UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA QUMICA
LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA
LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA I
PRE-INFORME N1.
CONSTRUCCIN Y ANLISIS DE LAS CURVAS DE CALIBRACIN Y DE LOS
PARMETROS CARACTERSTICOS DE LOS MEDIDORES DE FLUJO EN
LOS EQUIPOS DE TORRE DE RELLENO, BOMBAS CENTRFUGAS Y PRDIDAS DEL
LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA
Jefe de grupo:
Ligia Izaguirre
Profesor:
Preparador: Granados Miguel
Riera Astrid
Rivolta Adriana
Grupo: 3
Integrantes:
IZAGUIRRE, Ligia
RUZ, Anglica
SINDAR, Sinai
Valencia, 5 de Diciembre de 2014
MTODO OPERATORIO DEL EQUIPO DE TORRE DE RELLENO PARA LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJO
ARRANQUE
1. Verificar que las vlvulas que no se van a utilizar en la prctica estn cerradas.
2. Marcar el cero de referencia en las lecturas de todos los manmetros diferenciales.
3. Retirar el dispositivo protector de BLWR-1.
4. Encender BLWR-1 mediante el panel de control, colocando el interruptor en posicion manual
y luego el interruptor en posicin on.
5. Pulsar el interruptor FWD del variador de velocidad del panel de control, para que el turbo
ventilador gire en sentido positivo.
6. Regular el flujo de aire a travs del variador de velocidad y esperar aproximadamente dos
minutos para que se estabilice el sistema.
OPERACIN
7. Fijar una frecuencia que permita una mxima diferencia de altura manomtrica en PDI-1 que
no ocasione el escape del fluido manomtrico.
8. Fijar esta mxima diferencia de altura manomtrica y dividirla entre cinco.
9. Regular el flujo de aire a travs del variador de velocidad, hasta un porcentaje de velocidad
mnimo.
10. Medir la diferencia de altura manomtrica en PDI-6 ubicado a lo largo de FE-5.
11. Medir la velocidad del aire a la salida de la torre de relleno, empleando el anemmetro
(colocar el instrumento concntrico a la tubera).
12. Medir la diferencia de altura manomtrica en PDI-11 conectado a FE-4 para diversas
posiciones del mismo, que se toman dividendo el radio entre 4.
13. Repetir los pasos 9, 10 y 11 para las diferentes alturas de PDI-1 calculadas en el paso 8, hasta
obtener el valor de la mxima altura manomtrica, pulsando el variador de velocidad del panel de
control.
14. Medir y registrar la temperatura del fluido mediante TI-1 para cada corrida.
PARADA
15. Apagar el turbo ventilador presionando stop y luego de que se estabilicen los manmetros,
colocar el interruptor en la posicin off, luego devolver el interruptor de operacin manual a su
posicin inicial.
2
16. Colocar el dispositivo protector del turbo ventilador.
NORMAS DE SEGURIDAD
-No apoyarse sobre el ducto de aire o alguno de los accesorios que conforman el equipo para
evitar problemas de alineacin del mismo.
-Evitar colocarse cerca del turbo ventilador cuando est encendido, ya que se corre el riesgo de
arrastrar cabello, ropa, etc.
-Tener cuidado con el anemmetro al momento de realizar las mediciones para evitar que se
caiga.
MTODO OPERATORIO DEL EQUIPO DE BOMBAS CENTRFUGAS PARA LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJO
ARRANQUE
1. Verificar que todas las vlvulas se encuentren totalmente cerradas.
2. Verificar mediante LI-101 el nivel de ATNK-1; de no estar lleno, seguir los pasos 3 y 4.
3. Abrir HV-134.
4. Cerrar HV-134 cuando el tanque se encuentre lleno en un de su capacidad.
5. Abrir HV-103, HV-100, HV-108, HV-115.
6. Abrir HV-118, HV-127, HV-128, HV-129, HV-131, HV-132.
7. Para cebar PUMP-1, abrir y cerrar HV-113 dos o tres veces. Dejarla cerrada.
8. Suministrar energa al sistema mediante el interruptor EI-101.
9. Encender el interruptor II-101 para poner en funcionamiento PUMP-1 y simultneamente abrir
HV-113.
