Practica 4 Venturi.docx

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXRACTIVAS

ACADEMIA DE OPERACIONES UNITARIAS D.I.Q.I LABORATORIO DE FLUJO DE FLUIDO

“DETERMINACION DE LOS COEFICCIENTES DE LOS MEDIDORES DE FLUJO, PLACA DE ORIFICIO, VENTURI Y CALIBRACION DEL ROTAMETRO”

GRUPO: 2IV4

SECCIÓN: B

EQUIPO: 4

ALUMNA: ITZABELY SALGADO TRUJILLO.

PROFESORA: SANDRA YASMIN AGUILAR OROZCO.

OBJETIVO GENERAL Comparar los coeficientes de los medidores de placa de orifico y el Tubo Venturi experimentales con, los valores reportados en la bibliografía.

OBJETIVOS PARTICULARES: Determinar las curvas de calibración del Medidor de Área Variable (rotámetro) para corroborar el gasto. Determinar los coeficientes de descarga de los Medidores Tubo Venturi y Placa de Orificio. Determinar la curva de calibración del Medidor de Flujo Magnético para corroborar el gasto. Comparar los resultados de la calibración del Rotámetro contra las especificaciones del proveedor. Analizar las ventajas y desventajas de cada uno de los medidores de flujo antes señalados.

- Comparación de algunos Medidores de Flujo Medidor

Liquido recomendad os

Placa de Orificio

Liquidos sucios y limpios; algunos viscosos

Perdid a de Presió n Medio

Exactitu d típica (%) ±2 a ±4 de la escala total

Medidas y diámetro s 10 a 30

Efecto Viscos o

Coste Relativ o

Alto

Bajo

Tubo Venturi

Tubo Pitot Turbina

Magnético

Ultrasónic o

Líquidos viscosos, sucios y limpios Líquidos limpios Líquidos limpios y viscosos Líquidos sucios y limpios; líquidos viscosos y conductores Líquidos sucios y líquidos viscosos

Bajo

±1

5 a 20

Alto

Medio

Muy Bajo Alto

±3 a ±5

20 a 30

Bajo

Bajo

±0.25

5 a 10

Alto

Alto

No

±0.5

5

No

Alto

No

±5

5 a 30

No

Alto

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES Corrida

Rotámetro 𝜭 = 𝟐 𝒎𝒊𝒏 %R ΔZ (m)

Tubo Venturi

90

100 90 80 70 60 50 40

1 2 3 4 5 6 7 Datos Adicionales

58.7

%R

ΔH (Cm) 5.9 4.4 3.3 2

Placa de Orificio %R 80 75 70 65 60 55 50

ΔH (Cm) 5.9 4.4 3.3 2

Dato

Cantidad

Diámetro del Tanque

𝐷 = 1.08 𝑚

Diámetro del tubo Venturi

𝑑𝑣 = 0.0192 𝑚

Diámetro de la placa de orificio

𝑑𝑜 = 0.0254

Densidad del agua

𝜌𝐻2𝑂 = 1000

𝑘𝑔 𝑚3

Densidad del tetracloruro de carbono

𝜌𝐶𝐶𝑙4 = 1585

𝐾𝑔 𝑚3

Densidad de la glicerina

𝜌𝑔𝑙𝑖𝑐𝑒𝑟𝑖𝑛𝑎 = 1.26 𝑔/𝑐𝑚3

Densidad de la Gasolina

𝜌𝑔𝑎𝑠𝑜𝑙𝑖𝑛𝑎 = 0.68 𝑔/𝑐𝑚3

Constante de aceleración de la gravedad

-

𝑔 = 9.81

𝑚 𝑠2

Tabla de Ecuaciones No. 1

2

Ecuación 2

𝐺𝑣 =

(0.785)(𝐷 )(∆𝑍)

𝐺𝑣𝑥 =

𝛳

𝐺𝑣𝐻2𝑂 7.02𝜌 [8.02 − 𝑥𝜌 ] 𝑥

1 2

Unidades

Simbología

𝑚3 𝐺𝑣 = 𝑚𝑖𝑛

𝐺𝑣 = 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑅𝑜𝑡𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜) 𝐷 = 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑙𝑒 𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ∆𝑍 = 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

𝑚3

𝐺𝑣𝑥 = 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑛𝑢𝑒𝑣𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝜌𝑥 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑁𝑢𝑒𝑣𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 8.02 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟

