Medicion de Caudal Para Imprimir2

MEDICION DE CAUDAL Y VELOCIDADI.-OBJETIVOS Conocer las maneras de medición de velocidad, caudal y tener una referencia relativa de los instrumentos a utilizar. II.-INTRODUCION La selección eficaz de un medidor de caudal exige un conocimiento práctico de la tecnología del medidor, además de un profundo conocimiento del proceso y del fluido que se quiere medir. Cuando la medida del caudal se utiliza con el propósito de facturar un consumo, deberá ser lo más precisa posible, teniendo en cuenta el valor económico del fluido que pasa a través del medidor, y la legislación obligatoria aplicable en cada caso. En este estudio se examinan los conceptos básicos de la medida de caudal y las características de los instrumentos de medida III.-FUNDAMENTO TEORICO 1.- QUE ES MEDICION DE CAUDAL La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinación de la cantidad de masa o volumen que circula por la conducción por unidad de tiempo. Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan habitualmente, caudalímetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducción. 2.- INSTRUMENTOS PARA LA MEDICION DE CAUDAL  INSTRUMENTOS DE PRESIÓN DIFERENCIAL Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente de acuerdo con el principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor. La fórmula de flujo obtenida con los elementos de presión diferencial se basa en la aplicación del Teorema de Bernoulli a una tubería horizontal, su fórmula simplificada seria: √ En la que H es la diferencia de alturas de presión del fluido o presión diferencial y k es una constante que depende de los diámetros de la placa y de la tubería, densidad del fluido, rugosidades de la tubería… ect. Los instrumentos más conocidos de este tipo son la placa orificio, tobera, tubo Venturi, tubo Pitot. a)PLACA ORIFICIO Es la forma más común y utilizada para medir presión diferencial en tuberías donde se permita una gran pérdida de energía. Consiste en una placa con un orificio que se interpone en la tubería dando como resultado de esta obstrucción una pérdida de carga, que es la que se mide por comparación con una sonda aguas arriba y otra aguas debajo de la instalación. La presión diferencial captada es proporcional al cuadrado del caudal (usando los principios de Bernoulli y Venturi para relacionar la velocidad con la presión del fluido). El orificio de la placa puede ser concéntrico, excéntrico o segmental con un pequeño orificio adicional para la purga de pequeñas partículas de arrastres sólidos cuando sea necesario (figura 2). La placa concéntrica se utiliza para líquidos, la excéntrica para los gases donde los cambios de presión implican condensación, y la segmentada para caudales de fluido que contengan una cantidad pequeña de sólidos y gases. Tienen tal diámetro que no causan error y sus parámetros de diseño son el diámetro, la temperatura del fluido y el ambiente. - VENTAJAS Costo independiente del tamaño de la tubería Salida repetible, aunque la placa tenga un daño -DESVENTAJAS Alta perdida de presión (40-80%) Mantenimiento constante por incrustaciones en la placa y en las tomas de presión b) TOBERA La tobera es un elemento primario de medición de flujo, colocado en el punto de medición con objeto de crear una reducción de presión diferencial, este instrumento se puede describir como una transición entre la placa orificio y Venturi. Está situada en la tubería con dos tomas, una anterior y la otra en el centro de la sección más pequeña (figura 3). Su capacidad es mayor que la de una placa orificio, de manera que puede manejarse un régimen mucho mayor (hasta 60%) con la misma relación de diámetros y con el mismo diferencial. VENTAJAS Menor perdida de carga que una placa orificio (la perdida de la tobera es de 30 a 80%) Resistentes a la abrasión y pueden usarse con fluidos sucios y en suspensión DESVENTAJAS