Universidad Nacional Experimental “Francisco De Miranda” Área De Tecnología Programa De Ingeniería Química Departamento de Energética Laboratorio de Operaciones Unitarias I
PRÁCTICA 2: MEDIDORES DE FLUJO 1 OBJETIVO GENERAL Determinar el caudal en un sistema de tuberías con el Rotámetro, Tubo Venturi y Placa Orificio. 2 OBJETIVO ESPECIFICOS Verificar la escala de calibración del Rotámetro 2 instalado en el sistema de tubería. Estimar la caída de presión que ocasiona el Tubo Venturi y la Placa Orificio. Determinar el coeficiente de flujo experimental del Tubo Venturi y de la Placa Orificio. Establecer la ecuación Q= K(∆P)n que representa los datos experimentales para el Tubo Venturi y la Placa Orificio. 3 EQUIPOS NECESARIOS Tanque con indicador de nivel. Rotámetro Nº 2 (1000-8000 l/h). Bombas centrífugas conectadas en paralelo. Cronómetro. Tubo Venturi y Placa Orificio. Manómetro en U de Mercurio. Termómetro. 4 DATOS EXPERIMENTALES Tiempo que tarda el fluido en subir un (1) cm en el indicador de nivel en el tanque, el cual equivale a 3,95 litros. Caudal circulante en la tubería. Variación de altura (∆h) en el manómetro en U. Temperatura del fluido. Diámetro de la tubería: D = 0,054m, Diámetro del Tubo Venturi: dv= 0,025m, Diámetro de la Placa Orificio: do = 0,0305m. 5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Encender el equipo. Conectar las bombas en paralelo, manipulando las válvulas adecuadas. Colocar el flotador del Rotámetro Nº 2 en el caudal que se desea determinar manipulando la válvula Nº 10. Tomar el tiempo que tarda el fluido en ascender 1 cm en el indicador de nivel ubicado en el tanque, tomando tres tiempos por cada caudal del Rotámetro. Repetir el procedimiento, colocando el flotador en el siguiente caudal y así sucesivamente hasta cubrir todos los caudales que se pueden leer en el Rotámetro Nº 2.
Hacer circular el fluido (abriendo la válvula mariposa) por donde se encuentran instalados el Tubo Venturi y la Placa Orificio. Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas al tubo Venturi (Nº 4); así como las válvulas conectadas al manómetro en U de Mercurio (letras A y B). Estas últimas deben abrirse simultáneamente para evitar la fuga del fluido manométrico. Verificar el cero en el manómetro, cerrando completamente la válvula del Rotámetro Nº 2 (válvula Nº 10). Fijar un caudal en el Rotámetro Nº 2 manipulando la válvula Nº 10. Tomar la lectura de ∆h en el manómetro en U de Mercurio para el caudal fijado. Repetir el procedimiento, colocando el flotador en el siguiente caudal y así sucesivamente hasta cubrir todos los caudales en el Rotámetro Nº 2. Cerrar todas las válvulas conectadas a las mangueras. Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas a la Placa Orificio (Nº 3); así como las válvulas conectadas al manómetro en U de Mercurio (letras A y B). Repetir en la Placa Orificio el mismo procedimiento seguido para el Tubo Venturi. 6 TRABAJO A REALIZAR Realice la curva de calibración del Rotámetro Nº 2, graficando Caudal Real (Y) Vs. Caudal Aparente (X). Determine la ecuación de ajuste lineal del caudal real vs caudal aparente. Calcule el porcentaje de error de los caudales. Calcule y compare los coeficientes de flujo experimental y teórico para el Tubo Venturi y la Placa Orificio, determinando el porcentaje de error. Determine la ecuación Q= K(∆P)n que representa los datos experimentales para el Tubo Venturi y la Placa Orificio. Graficar caída de presión (Y) vs. Caudal ideal y caudal real (X). Establezca las ventajas y desventajas para cada medidor empleado en la práctica en función de la caída de presión temporal y permanente que generan.
7 PRE-LABORATORIO Investigar: 1. Medidores de Flujo Volumétrico: Concepto, Clasificación y ejemplos. 2. Rotámetro: Descripción, Principio de Funcionamiento, Ventajas y Desventajas. 3. Diferencia entre Caudal Real y Caudal Aparente. 4. Curva de Calibración: Concepto. 5. ¿Por qué se realiza la Curva de Calibración de los Rotámetros? 6. Relación entre el caudal y la caída de presión en el medidor. 7. Definición de la caída de presión temporal y permanente. Explique qué factores influyen en los valores de ambas caídas de presión en cada medidor. 8. Tubo Venturi. Definición. Descripción. Caída de presión temporal y permanente. Recuperación de presión. Ventajas y desventajas. 9. Placa Orificio. Definición. Descripción. Caída de presión temporal y permanente. Recuperación de presión. Ventajas y desventajas. 10. Definición de la Vena Contracta. En cual medidor se presenta y que consecuencia tiene sobre la medición. 11. Definición de Coeficiente de Descarga y qué consecuencia tiene su valor en cada medidor. 12. Definición de Coeficiente de Flujo y como se determina analíticamente y gráficamente. 13. ¿Por qué se toma la temperatura del agua durante la realización de la experiencia? 14. Formulas y cálculos necesarios.