𝐺𝑣𝑥 =

𝑚𝑖𝑛

𝑔 𝑐𝑚3 𝑔 8.02 = 𝑐𝑚3 𝜌𝑥 =

1

3 𝐶𝑣 =

𝐶𝑣

𝐺𝑣 [1 − 𝛽 4 ]2 1

𝐴𝑣 = 𝑚2

(2)(𝑔)(𝜌𝑚 − 𝜌𝐻2𝑂 ) 2 𝐴𝑣 [ ] 𝜌𝐻2𝑂 4

𝛽=

𝑑𝑔𝑣

𝑑𝑖

𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝛽= 𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝛽 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑎𝑟𝑔𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎

𝐴𝑣 = 𝑚2

𝐴𝑣 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝐶𝑜 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝐴𝑜 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎

𝜋

5

𝐴𝑣 = 𝑑𝑔𝑣 2 4

6

𝐶𝑜 =

𝐶𝑣 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝐴𝑣 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙

= 𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝑑𝑔𝑣 = 𝑚

𝐺𝑣

𝐶𝑜

(2)(𝑔)(𝜌𝑚 − 𝜌𝐻2𝑂 ) 𝐴𝑜 [ ] 𝜌𝐻2𝑂

1 2

= 𝐴𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝐴𝑜 = 𝑚2

𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜

7

𝜋

𝐴𝑜 = 𝑑𝑜 2 4

𝐴𝑜 = 𝑚2 𝑑𝑜 = 𝑚

Secuencia de Cálculos Rotámetro (0.785)(D2 )(ΔZtanque) Gvh = t

𝐴𝑜 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜

Donde: Gv: Gasto volumentrico del agua [=] l/min D: Diámetro interior del tanque de alimentaciónón [=] 1.165 m ΔZ:Dezplaciamiento del nivel del tanque de alimentación t: Tiempo transcurrido en desplazarce el nivel del tanque de alimentación 2 c Si al 50%-------------------Gv=0.000181312 Si al 60%--------------------Gv=0.000217534 Si al 70%-------------------Gv=0.000253836 Si al 80%--------------------Gv=0.92315216

1) Calculo del coeficiente de descarga del tubo Venturi (Cv) -

TUBO VENTURI 1

-

Gv[1−β4 ]2

Cv =

(2g)(ΔH)(ρm−ρH20) 1 ]2 ρH2O

Av[

-

A=

Av =

dgv

di (π)(d2 gv) 4

0.0192𝑚

β= 0.0508𝑚 = 0.377

Av = (0.785)(0.0192) = 0.000289 m^2 Donde: Dgv = Diámetro de la garganta del Tubo Venturi [=] 0.0192 m di = Diámetro interior de la tubería [=] 0.0508 m Av = Área de paso del tubo Venturi [=] m2 Cv = Coeficiente de descarga del tubo Venturi [=] adimensional Gv = Gasto volumétrico del tubo Venturi [=] m3 /s β = Relación del diámetro de la garganta del tubo Venturi entre el diámetro interior de la tubería [=] adimensional g = constante de la aceleración de la gravedad [=] 9.81 s/m2 ΔH = Lectura del manómetro colocado del tuvo Venturi [=] m ρm = Densidad del liquido manométrico, en este caso CCl4 [=] kgf/m3 ρH2O = Densidad del agua [=] kgf/m3

A 50%

1

0.000181[1 − 0.3774 ]2 Cv = 1585kg (2(9.81)(0.04m) ( − 998kg/m^3) m3 0.000289m^2[ ]0.5 998 kg/m^3

Cv= 0.908235103 m^3/ seg

Cálculos de Tubo Venturi BETA

Av

0.377952756 0.377952756 0.377952756 0.377952756 0.377952756

0.000289529 0.000289529 0.000289529 0.000289529 0.000289529

Cv (Coeficiente de desc.) #¡DIV/0! 0.908235103 0.955888099 0.954389761 0.919068671

CALCULO DEL COEFICIENTE DE DESCARGA DE LA PLACA DE ORIFICIO

PLACA DE ORIFICIO

Co =

Ao =

Gv (2g)(ΔH)(ρm − ρH20) 1 Ao[ ]2 ρH2O

(π)(do2 ) = 3.976078x10−4 m2 4

Donde: Co = Coeficiente de descarga de la placa de orificio [=] adimensional Gv = Gasto volumétrico de la placa de orificio [=]m3 /s Ao = Área del Orificio de la placa [=]m2 Do = Diámetro del orificio de la placa .0225 g = constante de la aceleración de la gravedad [=] 9.81 s/m2 ΔH = Lectura del manómetro colocado del tuvo Venturi [=] m ρm = Densidad del liquido manométrico, en este caso CCl4 [=] kgf/m3 ρH2O = Densidad del agua [=] kgf/m3