Costo de 8 a 16 veces más que una placa orificio c) TUBO VENTURI Es un tipo de boquilla especial, seguida de un cono que se ensancha gradualmente (figura 4), accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. Permite la medición de caudales mayores con una baja pérdida de carga y se usa donde es importante la recuperación de presión, puesto que esta recuperación del cuello Venturi es mucho más elevada que para otros elementos primarios, especialmente en comparación con los de placas de orificio. VENTAJAS Permite la medición de caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de sólo 10 a 20% de la presión diferencial. Posee una gran precisión Resistentes a la abrasión y pueden usarse con fluidos sucios y en suspensión. DESVENTAJAS Más grandes, caros y pesados que las placas orificios El Tubo Venturi puede tener muchas aplicaciones, por ejemplo en la industria automotriz, en el carburador del carro, el uso de éste se pude observar en lo la Alimentación de Combustible. Los motores requieren aire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina necesita aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algún mecanismo dosificador que permita el ingreso de la mezcla al motor en la proporción correcta. A ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de Venturi: al variar el diámetro interior de una tubería, se aumenta la velocidad del paso de aire. d) TUBO PITOT El tubo de Pitot puede ser definido como el instrumento para medir velocidades de un flujo mediante la diferencia de presiones estática y dinámica en una línea de corriente. Consta de un orificio alineado con el flujo que se aproxima y está cerrado por uno de sus extremos con un tapón redondo que tiene un pequeño orificio en la línea central del tubo . El fluido dentro del tubo Pitot es estacionario, en tanto que el que se aproxima fluye alrededor de este. Una partícula de fluido que se mueve a lo largo de la línea de corriente, que coincide con el eje del tubo Pitot, alcanza el reposo al acercarse a la punta del tubo, debido a que debe dividirse y pasar por ambos lados del tubo. Al entrar momentáneamente en reposo, la presión del fluido se eleva a un valor, el cual se conoce como presión de estancamiento y se relaciona con la velocidad del tubo corriente arriba. La presión del flujo estacionario en el interior del tubo Pitot es igual a la presión de estancamiento del flujo externo con el que está en contacto a través del pequeño orificio localizado en el punto de estancamiento del tubo. VENTAJAS Bajo costo y pérdida de presión despreciable DESVENTAJAS Miden la velocidad en el punto y las mediciones volumétricas son poco precisas. La máxima exactitud se consigue efectuando varias medidas en puntos determinados y promediando las raíces cuadradas de las velocidades medidas. Baja precisión del orden de 1.5-4% No trabaja bien a velocidades bajas del flujo ni a velocidades muy altas (supersónica) Suelen utilizarse tubos de Pitot para la medida de caudales de gas en grandes conducciones, como chimeneas de industrias pesadas. Un inconveniente del uso del tubo en flujos gaseosos es la pequeña diferencia de presión que se genera, esto se ha corregido con una modificación del instrumento que se conoce con el nombre de Tubo de Pitot invertido o pitómetro.  INSTRUMENTOS DE ÁREA VARIABLE: a) ROTÁMETROS En los medidores de carga: orificio, boquilla, Venturi, la variación de la velocidad de flujo a través de un área constante produce una caída de presión variable que está relacionada con dicha velocidad. Mientras que en los medidores de área variable la caída de presión permanece constante y es el área a través del cual circula el fluido el que varía con la velocidad del flujo, relacionándose estos mediante un calibrador adecuado. El Rotámetro consta básicamente de un “flotador” indicador que se puede mover libremente en el interior de un tubo vertical ligeramente cónico con el diámetro menor hacia abajo . El fluido ingresa por el extremo inferior y hace que el flotador suba hasta que el área circulare entre él y la pared del tubo sea tal que la caída de presión en este estrechamiento sea suficiente para sostener el flotador.  