9 TABLA DE RESULTADOS ROTÁMETRO Tabla 4.Rotámetro Nº 2. Q Aparente(l/h)
V (l)
tp (h)
Q Real (l/h)
Donde: Q Aparente: Caudal leído en el Rotámetro Nº 2 [l/h] Q Real: Caudal calculado con la ecuación1 [l/h] Q REAL
V tp
(1)
tp: Tiempo promedio [h] tp
t 1 t 2
t3
(2)
3
%Error= [(QReal – QAparente)/QReal]*100 10 TABLAS DE DATOS VENTURI Y ORIFICIO Tabla 2 Tubo Venturi Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)
8 TABLAS DE DATOS ROTÁMETRO Tabla 1.Rotámetro Nº 2. Q Aparente (l/h)
∆h (cm) t1 (s) t2 (s) t3 (s)
QAparente m3/s
% Error
Tabla 3. Placa Orificio Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)
TABLAS DE RESULTADOS VENTURI Y ORIFICIO Tabla 5. Tubo Venturi QReal ∆P QIdeal Cdexp Cdteorico Cexp Cteórico %Error m3/s N/m2 m3/s
∑Cexp/n
∑Cteor/n
Ecuación que representa los datos experimentales: Q = K ∆Pn
(3)
QAparente m3/s
QReal m3/s
Tabla 6. Placa Orificio ∆P QIdeal Cdexp Cdteorico N/m2 m3/s
Cexp
∑Cexp/n
Cteórico
%Error
∑Cteor/n
Ecuación que representa los datos experimentales: Q = K ∆Pn Caudal Aparente: QAparente: Caudal directamente en el Rotámetro 2 [m3/s]
leído
Caudal Real: QReal: Caudal en el Tubo Venturi y la Placa Orificio leído de la curva de calibración del Rotámetro 2 [m3/s]. Diferencia de Presión: ∆P: Medida por el manómetro en U de Mercurio: P h( Hg H 2 O )
(4)
∆P: caída de presión temporal causada por el Tubo Venturi o Placa Orificio [N/m2] ∆h: diferencia de altura leída en el manómetro en U de Mercurio [cm] γHg: Peso específico del Mercurio a la temperatura del Mercurio [N/m3] γH2O: Peso específico del agua a la temperatura del agua [N/m3] Velocidad Ideal: V2: Velocidad ideal en la restricción del medidor Tubo Venturi o Placa Orificio [m/s] 1 V2ideal 1 4
*
2P
H2O
(5)
d D
4
(8)
d2
Coeficiente de descarga experimental Cdexp: Coeficiente de descarga obtenido de los datos experimentales. Q real Q ideal
Cd exp
(9)
Cdexp: Coeficiente de descarga experimental [--] Coeficiente de descarga teórico: Cdteórico: Coeficiente de descarga obtenido de las gráficas [--] Coeficiente de Flujo Experimental: Cexp: Coeficiente de Flujo obtenido Coeficiente de descarga experimental C exp
Cd exp 1 4
con
el
(10)
Cexp: Coeficiente de Flujo experimental [--] Coeficiente de Flujo Teórico: Cteórico: Coeficiente de Flujo obtenido de las gráficas [--] Porcentaje de Error:
V2: velocidad ideal en la restricción del medidor [m/s] ρH2O: densidad del agua a temperatura ambiente [Kg/m3] β Relación entre el diámetro del medidor y el diámetro de la tubería [--]
A2
(6)
d: diámetro del medidor [m] D: diámetro de la tubería [m] Caudal Ideal: Qideal: Caudal en el medidor calculado con la velocidad ideal Qideal = A2* V2ideal (7) Qideal: Caudal ideal [m3/s] A2: área de flujo de la restricción del medidor [m2]
%Error
Cteorico C exp x100% Cteorico
Número de Reynolds: H2O V1D Re H2 O
(11)
(12)
Donde: V1: Velocidad promedio en la tubería [m/s] V1
Q real A1
A1: Área de flujo de la tubería [m2] A1
4
(13)
D2
ρH2O: Densidad del agua a la temperatura del agua [kg/m3] μH2O: viscosidad del agua a a la temperatura del agua [Pa.s].
REPORTE DE DATOS CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO Nº 2
Q Aparente (l/h)
∆h (cm)
t1 (s)
t2 (s)
t3 (s)
V (l)
Medida de ∆h a través del Tubo Venturi QRotámetro (l/h) ∆H (cm)
Medida de ∆h a través de la Placa Orificio Q Rotámetro (l/h)
∆H (cm)
Temperatura del Fluido: _______ Sección: _______
Grupo: _______
Integrantes: Nombre y Apellido ___________________ ___________________ ___________________ ___________________