Cálculos de Placa de Orificio

-

Ao

Co

0.000397608 0.000397608 0.000397608 0.000397608 0.000397608

#¡DIV/0! 0.947722405 0.885359442 0.894533222 0.882855899

TABLAS DE RESULTADOS Y GRAFICAS TABLA DE RESULTADOS

CORRIDA %R 1

0

Gv Agua (L/min) 0

Gv Fluido 1 (L/min) 0

Gv Fluidos 2 (L/min) 0

2

20

0.181312

0.198750444

0.15776404

0.000181312 0.908235103 0.947722405

3

40

0.217574

0.238500094

0.1893165

0.000217574 0.955888099 0.885359442

4

60

0.253836

0.278249745

0.22086896

0.000253836 0.954389761 0.894533222

5

80

0.290099

0.318000491

0.25242229

0.000290099 0.919068671 0.882855899

-

GASTOS VOLUMETRICOS

Gv (H2O) m^3/min

Gv (H2O) L/min

0 0.000181312 0.000217574 0.000253836 0.000290099

0 0.181312 0.217574 0.253836 0.290099 -

Gv Agua (m^3/s) 0

Cv

Co

#¡DIV/0!

#¡DIV/0!

100

75 50 25 0 0.

6.

Cálculos del rotámetro

Gv (H2O)

m^3/min

Gv (H2O) L/min

Densidad

Densidad

Formol

Ac. Benzoico

Gvx

L/min

Gvx 2

L/min

0

0

0.85

1.27

0

0

0.000181312

0.181312

0.85

1.27

0.198750444

0.15776404

0.000217574

0.217574

0.85

1.27

0.238500094

0.1893165

0.000253836

0.253836

0.85

1.27

0.278249745

0.22086896

0.000290099

0.290099

0.85

1.27

0.318000491

0.25242229

GRAFICAS

Gráfico %R vs Gv 0.35 0.3

%R

0.25 Series1 Series2 Series3

0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

25

50

75

100

Gv (L/min)

1.2

Cv, Co vs Gv

1

Cv, Co

0.8

0.6

Cv

0.4

0.2

0 0

0.0075

Gv

ANALISIS DE GRAFICAS

En las gráficas que se presentan arriba se puede ver como es el comportamiento del gasto volumétrico tanto del que se calculó de manera análoga y el que se calculó con ayuda de las ecuaciones correspondientes tanto de Tubo Venturi como de Placa de Orificio, podemos observar por separado que en las curvas de Tubo Venturi que este comportamiento sigue una tendencia casi lineal para ambas curvas, demostrando así que el error entre ambos gastos es mínimo, mientras que en la gráfica que corresponde para placa de orificio podemos ver que hay una diferencia enorme entre ambas líneas de tendencia, ya que el gasto calculado en función del volumen con respecto del tiempo es muchísimo menor a lo que se obtuvo con la ecuación que corresponde para placa de orificio.

OBSERVACIONES Durante la experimentación nos dimos cuenta de muchas cosas, una de ellas y más importante la precisión, puesto que por una pequeña distracción nuestro experimento fallo en algunos resultados, en el gasto volumétricos para ser exactos, también se pudo observar las diferentes formas de los medidores de flujo, también existe una pequeña desviación de la esperada, debido a la antigüedad de los equipos, pero en su mayoría estos errores se debieron por nuestra parte en las mediciones.

Conclusiones La medición del flujo en la ingeniería es de suma importancia, puesto que gracias a esta podemos cuantificar infinidad de procesos, y optimizar el transporte de nuestra materia prima, que en nuestro caso es el crudo, Existen diferentes aparatos que miden el flujo de un fluido, entre ellos la placa de orifico, el tubo Venturi y el rotámetro, cada uno con su desviación correspondiente, pero de mucha utilidad, debido a su bajo costo y su fácil manejo. En conclusión, la medición del flujo es de suma importancia para el transporte de los fluidos que cotidianamente se requieren.

Bibliografía  

http://www2.uca.es/grupinvest/instrument_electro/ppjjgdr/Electronics_Instrum/Electron ics_Instrum_Files/temas/T18_flujo.PDF Mott, Robert L., Mecánica de Fluidos. Sexta Edición. Ed. PEARSON. Prentice Hall. México. 2006. p 473-489