INSTRUMENTOS DE VELOCIDAD a) VERTEDEROS En la medición de caudal en canales abiertos se utilizan vertederos, los cuales provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y su punto más bajo. Y existen diferentes tipos (figura 7). La diferencia de alturas H se mide mediante un instrumento de flotador o burbujeo, el cual puede indicar, registrar y regular directamente el caudal o bien transmitirlo a distancia con un transmisor de tipo potencio métrico, neumático de equilibrios de movimientos, o digital. b) TURBINAS Las turbinas son medidores que poseen un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal. La velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor, la diferencia de presiones debida al cambio de áreas entre el rotor y el cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta. Debido a ello el rotor está equilibrado hidrodinámicamente, sin la necesidad de utilizar rodamientos axiales. Para captar la velocidad de la turbina existen dos tipos de convertidores, de reluctancia e inductivos, para ambos la frecuencia que genera el rotor de turbina es proporcional al caudal, siendo del orden de 250 y 1200 ciclos por segundo para el caudal máximo. c) TRANSDUCTORES ULTRASÓNICOS Dos tipos de medidores ultrasónicos son utilizados fundamentalmente para la medida de caudal en circuitos cerrados. El primero (tiempo de tránsito o de propagación) utiliza la transmisión por impulsos, mientras que el segundo (efecto Doppler) usa la transmisión continua de ondas. Los medidores por tiempo de transito miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al propagarse éste en el sentido del fluido y en el sentido contrario. Los sensores están ubicados en una tubería de la que se conocen el área y el perfil de velocidades. Los principios de funcionamiento de estos instrumentos son variados.  INSTRUMENTOS DE TENSIÓN INDUCIDA: a) MEDIDOR MAGNÉTICO DE CAUDAL El medidor magnético de caudal funciona según la ley de Faraday que establece que la tensión inducida a través de cualquier conductor, al moverse este perpendicularmente a través de un campo magnético, es proporcional a la velocidad del conductor. VENTAJAS _ No producen pérdidas de presión DESVENTAJAS _ Requiere fluidos conductores _ No sirve para fluidos gaseosos _ Requiere de tubería siempre llena de fluido b) MEDIDORES DE VORTEX Y TORBELLINOS El Medidor de vortex se basa en el hecho de que los vórtices se forman a continuación de un obstáculo, en el sentido de la corriente. Cuando un líquido fluye por el tubo de medida en el que se encuentra un cuerpo que obstaculiza el flujo, los vórtices se forman sucesivamente una vez a un lado y luego al otro a continuación de dicho cuerpo. La frecuencia de los vórtices que se esparcen a cada lado es directamente proporcional a la velocidad de circulación media y, por consiguiente, al caudal volumétrico. El Medidor de caudal por torbellino se basa en la determinación de la frecuencia del torbellino producido por una hélice estática situada dentro de la tubería por la cual pasa el fluido. La frecuencia del torbellino es proporcional a la velocidad del fluido.  