MEDICION COMPARATIVA

Objetivo

Determinar experimentalmente el gasto másico y las pérdidas que se tienen en un dispositivo compuesto de un tubo Venturi, placa con orificio y rotámetro; y trazar sus graficas en relación al gasto másico que obtenemos por medio del Banco Hidráulico.

Marco Teórico

El tubo Venturi.

El Tubo Venturi lo crea el físico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1746–1822), fue profesor en Módena y Pavía, en Paris y Berna, ciudades donde vivió mucho tiempo, estudió teorías que se relacionan con el calor, óptica e hidráulica, en éste último campo descubre el tubo que lleva su nombre, “tubo Venturi”. Según él, el tubo es un dispositivo para medir el gasto del fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión que existe entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable de mínima sección del tubo, en donde su parte ancha final actúa como difusor.

Definición

“El Tubo Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, consta de una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro ó instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y hace posible calcular el caudal instantáneo”.

Este elemento primario de medida se inserta en la tubería como un tramo de la misma, se instala en todo tipo de tuberías mediante bridas de conexión adecuadas. El Venturi tiene una sección de entrada de diámetro igual al diámetro de conducción de la tubería a la cual se conecta. La sección de entrada conduce hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un diámetro más reducido, se fabrica exactamente según las dimensiones que establece su cálculo, la garganta se comunica con un cono de salida o de

descarga con divergencia angular fija, cuyo diámetro final es habitualmente igual al de entrada. La sección de entrada está provista de tomas de presión que acaban en un anillo, cuyo fin es el de uniformar la presión de entrada. Es en este punto donde se conecta a la toma de alta presión del transmisor la conexión de la toma de baja presión se realiza en la garganta mediante un dispositivo similar, la diferencia entre ambas presiones sirve para realizar la determinación del caudal. El tubo Venturi se fabrica con materiales diversos según la aplicación de destino, el material más empleado es acero al carbono, también se utiliza el latón, bronce, acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastómeros para paliar los efectos de la corrosión. El tubo Venturi ofrece ventajas con respecto a otros captadores, como son:

1.-Menor pérdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida.

2.-Medición de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presión diferencial e igual diámetro de tubería.

3.-El Venturi requiere un tramo recto de entrada más corto que otros elementos primarios.

4.-Facilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión.

El tubo Venturi consiste en una reducción de la tubería, esto se logra con un tramo recto, un cono de entrada, la garganta y el cono de salida.

Placa de Orificio

La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo, es una lamina plana circular con un orificio concéntrico, excéntrico ó segmentado y se fabrica de acero inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensión exterior igual al espacio interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje, el espesor del disco depende del tamaño de la tubería y la temperatura de operación, en la cara de la placa de orificio que se conecta por la toma de alta presión, se coloca perpendicular a la tubería y el borde del orificio, se tornea a escuadra con un ángulo de 900 grados, al espesor de la placa se la hace un biselado con un chaflán de un ángulo de 45 grados por el lado de baja presión, el biselado afilado del orificio es muy importante, es prácticamente la única línea de contacto efectivo entre la placa y el flujo, cualquier rebaba, ó distorsión del orificio ocasiona un error del 2 al 10% en la medición, además, se le suelda a la placa de orificio una oreja, para marcar en ella su identificación, el lado de entrada, el número de serie, la capacidad, y la distancia a las tomas de presión alta y baja. En ocasiones a la placa de orificio se le perfora un orificio adicional en la parte baja de la placa para permitir el paso de condensados al medir gases, y en la parte alta de la placa para permitir el paso de gases cuando se miden líquidos.

Rotametro

Los rotámetros o flujómetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente, a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece prácticamente constante.

La fuerza equilibrante o antagónica en este tipo de medidores lo constituye la fuerza de gravedad que actúa sobre el elemento sensible construido por lo general de forma cilíndrica con un disco en su extremo, y provisto de orificios laterales por donde circula fluido que inducen una rotación alrededor de su eje para propósitos de estabilidad y centrado. Existen también elementos sensibles de forma esférica, utilizados por lo general para medición de bajos caudales que carecen de rotación.

El rotámetro en su forma más simple consta de un tubo de vidrio de baja conicidad, en cuyo interior se encuentra el elemento sensible al caudal que circula por el tubo, al cual se denomina “flotador”. Bajo la acción de la corriente de líquido o gas el flotador se desplaza verticalmente, e indica sobre una escala graduada directamente el caudal circulante, o un altura que sirve como dato de entrada para determinar el caudal en una curva o gráfico de calibración que debe obtenerse experimentalmente.

El principio de funcionamiento de los rotámetros se basa en el equilibrio de fuerzas que actúan sobre el flotador. En efecto, la corriente fluida que se dirige de abajo hacia arriba a través del tubo cónico del rotámetro, provoca la elevación del flotador hasta una altura en que el área anular comprendido entre las paredes del tubo y el cuerpo del flotador, adquiere una dimensión tal que las fuerzas que actúan sobre el mismo se equilibran, y el flotador se mantiene estable a una altura que corresponde a un determinado valor de caudal circulante.