10. Dejar circular el fluido por dos minutos aproximadamente para que se estabilice el sistema.
11. Abrir HV-122 en su totalidad.
12. Cerrar HV-115 y repetir el paso 10.
13. Establecer el intervalo de trabajo determinando el caudal mximo medido por FI-101.
14. Dividir ese caudal entre el nmero de corridas a realizar, que en este caso, son cinco.
15. Regular el caudal por medio de HV-122, de forma tal que coincida con los caudales
establecidos para cada corrida.
OPERACIN
16. Colocar el caudal mnimo establecido segn el paso anterior.
3
17. Medir y registrar el intervalo de tiempo para una diferencia de volumen (de 10L) registrada
en FQI-101.
18. Cerrar HV-131 y tomar el intervalo de tiempo en el cual el agua llena ATNK-3, activando el
cronmetro en la marca inferior y desactivndolo en la marca superior de dicho tanque.
19. Registrar los intervalos de tiempo en las tablas de datos.
20. Abrir HV-131 para descargar ATNK-3 hasta que el nivel del agua se encuentre por debajo de
la marca inferior del mismo.
21. Repetir dos veces los pasos 17 al 20; al tomar la medida de FQI-101 se debe asegurar que el
sistema se encuentra en estado estacionario.
22. Repetir los pasos del 16 al 21 para los cuatro caudales restantes, previamente regulados por
HV-122.
PARADA
23. Cerrar HV-113 y simultneamente apagar PUMP-1 con el interruptor II-101.
24. Cerrar HV-108.
25. Cerrar HV-118, HV-122.
26. Apagar el interruptor EI-101.
27. Drenar el tanque y tuberas abriendo HV-106.
28. Cerrar todas las vlvulas.
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y CONDICIONES ATMOSFRICAS
29. Medir y registrar la temperatura del fluido de trabajo.
30. Registrar la temperatura ambiente y la presin ambiente, haciendo las correcciones
respectivas por temperatura y gravedad de ste ltimo.
31. Registrar el volumen del picnmetro.
32. Pesar el picnmetro vaco y registrar el valor.
33. Curar el picnmetro con agua destilada y posteriormente llenarlo con el fluido de trabajo.
Pesarlo y registrar dicho valor.
34. Curar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada.
35. Llenar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada de manera que el fluido toque la marca
blanca del bulbo y an se encuentre lquido en el bulbo inferior.
36. Succionar con ayuda de una inyectadora el fluido hasta que pase la marca negra del bulbo
superior. Dejar de succionar.
4
37. Registrar el tiempo de descenso del fluido desde que el menizco pasa la marca negra hasta
que llega a la marca blanca del bulbo superior.
38. Repetir los pasos desde el 49 hasta 55 con el fluido de trabajo. Hacer cinco mediciones con
cada fluido.
39. Dejar el viscosmetro lleno de agua destilada.
40. Registrar la temperatura del bao trmico.
NORMAS DE SEGURIDAD
-Verificar la trayectoria del fluido antes de iniciar la experiencia para asegurar que el mismo
permanezca en los tramos a estudiar.
- Cebar la bomba para evitar el fenmeno de la cavitacin.
- Revisar el nivel en el tanque antes de empezar a trabajar para asegurar que la bomba funcione
correctamente.
-Estar atento al visor del ATNK-3 en el momento del llenado, con la finalida de evitar el derrame
del fluido.
-Permanecer en el lugar de trabajo durante la realizacin de la prctica, con el propsito de vigilar
que todo funcione correctamente.
MTODO OPERATORIO DEL EQUIPO DE PRDIDAS DE ENERGA PARA LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJO
ARRANQUE
1. Verificar que todas las vlvulas del equipo estn cerradas.
2. Abrir HV-12, HV-09, HV-16, HV-04, HV-07 y HV-06
3. Si ATNK-1 est vaci, abrir HV-11 hasta llenarlo hasta aproxiamadamente de su volumen.
4. Cerrar HV-11.
5. Para cebar PUMP-1, abrir y cerrar HV-30 hasta verificar que no se observen burbujas en
ATNK-1. Dejarla cerrada.