INSTRUMENTOS POR DESPLAZAMIENTO POSITIVO Los medidores de desplazamiento positivo miden el caudal en volumen (contando o integrando) volúmenes separados de líquido. Las partes mecánicas del instrumento se mueven aprovechando la energía del fluido y dan lugar a una pérdida de carga. a)MEDIDOR DE DISCO OSCILANTE Está compuesto por: una cámara circular con un disco plano móvil dotado de una ranura en la que está intercalada una placa fija. Esta placa separa la entrada de la salida e impide el giro del disco durante el paso del fluido. La cara baja del disco está siempre en contacto con la parte inferior de la cámara en el lado opuesto .Cuando pasa el fluido, el disco toma un movimiento parecido al de un trompo caído de modo que cada punto de su circunferencia exterior sube y baja alternativamente estableciendo contacto con las paredes de la cámara desde su parte inferior a la superior. Este movimiento de balanceo se transmite mediante el eje del disco a un tren de engranajes. b)MEDIDOR ROTATIVO Este tipo de instrumento tiene válvulas rotativas que giran excéntricamente rozando con las paredes de una cámara circular y transportan el líquido en forma incremental de la entrada a la salida. Los medidores rotativos se emplean mucho para la medición de crudos y gasolinas, con intervalos de medida que van de unos pocos lpm de líquidos limpios de baja velocidad hasta 64000 lpm de crudos viscosos. Principalmente hay dos sistemas El Medidor bi-rotor está diseñado para medir el flujo total de productos líquidos que pasa a través del mismo por medio de una unidad de medición que separa el flujo en segmentos separándolos momentáneamente del caudal que pasa a través del medidor. Son diseñados para que los efectos adversos de líneas fuera de alineación no puedan ser transmitidas a la unidad de medición. El Medidor oval realiza mediciones en productos difíciles sin comprometer la precisión, tales como: ácido sulfúrico súper saturado, dióxido de titanio, azufre derretido y mantequilla de maní 3.- QUE ES MEDICION DE VELOCIDAD El conocimiento de la velocidad de los movimientos es de gran importancia para el ingeniero, desde la determinación de las fuerzas de inercia en una pieza alternativa hasta la potencia transmitida por una pieza rotativa de una máquina. En la mayoría de los casos, las maquinas son impulsadas por elementos rotativos, tales como poleas y motores. Conocer la velocidad angular es importante. 4.- INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA VELOCIDAD  TACOMETRO TACOMETRO MECANICO El tacómetro mecánico más utilizado es el típico contador de revoluciones empleado para medir localmente la velocidad de rotación de toda clase de máquinas o dispositivos giratorios. Este contador consiste básicamente en un eje elástico terminado en punta que se apoya sobre el centro de la pieza giratoria. El eje elástico al girar mueve a través de un tren de engranajes dos diales calibrados concéntricos. Cada división del dial exterior representa una vuelta del eje giratorio mientras que en el dial interior una división da una revolución del dial exterior; conocido el tiempo de trabajo del contador, medido mediante un cronómetro, es fácil calcular la velocidad media en rpm TACOMETRO OPTICO En general estos aparatos producen un haz luminoso ya sea de tipo LÁSER, de luz visible, o infrarrojo que se dirige a la pieza en movimiento, en la pieza se ha marcado una zona de color blanco que refleja el haz luminoso en mayor proporción que el resto de la superficie, de manera que cada vez que pasa la zona blanca frente al tacómetro se produce por un instante una reflexión mayor del haz. Este pulso luminoso reflejado es detectado por un sensor colocado junto al emisor de luz y convertido a pulso eléctrico dentro del tacómetro. Un circuito convenientemente calibrado a unidades de velocidad de rotación mueve la aguja al valor apropiado o genera un número en una pantalla digital. ANEMOMETROS Es un instrumento que mide específicamente la velocidad del aire (viento), algunos modelos además miden la temperatura ambiente, y hasta la humedad. TUBO DE PITOT Los manómetros de tubo de Pitot es un instrumento elemental para la medición de velocidades de flujo de gases o de aire en canales. Los manómetros de tubo de Pitot son una derivación de los clásicos tubos Prandtl, una combinación de tubo de Pitot para medir la