Laboratorio No 5 Hidraulica

7/27/2019 Laboratorio No 5 Hidraulica

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LABORATORIO No 5: Sistema de medicin de flujo

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I. INTRODUCCIN:

Cuatro razones primordiales para utilizar sistemas de medicin de flujo son: el

conteo, la evaluacin del funcionamiento, la investigacin y el control de procesos.Siempre que se est transfiriendo la custodia de un fluido, existe la necesidad de

realizar un conteo de las cantidades involucradas. En comercio, existen numerosos

ejemplos de transferencia de custodia. El flujo de gasolina se mide conforme se

bombea hacia el tanque de combustible de un automvil. El gas natural que se

emplea para cocinar y para calefaccin se mide como se hace con el agua.

Ejemplos de evaluacin del funcionamiento son la medida del flujo de gasolina

en una mquina, el flujo de aire en un sistema de calefaccin, el flujo de sangre

durante una ciruga o el flujo de agua a travs de un intercambiador de calor. En

control de procesos, el xito de una operacin continua depende en gran parte de la

medicin y control del flujo. Por ejemplo, en el proceso de tratamiento de agua para

su potabilizacin o en el proceso de tratamiento de aguas residuales, la tasa de flujo

debe supervisarse y controlarse para asegurar la eficiencia y control de los procesos.

Muchos dispositivos se encuentran disponibles para la medicin del flujo que

pasa por una seccin cualquiera. Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de

volumen en forma directa, mientras que otros miden la velocidad promedio del flujo el

cual puede convertirse a velocidad de flujo de volumen utilizando Q= V*A. Asimismo,

algunos de ellos proporcionan mediciones primarias directas, mientras que otros

requieren calibracin o la aplicacin de un coeficiente de descarga a la salida

observada del dispositivo. La forma de la salida del medidor de flujo tambin vara en

forma considerable de un tipo a otro. La indicacin puede ser una presin, un nivelde lquido, un contador mecnico, la posicin de un indicador en al corriente del

fluido, una seal elctrica continua o una serie de pulsos elctricos.


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El accesorio FME18 denominado Sistema de Medicin de Flujo, usado en

combinacin con el Banco Hidrulico (FME00) para este ensayo (Ver figura 1),

consiste en un Venturmetro, un Medidor de rea Variable (Caudalmetro) y una

Placa de Orificio, instalados en una configuracin en serie para permitir una

comparacin directa. Se conoce, que cuando el flujo para por un medidor se

producen prdidas, las que se cuantifican con las lecturas manomtricas hechas a la

entrada y a la salida de cada medidor.

Figura 1. Componente del equipo FME18.

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II. GENERALIDADES:

2.1. Descripcin del equipo (Ver figura 1):

El accesorio consiste en un Venturmetro, un medidor de rea variable y una

placa de orificio. Hay varias tomas de presin conectadas a un panel de ochotubos, el cual se conectar al banco hidrulico con una entrada de aguapresurizada.

El accesorio se debe colocar sobre el banco hidrulico en la parte superior. Elmedidor de Venturi (7), medidor de rea variable (5) y el medidor de orificio (3)estn instalados en una configuracin en serie para permitir una comparacindirecta.

La vlvula de control de flujo (2), permite variar la velocidad de flujo a travsdel circuito y su ajuste en unin con la vlvula de control de banco permite

variar la presin esttica del sistema.

Las tomas de presin en el circuito (8) se conectan a un manmetro de ochotubos (6), comunicados por su parte superior mediante un colector. Este llevaen uno de los extremos (4) los elementos necesarios para conectar unavlvula anti retorno con enfuches rpidos. Mediante una bomba manual, sepuede presurizar el sistema, lo que permite ajustar el nivel en los tubos delmanmetro a un nivel conveniente, con el fin de medir diferencias depresiones cuando la presin esttica es elevada.

2.2. Especificaciones:

Escala de manmetro: 0 a 500 mm de columna de H2O.Numero de tubos manomtricos: 8.Dimetro del orificio de la placa: 25 mm.Caudalmetro: 2 a 30 lts/min.Dimensiones del tubo Venturi:

Dimetro de la tubera aguas arriba: 32 mm. A1=8.04*10

-4 m2. Dimetro del orificio: 20 mm. A2=3.14*10

-4 m2. Graduacin aguas arriba: 140. Graduacin aguas abajo: 210.

Dimensiones de la placa de orificio:

Dimetro de la tubera aguas arriba: 35 mm. A1=9.62*10

-4 m2.


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Dimetro del orificio: 19 mm. A2=2.83*10

-4 m2.

Dimensiones y pesos:

Dimensiones aproximas: 750*450*950 mm. Volumen aproximado: 0.32 m3. Peso aproximado: 5 kg.

