Gasto A Través De Un Orificio

OBJETIVO

Determinar los gastos teórico y real, así como los coeficientes de velocidad, descarga y contracción con un medidor de orificio.

MARCO TEÓRICO

Muchos dispositivos se encuentran disponibles para la medición de flujo. Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de volumen en forma directa, mientras que otros miden la velocidad promedio del flujo. Algunos de ellos proporcionan mediciones primarias directas, mientras que otros requieren calibración o la aplicación de un coeficiente de descarga a la salida observada del dispositivo. La forma de salida del medidor de flujo también varía en forma considerable de un tipo a otro. La indicación puede ser una presión, un nivel de líquido, un contador mecánico o una serie de impulsos eléctricos.

Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable de fácil medición, tal como una diferencia de presión o un nivel de fluido.

Medidores de cabeza variable.

El principio en el cual se apoyan los medidores de cabeza variable es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción. Por lo tanto, la diferencia de presión entre los puntos antes y después de de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo Venturi, la boquilla de flujo, el orificio y el tubo de flujo. La derivación de las relaciones entre la diferencia de presión y la velocidad de flujo de volumen es el mismo sin importar que tipo de dispositivo se este utilizando.

Tubo de Venturi

“El Tubo Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, consta de una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro ó instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y hace posible calcular el caudal instantáneo”.

De orificio

El medidor de Orificio es un elemento más simple, consiste en un agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubería. El paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable de la velocidad (energía cinética) a expensa de una disminución de la presión estática (caída de presión). Por esta razón se le clasifica como un medidor de área constante y caída de presión variable.

Rotámetro

Consiste esencialmente de un flotador indicador que se mueve libremente en un tubo vertical ligeramente cónico con el extremo de menor diámetro en la parte inferior.

El fluido entra por la parte inferior del tubo y ejerce una fuerza ascendente sobre la base del flotador; al subir el flotador permite que pase una determinada cantidad de flujo por el área anular, área formada entre el flotador y la pared del tubo y será tal que la caída de presión en ese estrechamiento baste para equilibrar la fuerza de gravedad y el peso del flotador, en ese momento el flotador permanece estacionario en algún punto del tubo.

La pérdida de presión se mantiene constante sobre el intervalo completo del flujo.

Entonces para cada flujo. El flotador alcanza una altura determinada. El tubo cónico lleva grabada una escala lineal en unidades del flujo o indica el porcentaje del flujo máximo. Los rotámetros no necesitan tramos rectos de tubería antes y después del punto donde se instalan.

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

H cm x cm y cm Vt (m/s) Qt (m/s) Vr (m/s) Vol (mᶟ) t (seg) Qr (mᶟ/s) Cv Cd Cc

45 30 9 .0005 9.46

40 25 7.5 .0005 10.15

35 20 5.5 .0005 11.23

30 15 2.5 .0005 11.78

25 10 2 .0005 13.07

DATOS

Volumen = 500 mL = .0005 mᶟ

Diámetro orificio = 5mm = .0005 m Z = H

Velocidad teórica

V_t= √((2gZ_1 ) V_t1= √((2(9.8m/s^2 )(0.45m))=2.969 m/s

V_t2= √((2(9.8m/s^2 )(0.40m))=2.8 m/s V_t3= √((2(9.8m/s^2 )(0.35m))=2.6191 m/s

V_t4= √((2(9.8m/s^2 )(0.30m))=2.424 m/s V_t5= √((2(9.8m/s^2 )(0.25m))=2.213 m/s

Gasto teórico

Q_t=V_t ((πD^2)/4)

Q_t1=(2.969m/s)((π〖.005m〗^2)/4)=5.829x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Q_t2=(2.8m/s)((π〖.005m〗^2)/4)=5.496x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Q_t3=(2.619m/s)((π〖.005m〗^2)/4)=5.141x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Q_t4=(2.424m/s)((π〖.005m〗^2)/4)=4.758x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Q_t5=(2.213m/s)((π〖.005m〗^2)/4)=4.344x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Velocidad real

V_R=x√(2g/y)

V_R1=(.3m) √(2(9.8m/sᶟ)/((.09m)))=4.427 m/s V_R2=(.25m) √(2(9.8m/sᶟ)/((.075m)))=4.041 m/s

V_R3=(.2m) √(2(9.8m/sᶟ)/((.055m)))=3.775 m/s V_R4=(.15m) √(2(9.8m/sᶟ)/((.035m)))=3.549 m/s

V_R5=(.10m) √(2(9.8m/sᶟ)/((.02m)))=3.130 m/s

Gasto real

Q_R= Vol/t Q_R1= ((.0005 mᶟ))/((9.46 s))=5.285 x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Q_R2= ((.0005 mᶟ))/((10.15 s))=4.926x〖10〗^(-5) mᶟ/s Q_R3= ((.0005 mᶟ))/((11.23 s))=4.452 x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Q_R4= ((.0005 mᶟ))/((11.78 s))=4.244 x〖10〗^(-5) mᶟ/s Q_R5= ((.0005 mᶟ))/((13.07 s))=3.825 x〖10〗^(-5) mᶟ/s

Coeficiente de velocidad (Cv)

Cv=V_real/V_teórica Cv1=((4.427 m/s))/((2.969 m/s))=1.491

Cv2=((4.041 m/s ))/((2.8 m/s))=1.443 Cv3=((3.775 m/s ))/((2.6191 m/s))=1.441

Cv4=((3.549 m/s))/((2.424 m/s))=1.464 Cv5=((3.130 m/s ))/((2.213 m/s))=1.414

Coeficiente de descarga (Cd)

C_D=Q_R/Q_t C_D1=(5.285 x〖10〗^(-5) mᶟ/s)/(5.829x〖10〗^(-5) mᶟ/s)=0.906

C_D2=(4.926x〖10〗^(-5) mᶟ/s)/(5.496x〖10〗^(-5) mᶟ/s )= 0.896 C_D3=(4.452 x〖10〗^(-5) mᶟ/s)/(5.141x〖10〗^(-5) mᶟ/s)= 0.865

C_D4=(4.244 x〖10〗^(-5) mᶟ/s)/(4.758x〖10〗^(-5) mᶟ/s )=0.891 C_D5=(3.825 x〖10〗^(-5) mᶟ/s)/(4.344x〖10〗^(-5) mᶟ/s )= 0.880

Coeficiente de contracción (Cc)

C_c=C_D/C_v C_c1=.906/1.491=.608

C_c2=.896/1.443=.620 C_c3=.865/1.441=60.09

C_c4=(.891 )/1.464=.609 C_c5=.880/1.414=.622

CONCLUSION

En esta práctica aprendimos un poco más acerca del gasto teórico y real y la velocidad teórica y la real, de lo ya visto en clase, lo pusimos en práctica en esta actividad.

Como podemos notar varía un poco el gasto teórico del real así como de la velocidad, pero todo puede ser por el margen de error que tenemos al tomar algunas mediciones como el tiempo, que no es exactamente el real ya que pudimos equivocarnos por unos segundos al tomarlo.

Aprendimos también de algunos medidores de gasto como el Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente.

BIBLIOGRAFIA

http://es.slideshare.net/JosLuisUriarte/fluidos-y-calor

http://es.slideshare.net/estebajarpa/tubo-venturi

http://www.buenastareas.com/ensayos/Medidores-De-Gasto/1021046.html

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