presión total y una sonda de medición de la presión estática. Estrechamente relacionados con los manómetros surgen los anemómetros para medir velocidades de flujo. La ventaja de los manómetros de tubo de Pitot frente a otros métodos de medición consiste en el hecho de que un orificio relativamente pequeño sobre la pared del canal en las zonas más importantes del recorrido es suficiente para realizar en cualquier momento una medición rápida de la velocidad de flujo. Además, podrá utilizarlos a altas temperaturas y a velocidades de flujo muy elevadas (hasta 120 m/s dependiendo del modelo). IV.-MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR Equipo a utilizar en la medición de caudal  caudalimetro de placa orificio en un sistema de tuberías  Rotámetro Equipo a utilizar en la medición de velocidad  Tacómetro óptico- mecánico Materiales  Esmeril  Motor de compresora (eje del motor)  Sistema de transmisión de la compresora (rueda conducida)  Banco de termodinámico (rotámetro) V.- PROCEDIMIENTO Registrar el valor de la caída de presión utilizando la placa de orificio, y calcular el caudal mediante la siguiente ecuación √ ( )√ PRIMERA EXPERIENCIA P1=80mmhg P2=28mmhg P1-P2=52mmhg=6932, 76 Pa =0.98 D=1/2” d=1.125” h = presión en Pa =6932, 76 Pa ⁄ √ ( ) √ ⁄ Caudal del caudalimetro ⁄ CAUDAL ERROR (% ) PLACA ORIFICIO (m^3⁄s) CAUDALIMETRO(m^3⁄s) ((VB-VE)/VB)*100 VE VB 0.0004715 0.0004511 4.52 Registrar el valor del caudal utilizando el rotámetro 275 ⁄ Registrar los valores registrados utilizando el tacómetro en cada equipo o motor eléctrico COMPRESORA TACOMETRO TACOMETRO MEDICION EN LA PLACA BASE (RPM) EJE DE LA POLEA RUEDA CONDUCIDA LECTURAS CONTACTO (RPM) OPTICO (RPM) OPTICO(RPM) 1 3583 3584 944 2 3580 3586 942.5 3 3583 3587 945 4 3583 3589 946 5 3584 3587 946 6 3586 3590 947 PROMEDIO 3583 3587 945 3480 Se observa que en el eje la velocidad es mayor que en la rueda conducida ESMERIL TACOMETRO MEDICION EN LA PLACA BASE ESMERIL LECTURAS CONTACTO (RPM) 1 8342 8500 RPM VI.- CONCLUSIONES Con la medición del caudal de placa orificio hemos podido obtener la caída de presión gracias a las lecturas de presión a la entrada y salida del orificio de esta manera con la ecuación ya mostrada hemos podido hallar el caudal y comparándolo con el del caudalimetro el error es poco pude ser menos pero esto se debió a la poca cantidad de mercurio en el tubo de vidrio para medir las presiones diferenciales es por eso el error. En la utilización del rotámetro se pudo comprobar la cantidad agua (caudal) que sedapar proporciona a la universidad que es de 275 ⁄ En la medición de las velocidades con el tacómetro óptico-mecánico se pudo determinar que la velocidad del eje es mayor que la de la rueda conducida VIII.- CUESTIONARIO 1. Explique en que consiste el método para medición de caudal por medición salina El método de trazador de sal se utiliza para medir caudales en corrientes pequeñas como arroyos, riachuelos o quebradas. En las corrientes pequeñas se cuenta con valores de nivel o alturas cada 30 minutos que se toman automáticamente con los limnígrafos. Para convertir estos valores de nivel a caudal, se miden los caudales con este método en diferentes momentos de tal forma que se tomen valores a varios niveles de la corriente. Se iniciará con las mediciones de caudales en verano. Una vez se tengan suficientes datos (aproximadamente 20 datos en temporada seca) se tendrá una relación de niveles y caudales que permitirá tener una ecuación que convierta todos los valores de nivel a caudal. El método de trazadores de sal consiste en verter en un punto de la quebrada una cantidad de sal conocida disuelta en agua y unos 20 metros más abajo medir el cambio de conductividad en el agua de la corriente. La conductividad inicial de la quebrada cambiará, elevándose hasta llegar a un pico para posteriormente descender y llegar a su valor inicial. Al graficar los datos de tiempo y conductividad, se tendrá un área bajo esa curva que servirá para calcular el caudal 2.