6. Repetir el paso anterior dos veces.
7. Encender la bomba mediante el interruptor.
8. Abrir HV-30 lentamente.
9. Dejar circular el fluido por el circuito hasta observar un flujo uniforme a la salida de HV-06.
5
10. Abrir lentamente HV-02 hasta que se encuentre 100% abierta y simultneamente ir cerrando
HV-06 lentamente.
11. Repetir el paso 10. Esperar que se llene el vertedero.
13. Cuando caiga la primera gota del vertedero sealar la altura cero en el LI-1.
17. Para purgar la cmara manomtrica ubicada a la izquierda, abrir el par HV-22.
18. Abrir el par lateral HV-36 y cerrarla luego de que no se observen burbujas de aire en el bulbo.
19. Repetir el paso 18 para el resto de las vlvulas en orden ascendente.
20. Cerrar el par HV-22.
21. Para purgar el by-pass, abrir los pares HV-42 y HV-36.
22. Abrir algn par de vlvulas laterales de la cmara manomtrica izquierda y cerrarlas luego de
verificar que no hayan burbujas en el bulbo.
23. Cerrar los pares HV-42 y HV-36.
24. Para purgar la cmara manomtrica ubicada a la derecha, abrir el par HV-42.
25. Abrir el par lateral HV-40 y cerrarla luego de que no se observen burbujas de aire en el bulbo.
26. Repetir el paso 25 para el resto de las vlvulas en orden ascendente.
27. Cerrar el par HV-42.
28. Para nivelar los meniscos de PDI-1, abrir HV-22 y HV-23. Esperar a que se nivele el menisco.
29. Cerrar HV-23 y HV-22.
30. Para nivelar los meniscos de PDI-2, abrir HV-42 y HV-43. Esperar a que se nivele el menisco.
31. Cerrar HV-43 y HV-42.
32. Verificar que el fluido manomtrico (para esta prctica Hg) no escape. Para ello, a caudal
mnimo, abrir el par de vlvulas correspondientes a FE-3 y luego abrir el par HV-23. Luego se
aumenta el caudal lentamente manipulando HV-30, hasta lograr obtener una deflexin mxima
que no permita el escape del Hg.
33. Leer el caudal FI-1.
34. Cerrar el par HV-23.
35. Cerrar las vlvulas correspondientes a FE-3.
36. Repetir los pasos del 32 al 35 para la vlvula de globo y la tubera de 1 de hierro galvanizado.
El mximo caudal a operar corresponde a la mxima deflexin observada entre los accesorios que
asegure que el fluido manomtrico no se va a escapar.
38. Dividir entre cinco el mximo caudal determinado en el paso anterior.
6
39. Cerrar lentamente HV-30 hasta obtener el mnimo caudal en FI-01.
OPERACIN
40. Medir y registrar la masa del tobo vaco y seco.
41. Medir la altura en LI-1 a partir del cero marcado en el paso 13, luego de observar un flujo
constante en la descarga del vertedero triangular.
42. Colocar el tobo a la salida del sistema, llenarlo hasta 15 cm de altura y retirarlo.
43. Medir y registrar con un cronmetro el tiempo de llenado del tobo.
44. Medir y registrar la masa del tobo lleno.
45. Repetir los pasos 42 al 44 dos veces por cada caudal.
46. Abrir el par HV-34 que corresponden a FE-3.
47. Abrir el par HV-23 y esperar a que el fluido manomtrico se estabilice.
48. Medir y registrar la diferencia de altura manomtrica en PDI-1.
49. Cerrar el par HV-23, y luego se cierran las vlvulas correspondientes a FE-3.
50. Repetir los pasos del 46 hasta el 49 para cada accesorio en estudio.
51. Repetir los pasos del 41 al 50 variando el caudal de operacin desde el mnimo hasta el
mximo abriendo HV-30 lentamente.
PARADA
52. Abrir HV-06 y cerrar HV-02.
53. Cerrar HV-30 lentamente, hasta que quede totalmente cerrada.
54. Apagar PUMP-1 con el interruptor.
55. Abrir HV-21 para drenar ATNK-1.
56. Abrir HV-03 para drenar ATNK-2.
57. Cerrar todas las vlvulas del sistema.
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y CONDICIONES ATMOSFRICAS
58. Medir y registrar la temperatura del fluido de trabajo.
59. Registrar la temperatura ambiente y la presin ambiente, haciendo las correcciones
respectivas por temperatura y gravedad de ste ltimo.
