Medidores De Flujo
Enviado por lisa22 • 24 de Agosto de 2014 • 1.245 Palabras (5 Páginas) • 275 Visitas
Trabajo Práctico
Medidores de flujo
Los medidores de flujo son instrumentos muy importantes en la industria en general, ya sea química, alimentos, farmacéutica, etc. Estos permiten la medición precisa de caudales de un fluido específico ya sea en estado líquido o gaseoso para cualquier proceso industrial.
El principio físico de funcionamiento para los medidores de flujo, se basa en la utilización del teorema de Bernoulli (1), este se fundamenta en los balances macroscópicos de energía mecánica presentes en cada punto del sistema en estudio.
Recordar que por energía mecánica se entiende que es la energía potencial, presión y cinética, por lo cual si se tiene en cuenta que para el siguiente sistema de estudio:
Donde A y B son los puntos iniciales y finales del movimiento del fluido.
Por lo anterior si se hace un balance de energía mecánica para un fluido que va de A a B y despreciando pérdidas o ganancias de energía se tiene:
(1)
Donde:
uA/2 = Carga cinética del fluido en el punto A.
uB/2 = Carga cinética del fluido en el punto B.
ZA = Posición del fluido en A con respecto a la horizontal.
ZB = Posición del fluido en B con respecto a la horizontal.
PA/2 = Energía de presión del fluido en A.
PB/2 = Energía de presión del fluido en B.
g = Aceleración de gravedad.
Si ahora en (1) no despreciamos la pérdida o ganancia de energía, tenemos la siguiente expresión:
(2)
Si dividimos por g la ecuación 2 tenemos:
(3)
La ecuación (3) muestra el teorema de Bernoulli para el balance macroscópico de un fluido entre la posición A y B, por lo cual se puede hacer la misma analogía para los medidores de flujo:
En este práctico se estudian los siguientes medidores de flujo:
a. Tubo de Venturi o venturímetro
b. Platos perforados o vena contracta
c. Rotámetro.
El tubo de Venturi corresponde a un tubo troncocónico el cual se hace pasar un fluido en un área variable primero en una contracción hasta llegar a velocidad 0 (flujo convergente), luego el área aumenta hasta llegar hasta la salida de este (flujo divergente).
Para efectos de cálculo, el modelo que representa o calcula el caudal del fluido pasando por el venturímetro fundamentándose en el teorema de Bernoulli es:
(4)
Donde:
CD = Coeficiente de descarga del venturímetro.
ΔH (H1-H3) = Pérdida de carga del venturímetro entre las zonas de estudio (m).
A1 = Área inicial (7,92x10-4 m2)
A2 = Área Final (1,77x10-4 m2)
Q = Caudal Calculado (m3/s).
g = Aceleración de gravedad (m/s2).
Para el venturímetro el CD oscila en torno a 0,98 lo que es un factor de corrección para el caudal calculado.
En el caso del medidor de discos perforados, este corresponde a unas placas perforadas, las cuales al pasar el fluido se somete a una contracción formando un pequeño caudal de líquido asemejando a lo que se llama una vena contracta.
La ecuación que modela el caudal calculado a través del paso de este medidor se fundamenta en el teorema de Bernoulli, dando una expresión análoga a la ecuación calculada para el medidor de Venturi:
(5)
Donde:
CD =Coeficiente de descarga del medidor de disco
ΔH (H6-H8) = pérdida de carga del medidor entre las zonas de estudio
A1 = Área inicial (7,92x10-4 m2)
A2 = Área Final (3,14x10-4 m2)
Q = Caudal Calculado (m3/s)
g = Aceleración de gravedad (m/s2).
Para el venturímetro el CD oscila en torno a 0,63 lo que es un factor de corrección para el caudal calculado.
En el caso del rotámetro, este corresponde a un medidor de una geometría troncocónica, es decir existe una variación en el área de medición lo cual implica una caída de presión constante
El desarrollo matemático que permite el cálculo del caudal de manera teórica se describe a continuación.
La lectura del rotámetro se fundamenta físicamente en el balance de fuerzas existente en la zona del flotador donde las fuerzas de arrastre y empuje se igualan al peso del flotador:
(6)
Donde:
Flotador = densidad del flotador
V = volumen del flotador
g = Aceleración de gravedad
u = Velocidad lineal del líquido
kd = coeficiente de arrastre del flotador
Considerando además que la velocidad lineal corresponde a la siguiente relación:
...