Servicios requeridos:

Banco hidrulico FME00. Equipo de Medida de Flujos FME18. Nivel de mano y cronmetro.

2.3. Fundamento terico:

En cualquier sistema hidrulico prctico tienen lugar prdidas de energa, peroconviene ignorarlas u obtener expresiones de las ecuaciones en estos aparatos yluego corregir los resultados tericos obtenidos, multiplicndolos por un coeficienteexperimental para evaluar los efectos de las prdidas de energa (en este caso C d).

Para medir este flujo se aplica la ecuacin de Bernoulli:

Ahora bien, para el medidor de Venturi y placa de Orificio, z1 = z2, por lo que laecuacin bsica de Bernoulli se reduce a:

Ecuacin 1:

Debido a la continuidad de flujo:

Ecuacin 2: A1 V1 = A2 V2

Ecuacin 3:


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Obtenemos:

Ecuacin 4: (

)

Los valores razonables de Cd son:

Cd= 0.98 para medidores de VenturiCd = 0.63 para placa de orificio


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III. OBJETIVOS:

1. Demostrar el funcionamiento y las caractersticas de tres tipos bsicos demedidores de flujo.

2. Realizar medidas de flujo de agua utilizando simultneamente el medidor Venturi,el medidor de rea Variable (Caudalmetro) y el medidor de Orificio, para varioscaudales distintos.

3. Calcular y comparar las cadas de presin en cada medidor de flujo.

4. Relacionar la prdida de carga en cada equipo medidor con la energa cintica a

la entrada de cada medidor.

IV. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR EN EL ENSAYO:

1. Material:

Agua.

2. Equipo:

Banco hidrulico.

Sistema de medicin de flujo FME18.

Nivel de mano.

Multmetro.

Cronmetro.

Desatornillador.


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V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

5.1. Procedimiento de llenado de los tubos manomtricos:

1. Nivelar el aparato sobre el banco hidrulico auxilindose del nivel de mano yde los tornillos de soporte ajustables.

2. Cierre la vlvula de control de flujo del banco hidrulico (VC) y cierre tambinla vlvula de control de flujo del equipo (VCC).

3. Conecte la bomba y abra completamente la vlvula (VCC). Simultneamenteabra lentamente la vlvula (VC) hasta alcanzar un caudal de 2,400 lts/hora.Espere unos minutos hasta que los tubos manomtricos estn completamentellenos y que no queden burbujas de aire en su interior.

4. Verifique que las mangueras de conexin atrs el panel, estn libres deburbujas de aire.

5. Cierre (VC) a continuacin (VCC). Est completamente seguro de que elequipo quede estable, es decir, que no salga ni entre agua.

6. Apague la bomba de banco.

7. Desconecte la vlvula antirretorno y abra la vlvula de purga.

8. Abra cuidadosamente la vlvula (VCC), se puede observar como los tubosmanomtricos se elevan de nivel.

9. Una vez que el nivel sugerido se ha alcanzado (70 a 80 mm) cierre (VCC) yconecte otra vez la vlvula antirretorno y cierre la vlvula de purga.

10. Todos los tubos deben de haber alcanzado el mismo nivel.

5.2. Procedimiento del ensayo:

1. Ajustar ligeramente los niveles de los tubos manomtricos, presurizandolentamente el aire con ayuda de las vlvulas de bola situadas en cada uno delos tubos manomtricos.

2. Abra lentamente la vlvula de control de flujo mientras se mantienen almximo las lecturas en el manmetro.

3. Anote las alturas de los manmetros, del medidor de rea variable y lasmedidas de velocidades de flujo.

4. Repetir las diferentes posiciones de la vlvula.


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5. Para determinar velocidades de flujo similares a presiones estticas dediferentes sistemas cuando se necesite. Para ello, desconectar el tubo denylon del enchufe ms de la vlvula antirretorno si se quiere aumentar el nivel(en cuyo caso tener precaucin porque puede salir agua), o presurizar msaire al sistema con la bomba manual si se quiere que el nivel disminuya.

Asegure la posicin de la bomba manual mientras cierra el sistema.


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VI. TABLA DE RECOLECCION DE DATOS:

Anotemos los datos obtenidos en la tabla que se da a continuacin, sabiendoque:

1. Las lecturas correspondientes a los tubos manomtricos 1 y 2 corresponden alVenturi.

2. Las lecturas de los tubos 1 y 3 indican las prdidas en el Venturi.

3. Los tubos manomtricos 4 y 5 indican la prdida en el medidor de reavariable.

4. Los tubos manomtricos 6 y 7 corresponden a la lectura de la placa de orificio.

5. Y los tubos manomtricos 6 y 8 indican la prdida de carga en la placa deorificio.

LecturaNo.