60. Registrar el volumen del picnmetro.
61. Pesar el picnmetro vaco y registrar el valor.
62. Curar el picnmetro con agua destilada y posteriormente llenarlo con el fluido de trabajo.
Pesarlo y registrar dicho valor.
7
63. Curar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada.
64. Llenar el viscosmetro de Ostwald con agua destilada de manera que el fluido toque la marca
blanca del bulbo y an se encuentre lquido en el bulbo inferior.
65. Succionar con ayuda de una inyectadora el fluido hasta que pase la marca negra del bulbo
superior. Dejar de succionar.
66. Registrar el tiempo de descenso del fluido desde que el menizco pasa la marca negra hasta
que llega a la marca blanca del bulbo superior.
67. Repetir los pasos desde el 49 hasta 55 con el fluido de trabajo. Hacer cinco mediciones con
cada fluido.
68. Dejar el viscosmetro lleno de agua destilada.
69. Registrar la temperatura del bao trmico.
NORMAS DE SEGURIDAD
-Verificar que HV-30 este cerrada antes de encender la bomba, para evitar que ocurra el
fenmeno de la cavitacin.
-Llenar el ATNK-1 lo suficiente como para encender luego la bomba y proceder a cebarla y
evitar que la misma succione aire o burbujas de aire.
-Para evitar que en las cmaras manomtricas no ocurra el desborde del fluido manomtrico, se
debe verificar el caudal mximo a considerar.
DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIN Y TUBERAS
PUMP-1
BLWR- 1
Aire del
ambiente
PI
9
TI
2
LI
1
FE
4
PDI
11
PI
6
FE
1FE
2
PDI
6
FE
5
Aire del
ambiente
1 4 HG
3
HG
PI
10
FI 1
5 1" HG
61"
HG
6 1" HG
4
HG
FE
37 1" HG
8
HG
9
HG
10
HG
3
HG
3 HG
3
HG
24"
PV
C
HV
31
FQI
1
3 HG
TI
1
FE
4
Entrada de agua de
Hidrocentro
HV
21
HV
18
HV
08
HV
30
HV
19
HV
20
HV
09
HV
23
HV
15
HV
12
HV
14
HV
10
HV
22
HV
13
HV
11
LEYENDA:HG: hierro galvanizadoPVC: policloruro de vinilo
PDI
1
ATNK-1
Figura 1. Diagrama de tubera e instrumentacin del equipo de torre de relleno.
9
T-1
HV-143
HV-103
HV-100
HV-106
HV-102
HV-108 HV-109
HV-107
HV-105
HV-144
HV-112
HV-137
HV-111
HV-114HV-113
FQI-101
HV-115
HV-119 HV-120HV-118HV-121
HV-122 HV-123 HV-124
HV-130HV-129
HV-131
HV-127
HV-133
HV-128
HV-132
HV-141
LI-101LI-102
HV-116HV-117
PI-104
PI-105PI-101
PI-102
HV-134
PI-103
ATNK-2ATNK-1
LI-103
PUMP-1 PUMP-2
HV-101
PI-99
HV-110HV-110
FI
Viene de
Hidrocentro
FI-101
ATNK-3
1H
G1
"
2H
G1
"
3 HG 1
4H
G1 5 HG 1
6H
G1
"
7 HG 1"
8 HG 1" 9H
G3
/4
"
10
HG
1"
11
HG
1"
12 HG 1 "
13
HG
1"
14
HG
1
"
15
HG
1"
LEYENDA: HG: hierro galvanizado
HV-98
16
HG
1"
17
HG
3/
4"
18 HG
19 HG 1"
Figura 2. Diagrama de tubera e instrumentacin del equipo de bombas centrfugas.
