORIO. UNIVERSIDAD DE CHILE. [En línea] 20?? [Citado el: Junio de 23 de 2014.] http://maxventuri0.tripod.com/. TÁCHIRA, UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE. 2007. LABORTARIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS. PRÁCTICA VIII: MEDIDORES DE CAUDAL. [En línea] 2007. [Citado el: 23 de Junio de 2014.] http://www.unet.edu.ve/~aostos/LinkedDocuments/Medidores%20de%20Caudal.doc. Valiente Barderas, Antonio. 2002. Problemas de Fluidos. Méxio D.F. : Editorial Limusa. S.A. de C.v. Grupo NORIEGA editores BALDERAS 95., 2002.

VIII.

ANEXOS

Anexo 01. Canal de Venturi: (a): solera plana con estrechamiento lateral solamente, (b) y (c): solera no plana con y sin estrechamiento lateral.

Anexo 02. Gráfica del Porcentaje de Caudal vs. Diferencia de presión (considerando 2 tipos de medidores: Diafragma y Venturímetro).