-Hasta que valor de velocidad de rotación pueden medir un tacómetro mecánico óptico como máximo. . Amplio margen de medida desde 0.5 RPM hasta 10000 RPM. 3.- ¿Por qué en algunos motores eléctricos la velocidad de rotación de la placa no coincide con el valor medido con el tacómetro? Por el fenómeno de la reluctancia(La reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que este posee al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo magnético. Se define como la relación entre la fuerza magneto motriz (f.m.m.) (la unidad del SI es el amperio, aunque a menudo se la llama amperio vuelta) y el flujo magnético (SI: weber). El término lo acuñó Oliver Heaviside en 1888). Y al rebobinado de motores en la que se le colocan mayor o menor número de vueltas de hilos 4.- ¿Qué ventajas y desventajas presenta el utilizar el medidor de caudal tipo placa – orificio? VENTAJAS _ Costo independiente del tamaño de la tubería _ Salida repetible, aunque la placa tenga un daño DESVENTAJAS _ Alta perdida de presión (40-80%) _ Mantenimiento constante por incrustaciones en la placa y en las tomas de presión 5.-Explique el funcionamiento del medidor del caudal tipo vertedero de Cipoletti Vertedero trapezoidal: éste vertedero tiene forma trapezoidal en su abertura, tal como lo indica su nombre, también conocido como vertedero Cipolletti. Esta estructura requiere que el talud de sus lados sea 1:4, es de construcción más dificultosa que el triangular y el rectangular y no ofrece ventajas significativas que lo hagan destacar Vertedero Cipolletti. Ilustración Vertedero Trapezoidal o Cipolletti En este caso la escotadura del vertedero, tiene forma trapezoidal con una inclinación de las paredes sobre la vertical de 0.25:1. El gasto se calcula mediante la siguiente expresión: Dónde: Q = Gasto (m3/s) L = Largo cresta (m) H = Carga de agua (m) La tabla siguiente proporciona los gastos para diferentes cargas de agua para el vertedero Cipolletti CAUDAL (l/s) VERTEDERO TRAPEZOIDAL Altura H ANCHO DE LA CRESTA DEL VERTEDERO (m) (cm) 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,0 1,31 2,63 3,94 5,26 6,57 7,89 9,20 10,52 2,5 1,84 3,67 5,51 7,35 9,19 11,02 12,86 14,70 3,0 2,41 4,83 7,24 9,66 12,07 14,49 16,90 19,32 3,5 3,04 6,09 9,13 12,17 15,22 18,26 21,30 24,35 4,0 3,72 7,44 11,15 14,87 18,59 22,31 26,03 29,74 4,5 4,44 8,87 13,31 17,75 22,18 26,62 31,06 35,49 5,0 5,20 10,39 15,59 20,78 25,98 31,18 36,37 41,57 5,5 5,99 11,99 17,98 23,98 29,97 35,97 41,96 47,96 6,0 6,83 13,66 20,49 27,32 34,15 40,98 47,81 54,64 6,5 7,70 15,40 23,11 30,81 38,51 46,21 53,91 61,61 7,0 8,61 17,21 25,82 34,43 43,04 51,64 60,25 68,86 7,5 9,55 19,09 28,64 38,18 47,73 57,27 66,82 76,37 8,0 10,52 21,03 31,55 42,06 52,58 63,10 73,61 84,13 8,5 11,52 23,03 34,55 46,07 57,59 69,10 80,62 92,14 9,0 12,55 25,10 37,64 50,19 62,74 75,29 87,84 100,39 9,5 13,61 27,22 40,82 54,43 68,04 81,65 95,26 108,87 10,0 14,70 29,39 44,09 58,79 73,48 88,18 102,88 117,57 10,5 15,81 31,63 47,44 63,25 79,06 94,88 110,69 126,50 11,0 16,96 33,91 50,87 67,82 84,78 101,73 118,69 135,64 11,5 18,12 36,25 54,37 72,50 90,62 108,75 126,87 145,00 12,0 19,32 38,64 57,96 77,28 96,60 115,92 135,24 154,55 12,5 20,54 41,08 61,62 82,16 102,70 123,24 143,77 164,31 13,0 21,78 43,57 65,35 87,14 108,92 130,70 152,49 174,27 13,5 23,05 46,11 69,16 92,21 115,26 138,32 161,37 184,42 14,0 24,35 48,69 73,04 97,38 121,73 146,07 170,42 194,76 14,5 25,66 51,32 76,98 102,64 128,30 153,97 179,63 205,29 15,0 27,00 54,00 81,00 108,00 135,00 162,00 189,00 216,00 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA LABORATORIO DE: MEDICION DE CAUDAL Y VELOCIDAD ASIGNATUARA: MEDICIONES Y ENSAYOS EN ING. MECANICA DOCENTE. ING. APAZA GUTIERREZ JORGE L. PRESENTADO POR: COILA PANCCA JUAN JOSE AREQUI –PERU 2014