FI
HV
01
FE
2
FE
3
FE
4
FE
5
HV
14
HV
09
HV
17
HV
05
HV
04
HV
19
HV
18
HV
07
FI
1
HV
02
40
40
3434
35
35
32
31
30
29
23 39 2539 25
26 26
27 27
233838
29
30
31
32
3333
24
24
2 1" HG
31"
HG
4 1" HG
9 1" HG 10 2" HG
5 1" HG
11 1" HN
12 1" PVC
6 1" AI
7 1" HG
8 1" HG
13
1"
HG
11"
HG
HV
10
PUMP-1
ATNK-1
ATNK-2
HIDROCENTRO
EQUIPO DE
BOMBAS
EQUIPO
DE
BONBAS
PI
1
HV
30
FE
1
HV
11
HV
03
HV
21
HV
12
HV
13
HV
06
HV
16
LEYENDA:
HG: hierro galavanizado
HN: hierro negro
PVC: policloruro de vinilo
AI: acero inoxidable
LI
1
FE
7
Figura 3. Diagrama de tubera e instrumentacin del equipo de prdidas.
Figura 4. Diagrama de tuberia e instrumentacin de la cmara manomtrica ubicada en el equipo de prdidas.
12
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS
NMERO ECUACIN LEYENDA
1
= .
(Himmelblau, 2002)
: peso especfico de la
sustancia i a temperatura
ambiente (kgf/m3)
: densidad de la sustancia
i a temperatura ambiente
(kg/m3)
: tol: tolueno
H2O: agua
a: aire
Hg: mercurio
CH3Cl3: triclorometano
: gravedad especfica
g:gravedad
2
() = . 1. (1 2) (Silva, 2003)
() : cada de presin
manomtrica(Pa)
: diferencia de altura
manomtrica (cm)
1 : factor de conversin
(1
100)
; peso especfico del
fluido manomtrico(kgf/m3)
1:ms pesado
2: ms liviano
cg
2*
*8,9
skgf
mkg
2
8,9s
m
13
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJO (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
3
= + 2. . 1. 2.
(Silva, 2003)
: presin puntual
absoluta (Pa)
: presin ambiente,
(Pa)
2: factor de conversin
(1
10332.3 /2)
4
= (. )
(Smith, Van Ness; 2006 )
: presin pseudo-critica
del fluido (Pa)
: fraccin molar de cada
componente del fluido
(Adim.)
: O2: oxigeno
N2: nitrgeno
: presin critica de cada
componente del fluido
(Pa)
5
=
(Smith, Van Ness; 2006 )
: presinpseudo-
reducida del fluido
(Adim.)
6
= (. )
(Smith, Van Ness; 2006 )
: temperatura pseudo-
critica del fluido (K)
: temperatura critica de
cada componente del
fluido (K)
14
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
7
=
(Smith, Van Ness; 2006 )
: temperatura pseudo-
reducida del fluido (Adim.)
: temperatura del fluido
(K)
8
= ()
(Smith, Van Ness; 2006 )
: factor acntrico del
fluido (Adim)
: factor acentrico de cada
componente del fluido
(Adim.)
9
= +
1
(Smith, Van Ness; 2006 )
: factor de
compresibilidad del fluido
(Adim)
1 : factores de
correccin del factor de
compresibilidad (Adim.)
10
= .
. .
(Himmelblau, 2002)
: densidad del fluido de
trabajo (kg/m3)
M: peso molecular
(
)
: constanteuniversal de
los gases (83143.
.)
11
= 2. . ()
(Perry, 2000)
: velocidad local para la
i-sima posicin del Pitot
(m/s)
: coeficiente del tubo
pitot (Adim.)
15
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
12
= 2. .
0
(Silva,2003)
: flujo volumtrico del
tubo pitot (m3/s)
:radio interno de la tubera
(m)
: posicin i-sima del Pitot
(Adim)
13
eg
eSp
PP
PPP
% *100
(Himmelblau, 2002)
%Pp: porcentaje de la cada
de presin permanente
experimental (%)
Ps: presin a la salida del
Venturi (Pa)
Pe: presin a la entrada del
Venturi (Pa)
Pg: presin en la garganta
del Venturi (Pa)
14
=
(Mott, 2006)
: relacin entre dimetros
(Adim.)
: dimetro interno del
punto de estudio (cm)
:g: la garganta del tubo
venturi.
o: la garganta de la
placa de orificio
: dimetro interno de la
tubera (cm)
16
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
15
% =
. 100
(Underwood, 1989)
%: porcentaje de
desviacin (%)
:valor de la variable
determinado
experimentalmente.
: valor de la
variable reportado en la
bibliografa.