Las fuerzas que actúan sobre el flotador son tres y de naturaleza distinta:

• Fuerza de origen aerodinámico o resistencia aerodinámica, D actuando hacia arriba.

• Fuerza de Arquímedes o empuje hidrostático, E también actuando hacia arriba.

• Fuerza gravitatoria o peso W actuando hacia abajo.

Desarrollo de la Práctica

1.- Cierre las válvulas del aparato y del banco

2.- Ponga en operación la bomba

3.- Abra completamente la valvula de suministro de agua al aparato

4.- Abra lentamente la valvula del aparato y deje de fluir el agua hasta eliminar las bolsas de aire del circuito hidráulico

5.-Eliminando el aire, cierre la valvula del aparato y calibre los tubos piezometricos a una altura de 280 mm, use la bomba de aire si es necesario

6.- Coloque la manguera de descarga del aparato en el canal aguas abajo donde se medira el volumen descargado

7.- Tomar lecturas

8.- Después de tomar todas las lecturas, cierre totalmente la válvula del aparato, si los tubos no marcan 280 mm eso indica que existe una fuga de aire en el sistema y las lecturas registradas serán erróneas, reporte inmediatamente esta anomalía a su profesor, y de ser posible repara la avería para tomar nuevamente las lecturas

9.- Finalmente desconecta la bomba y abre las válvulas, limpia y seca el banco de trabajo

NIVELES MANOMETRICOS

LecturaNo.

A B C D E F G H I Rotametro(cm)

AhmmHg

VLts.

TSeg.

1 332 149 300 308 319 176 209 159 0 18 160-120 12 27.62 329 177 300 309 317 200 222 186 30 16.5 159-123 12 30.593 325 201 301 307 314 219 239 208 69 15 155-126 12 43.744 322 209 302 307 312 234 249 224 88 13.5 154-129 12 37.695 320 236 303 308 311 248 260 240 108 12 150-130 12 42.396 307 255 304 306 310 262 270 257 128 10.5 148-134 6 25.097 316 265 305 308 310 272 279 268 142 9 148-136 6 27.678 315 276 307 309 310 281 287 277 154 7.5 146-138 6 31.359 315 288 308 310 311 291 294 287 168 6 145-139 6 35.4510 314 296 310 310 312 299 300 295 179 4.5 144-140 6 47.9611 315 315 314 311 315 313 314 315 199 0.5 142-142 6 132.26

Calculos:

a) Gasto másico del banco hidráulico

b) Tubo de Venturi

c) Placa de Orificio

Perdidas de carga

a) Medidor de Venturi

b) Placa de Orificio

c) Rotametro

d) Difusor

e) Codo a 90°

Lectura No. Gasto masico (kg/s)Venturi Placa de Orificio Rotametro Banco Hidraulico

1 13.0161197 10.0766422 0.43478261 434.7826092 11.8625425 9.11466578 0.39228506 392.285063 10.7143747 8.21314746 0.27434842 274.3484224 10.2281058 7.44209345 0.31838684 318.386845 8.81851852 6.68833615 0.28308563 283.0856336 6.93837327 5.83805842 0.2391391 239.1390997 6.87133427 5.19445055 0.21684134 216.8413448 6.00880751 4.53781532 0.19138756 191.387569 4.99963006 3.7684505 0.16925247 169.252468

10 4.08218085 3.03822193 0.12510425 125.10425411 0 1.19168868 0.04536519 45.3651898

Lectura No. Perdidas de Carga HVenturi Placa de Orificio Rotametro Difusor Codo a 90°

1 32 118.69 159.56 367.438303 -324.5883032 29 97.11 156.56 296.631271 -268.7812713 24 78.85 139.56 143.48554 -117.635544 20 64.74 136.56 196.328133 -175.4781335 17 52.29 132.56 154.158526 -138.3085266 3 39.84 129.56 111.578317 -99.72831677 11 31.54 126.56 90.3852815 -81.53528158 8 24.07 123.56 70.7481009 -61.89810099 7 16.6 119.56 54.8937122 -49.043712210 4 10.79 116.56 31.0841075 -25.234107511 1 1.66 116.56 7.0873301 -4.2373301

Conclusiones

Esta práctica obtuvimos las diferentes mediciones de los niveles manométricos a partir del flujo de agua que había en el banco, teníamos 3 medidores como son el tubo de Venturi, placa de orificio y el rotámetro, estos tres nos dieron las mediciones que necesitábamos para calcular los gastos que se producían.

Los valores para el gasto másico en los diferentes medidores fueron uniformes, el tubo de Venturi y la placa de orificio se acercaron sus valores en tanto el rotámetro vario mucho su valor. En las pérdidas de carga los tres medidores tienen una diferencia similar mas no su valor.