LECTURAS DEL MANOMETRO Medidorde reaVariable

Volumen(lts)

Tiempo(seg)

Velocidadde flujo(lts/seg)1 2 3 4 5 6 7 8

123456789

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VII. PROCEDIMIENTO DE CALCULO:

7.1. Determinacin del error de medida empleando el Venturmetro:

1. Para cada lectura realizada en el experimento, el caudal real se obtendrdirectamente de la lectura en el Caudalmetro.

2. Para cada flujo introducido, se vern las lecturas de los tubos manomtricos 1y 2 correspondientes al Venturi.

3. Determinar el caudal en el Venturmetro mediante la siguiente ecuacin:

4. Considerar para el clculo que:

A1 = 8.04 x 10-4 m2

A2 = 3.14 x 10-4 m2

5. Calcular el error de medida de flujo empleando el venturmetro: e = Q r QV.

6. Calcular el Cd del Venturmetro Cd = Q r / QV.

7. Dado el Qr en cada una de las lecturas, estimar el estrangulamiento A2 delmedidor Venturi, teniendo en cuenta que el valor de A1 es conocido,empleando la ecuacin del paso 3. Ha de verse si el valor estimado de A 2empleado para calcular Cd y el error, coincide con el real.

7.2. Determinacin del error de medida usando la placa de orificio:

1. El procedimiento de clculo es el mismo que se desarrolla para el Venturi. Setomarn medidas de flujo introducido en el equipo mirando el tiempo que tomaen alcanzar una altura determinada, en el caso del banco hidrulico. De este

modo, el caudal real ser dado directamente por el banco hidrulico.

2. Determinar el caudal en la placa de orificio mediante la siguiente expresin:


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3. Considerar para el clculo que:

A1 = 9.62 X 10-4 m2

A2 = 2.83 X 10-4 m2

4. Calcular el error de medida de flujo empleando la placa de orificio: e = Qr QV.

5. Calcular el Cd de la placa orificio. Cd = Q r / QV.

6. Dado el Qren cada uno de las lecturas, estimar el rea efectiva en la placa deorificio (A2), teniendo en cuenta que el valor de A1 es conocido, empleando laecuacin del paso 3. Ha de verse si el valor estimado de A2 empleado paracalcular Cd y el error, coincide con el real.

7.3. Comparacin de la perdida de energa en los tres medidores:

El siguiente paso es comparar cul de los tres elementos introduce menosprdida de carga. De este modo, se podr ver qu elemento, el Venturmetro, laplaca de orificio o el medidor de rea variable, es el mejor para medidas de flujo.Para cada flujo introducido, se tendr que ver las prdidas de carga en cadaelemento.

1. Las lecturas de prdida de carga para el Venturmetro viene dada por los

tubos manomtricos 1 y 3.

2. Las lecturas de prdida de carga para el medidor de rea variable viene dadapor los tubos manomtricos 4 y 5.

3. Las lecturas de prdida de carga para la placa de orificio viene dada por lostubos manomtricos 6 y 8.

Tiene que tenerse en cuenta que la diferencia entre las prdidas de energaentre los tubos manomtricos 1 y 8 tiene que ser la suma de todos las prdidas deenerga.


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VIII. TABLA DE PRESENTACION DE RESULTADOS:

LecturaNo.

VenturmetroQr

(lts/seg)Qt

(lts/seg)e

(lts/seg)Cd

hp(m.c.a.)

Ve /2g(m)

Vs/2g(m)

12345678910

LecturaNo.

Placa de orificioQr

(lts/seg)Qt

(lts/seg)e

(lts/seg)Cd

hp(m.c.a.)

Ve /2g(m)

Vs/2g(m)

1234567

8910

LecturaNo.

Medidor de rea variableQr

(lts/seg)Qt

(lts/seg)e

(lts/seg)Cd

hp(m.c.a.)

Ve /2g(m)

Vs/2g(m)

12345678910


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Lectura No.Prdida relativa a la energa cintica a la entrada (K)

Venturmetro Placa de OrificioMedidor de rea

Variable1

2345678910

Los clculos realizados para completar la tabla anterior se encuentran enanexos.


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IX. CONCLUSIONES:


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X. RECOMENDACIONES:

Dejar el equipo desconectado al finalizar un trabajo.

No dejar agua en los recipientes al finalizar un trabajo.Comprobar que la alimentacin elctrica es la adecuada y tiene lasprotecciones de seguridad idneas.

Que la alimentacin necesaria del equipo es igual a la alimentacin disponible.

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