16 () = 2. . 1. (Silva, 2003)
17
=
4. ( . 1)
2
(Navarro, 2000)
: rea de la seccin
transversal (m2)
:v: de la garganta del
tubo venturi.
o: de la garganta de la
placa de orificio.
t: de la tubera
18
=
(Mott, 2006)
: velocidad de la seccin
de la garganta del venturi
(m/s)
: flujo volumtrico del
tubo venturi (m3/s)
19
=
1 4 .
2. . ()
(Geankopolis, 1998)
: coeficiente del Venturi
(Adim.)
17
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
20
= . .
=
4.
. .
(Mott, 2006)
Re: nmero de Reynolds
V: velocidad del fluido de
trabajo (m/s)
: viscosidad del fluido
de trabajo (kg/m.s)
: H2O: agua
a: aire
21
=
(Perry, 2000)
: relacin de capacidades calricas a
presin y volumen
constante (adim.)
: capacidad calrica a presin constante
(
. )
: capacidad calrica a volumen constante
(
. )
22
=
(Perry, 2000)
: relacin de presiones
absolutas (Adim.)
:presin absoluta de la
garganta del tubo Venturi
(Pa)
:presin absoluta de la
entrada del tubo Venturi
(Pa)
23
(Perry, 2000)
Y: factor adimensional del
Venturi (adim.)
K
K
K
K
rr
r
K
KrY
/24
4
1
/2
1
1
1
1
1
18
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
24
=
.
1 4.
2. . ()
(Perry, 2000)
25
() = (Perry, 2000)
(): cada de
presin en el Pitot(Pa)
Po:presin esttica local
(Pa)
Pi: presin de impacto en
el Pitot (Pa)
26
11
21
K
K
o
i
aire
ocoy
P
PP
K
KgCpV
(Perry, 2000)
Voy:velocidad puntual en
el tubo Pitot tomando en
cuenta la compresibilidad
de los gases (m/s)
K:razn entre el calor
especfico a presin
constante y el calor
especfico a volumen
constante (adim)
27
=
2
(Navarro, 1999)
: radio externo del
tanque 3 (cm)
: permetro del tanque 3
(cm).
28
= ( )
(Navarro, 1999)
: radio interno del
tanque 3 (cm)
: espesor, (cm).
19
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
29 =
2
(Navarro, 1999)
:volumen del tanque
(m3)
: altura del tanque (m).
30
=. 3
(Perry, 2000)
: caudal experimental
(gpm)
: tiempo de llenado del
tanque (s)
3: factor de conversin
(15852,0474
13
)
31
=
=1
(Himmelblau, 2002)
Qexp: caudal experimental
promedio del sistema
(gpm)
n: nmero de mediciones
(adim)
32 =
4
(Perry, 2000)
: caudal del medidor
de gastos (L/s)
:volumen final ledo en
el medidor de gastos en el
momento en el que se
termina de llenar el
tanque (m3)
: volumen inicial ledo
del medidor de gastos en
el momento en que se
comienza a llenar el
tanque(m3)
20
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
4: factor de conversin
(1000
1 3)
33 =
2
(Navarro, 1999)
: radio menor (cm)
:permetro de la seccin
de estudio (cm)
: espesor (cm)
34 =
(2 + + 2)
3
(Navarro, 1999)
R: radio mayor (cm)
35
=
. 5
(Himmelblau, 2002)
:masa del picnmetro
lleno (g)
:masa del picnmetro
vaco (g)
: volumen del
picnmetro (mL)
5: factor de conversin
(1000 /
1 3/ )
36
=
(Himmelblau, 2002)
: masa recolectada en
el tobo (g)
: masa del tobo lleno
(g)
: masa del tobo vaco
(g)
37
=
. 6
(Himmelblau, 2002)
: volumen del tobo (m3)
6: factor de conversin
(1
1000 )
21
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
38 1 = 4,28 (
2) 5/2
(Mott,2006)
1: modelo de caudal
terico 1 (gpm)
H: altura desde la base del
Vertedero hasta el lquido
(cm)
: angulo del vertedero
39 2 =0,31 2,52
()
(Perry,2000)
2: modelo de caudal
terico 2 (gpm)
: angulo lateral del
vertedero.
40
=
. 3.
(1 4). 2
2. .
(engel, 2006)
: coeficiente de
descarga de la placa
orificio N3 (Adim.)
(): cada de presin
manomtrica de la placa
orificio N3 (kgf/m2)
41
2 =. 2 .
.
(Atkins, 1999)
: viscosidad del fluido
de referencia
: densidad del fluido
de referencia (kg/m3)
: tiempo de descenso del
fluido problema (s)
: tiempo de descenso
del fluido de referencia (s)
22
MODELOS MATEMTICOS PARA EL LOGRO DE LOS OBJETIVOS DE LA
PRCTICA DE MEDIDORES DE FLUJOS (CONTINUACIN)
NMERO ECUACIN LEYENDA
42
() = (1 2)
(Perry, 1994)
(): caida de presin
permanente terico en la
placa orificio N3
(kgf/m2)
43 % =
() ()()
. 100
(Perry, 1994)
%: porcentaje de
perdida de la presin
permanente experimental
de la placa de orificio (%)
(): cada de presin
en la placa de orificio N3
(kgf/m2)
CLCULOS PREVIOS
EQUIPO DE BOMBAS CENTRFUGAS
Objetivo 1. Estimar el volumen a recolectar en ATNK-3 indicando el tiempo de manera que el
flujo volumtrico sea significativo y considerando el perodo de realizacin de la prctica. El
resultado debe ser expresado en altura.
Considerando que el desarrollo de la prctica se lleva a cabo durante un tiempo de 240 min
y apartando 60 min para la toma de datos de propiedades de los fluidos de trabajo y de las
condiciones atmosfricas quedan 180 min para la realizacin de la practica en los equipos,
adems sabiendo que se utilizaran tres equipos en total (bombas centrifugas, torre de relleno y
Perdidas de energa) se estima un tiempo de utilizacin de 60 min (3600 s) para cada equipo.
Se estima que el procedimiento de arranque del equipo de bombas centrifugas se tomara
mximo unos 10 min mientras se espera la estabilizacin del sistema, igualmente en el
procedimiento de parada se supone un tiempo no mayor a 10 min, lo que dejara solo 40 min
23
(2400s) para el procedimiento de operacin en el equipo. Dividiendo ese tiempo entre el
nmero de caudales (5) y entre las tres corridas por cada caudal, quedaran 160 segundos
para cada corrida. Un volumen significativo se podra obtener a los 50 segundos para el
caudal mnimo indicado por el rotmetro que son 3gpm y un caudal mximo de 30 gpm.
Para calcular el volumen mnimo en un tiempo de 50 s, utilizando la ecuacin 30,
despejando el volumen y sustituyendo los valores correspondientes.
=. 3
=.
3=
3 50
(15852,0474
13
)
= 0,009449997 3
Mediante la ecuacin 27 y utilizando el valor medido del permetro del ATNK-3, se
tiene el radio externo del tanque:
=118
2 = 18,7803
Con este valor obtenido y el espesor medido para el tanque, sustituyendo en la
ecuacin 28, se tiene:
= (18,7803 0,314) (1
100) = 0,18466
Para calcular la altura mnima del tanque, se utiliza la ecuacin 29 y despejando la
altura, se obtiene:
= 2
=
2 =
0,009449997 3
(0,18466)2= 0,0882137
Para obtener la altura mxima, se utiliza el caudal mximo y la ecuacin 30
despejando el volumen, por lo tanto:
=30 50
(15852,0474
13
)
= 0,09449997 3
24
Sustituyendo los valores en la ecuacin 29y despejando la altura, se tiene:
=0,09449997 3
(0,18466)2= 0,882137
Debido a la gran diferencia de altura, se toma como referencia la altura mnima, ya que con
la altura mxima se corre el riesgo de desbordamiento del tanque. Luego aplicando el mtodo de
derivadas parciales en la ecuacin de altura para estimar el error, se tiene que:
= |
| + |
|
= |1
2| + |
2
3|
= |1
(0,18466)2| 0,00001 + |
2 0,009449997 m3
(0,18466)3| 0,00005 = 0,000141m
0,0001m
Finalmente la altura con la cual se obtiene un flujo volumtrico significativo es:
= (0,0882 0,0001)m
EQUIPO PRDIDAS DE ENERGA
Objetivo 1. Estimar la masa a recolectar indicando el tiempo de manera que el flujo msico sea
significativo y considerando el perodo de realizacin de la prctica. El resultado debe ser
expresado en altura (cm).
Como se mencion anteriormente, el tiempo estimado para cada prctica es de 60min. En el
caso particular del equipo de prdidas de energa, se estima lo siguiente: la duracin del arranque:
15 minutos, para la operacin 30 minutos y para la parada 15 minutos. Se realizaran cinco
corridas, pues se tendrn cinco caudales diferentes, con cada uno de estos caudales se realizaran
tres mediciones para un, total de 15, por lo que se considerara un estimado de 20 segundos para
llenar el recipiente y 90 segundos para pesarlo. Para poder determinar la altura de llenado del
25
tobo para la cual el flujo msico es significativo, se debe modelar el mismo, se aproximara
la forma del recipiente al tronco de un cono circular recto.
Sabiendo que las medidas del recipiente son:
Permetro mayor: (81,70 0,05) cm
Permetro menor: (63,00 0,05) cm
Espesor de la pared: (3,000 0,005) mm
Sustituyendo los valores en la ecuacin 33, para el radio menor:
=
2 =
63,00
2 3
1
10= 9,726761415
Error asociado:
= (
) + (
)
= (1
2) 0,05 + (1) 0,005
1
10= 0,0074577 0,01
Portanto:
= (9,73 0,01)
Haciendo lo propio para la obtencin del radio mayor, resulta:
= (12,53 0,01)
Se sabe que el caudal es una relacin volumen- tiempo, Para este sistema se conocen
los caudales mximo y mnimo que se pueden medir en el sistema usando el rotmetro.
Estos son, 30 y 3 gpm respectivamente. Partiendo de esto se puede conocer el volumen
mximo y el volumen mnimo que se pueden obtener en el sistema en un determinado
intervalo de tiempo.
Usando la ecuacin 30 y despejando el volumen, se tiene:
26
=3 20
(15852,0474
13
)
= 0,00378540053 = 3785,40053
Error asociado:
= (
) + (
)
Sustituyendo:
= 20 0,5 + 3 0,01 = 10,03 13/
15850,37= 0,0006323 = 6323
Portanto:
= (3785 632)3
Finalmente para determinar la altura de llenado para la cual el flujo msico es significativo,
sereordena la ecuacin 34, y con el volumen mnimo se calcula la altura mnima, de esta
manerasabremos a partir de que distancia podemos comenzar a medir.
=3
1
(2 + + 2)
Sustituyendo,resulta:
=3 37853
1
((9,73)2 + 12,53 9,73 + (12,53)2= 9,674782
Del resultado anterior se supone que a partir de aproximadamente 9 cm de altura de llenado
elflujo msico es significativo, por lo que para esta experiencia prctica el nivel de llenado del
tobose puede considerar como 15 cm de altura.
27
TABLAS Y FIGURAS BIBLIOGRFICAS
Figura 1. Perdida de presin permanente (Mott 2006)
28
Figura 2. Coeficiente de descarga del orificio (Mott 2006)
Figura 3. Coeficiente del Venturi (Mott 2006)
29
Figura 4. Fraccin de prdida de presin para varios medidores de obstruccin (Cengel 2006)
Figura 5. Prdida global de presin en medidores de orificio (McCabe 1991)
30
Tabla I. Densidad del agua a diversas temperaturas (Perry 1992)
31
Tabla II. Densidad del agua a diversas temperaturas (Perry 1992)
32
Tabla III. Masa molar, constantes crticas y capacidades trmicas especificas de gases a 25C y
1atm de algunas sustancias comunes (Reid 1987)
33
Tabla IV. Propiedades de especies puras (Smith, Van Ness; 2006 )
34
Tabla V. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )
35
Tabla VI. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )
36
Tabla VII. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )
37
Tabla VIII. Tablas de correlacin generalizada de Lee/Kesler(Smith, Van Ness; 2006 )
38
Tabla IX. Herramientas de trabajo para fenmenos de transporte 1
39
Figura 6. Nomograma para viscosidades de lquidos a 1 atm(Perry 1999)
40
Figura 7. Viscosidades de lquidos. Coordenadas para el nomograma anterior(Perry 1999)
41
Tabla X. Propiedades termofsicas del tolueno (NIST ChemistryWebbook 2011)
Recommended