Práctica 2: Sistema de Circuito de fluidos (Primera Parte)

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN.

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA.

FACULTAD DE INGENIERÍA.

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAL.

CÁTEDRA: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I.

SECCIÓN: “A”

[pic 1]

Práctica 2: Sistema de Circuito de fluidos (Primera Parte)

INTEGRANTES:

Garcia, Ramses. C.I: 26.171.771

Leon, Bruno. C.I: 23.749.057

PROFESOR (A):

María Emilia Da Costa

Maracaibo, 14 de Febrero de 2018

Índice

       Pagina.

Resumen

        Un  sistema  de  circuito  de  fluidos abarca todas las  tuberías, bombas, tanques,  válvulas y  accesorios conectados entre sí. Se  calcularon  los caudales y las constantes a  partir  de  los diferenciales  de  altura  registrados  en  los manómetros de  tubo  en  U, que  permitieron construir la gráfica de la curva operacional para las placas orificios de 9/16” y 5/8” las cuales fueron 0.38192 y 0.522860 respectivamente. El fluido utilizado en el sistema fue agua. Se obtuvieron expresiones matemáticas lineales para las curvas de  operación de las placas de orificio y se determinaron los valores de las constantes K, observando que la placa de 5/8”  posee  un  valor  mayor  de  la  constante  K  que  la  de  9/16”, por  lo  que  podemos concluir  que  la  placa orificio de 5/8” es la de bordes redondeados y la de 9/16” es de bordes agudos. Además, se determinó que la velocidad critica aproximada del sistema es de 0,14386 m/s. Finalmente se graficaron los números de Reynolds en conjunto con las velocidades y los caudales encontrados para las lecturas del piezómetro en dos placas orificio para indicar los diferentes regímenes de flujo al comprar cada grafica con el diferencial de altura.

Objetivos de la práctica

Parte I: Mediciones de caudal con placas de orificio

1. Establecer la curva operacional para ambas placas de orificio al graficar los valores reales de Q vs ΔH encontradas en el experimento.
2. Determinar la constante K para cada una de las placas de orificio de bordes agudos y redondeados.
3. Definir la ecuación que linearice la expresión encontrada.

Parte II: Determinación experimental del número de Reynolds

1. Visualizar las características de los flujos laminar y turbulento.
2. Determinar la velocidad crítica aproximada del sistema.
3. Calcular los rangos de caudal para los fluidos laminar, transición y turbulento.
4. Graficar los números de Reynolds encontrados, indicando los rangos para los diferentes regímenes, según lo estipulado en el punto 12.

        Preparar un gráfico con las especificaciones siguientes:

• En la abcisa superior el Número de Reynolds.
• En la abcisa inferior se tendrán dos escalas, una con el caudal en m3/h y la otra con la velocidad del fluido en m/s.
• La ordenada tendrá las pérdidas de cabezal (ΔH)  en cm de agua. La escala tendrá como máximo 250 cm de agua.
• Indicar en la curva las zonas laminar, transición y turbulento.

Fundamentos Teóricos

Medidores de flujo volumétrico: Placas orificio

        La velocidad de flujo volumétrico  es una expresión del volumen de fluido transportado a través de una tubería en un período de tiempo específico. Es utilizado tanto en medida del diferencial de presión como en  medida  de  la  velocidad  de  la  corriente  del  fluido. Otro  método  común  es el  uso  de  un  medidor  de desplazamiento  positivo, el  cual  mide  volumen  directamente. La  velocidad  de  flujo  volumétrico  es la más usada  para  propósitos de  control  donde  la  confiabilidad  y  la  repetición  de  la  medición  son  más importantes que la precisión.

        Como se  mencionó anteriormente, las propiedades del  fluido, incluyendo  viscosidad, densidad  y velocidad, influyen en la medición de flujo volumétrico. Estos son factores importantes en la elección de un medidor de flujo.

        Los métodos más usuales para medir una cantidad de flujo volumétrico son: Por diferencia de presión a través de una restricción; medición de la velocidad; desplazamiento positivo y medición directa del flujo másico.

        El método del diferencial de presión consiste en la  medición  de la caída de la presión que existe entre aguas arriba y aguas abajo de una restricción a la cual es sometida la corriente del fluido. Una vez que es medida ésta caída de presión, el flujo másico puede ser calculado tomando en cuenta el diámetro de la tubería  y la forma  de la restricción. La placa orificio, el tubo de Venturi  y las toberas de flujo son los obturadores que se han desarrollado para realizar este método en conjunto con  manómetros, como el de tubo en U.

        Las placas orificio consisten en una placa delgada con un agujero concéntrico instalada entre dos bridasen una tubería, y dos tomas antes y después de la placa donde es conectado un manómetro (tubo en U, por ejemplo). La rápida de velocidad del flujo produce una caída  de presión aguas debajo del orificio y la corriente que fluye a través del orificio forma una vena contracta. [pic 2]

Figura 1: Flujo a través de una restricción en una tubería.

        Considerando flujo estacionario incompresible de un fluido en una tubería horizontal de diámetro  𝐷 que se restringe a un área de flujo de diámetro  𝑑, como se muestra en la figura 1. Las ecuaciones de equilibrio de masa y de Bernoulli entre una posición antes de la restricción (punto 1) y la posición donde ocurre la restricción (punto 2) se puede escribir como:

              Ecuación 1[pic 3]

                             Ecuación 2[pic 4]

Combinando ambas ecuaciones y despejando 𝑉2 se obtiene:

                                            Ecuación 3[pic 5]

        Donde  𝛽 = 𝑑𝐷 es la razón de diámetros. Una vez conocido  𝑉2 entonces es posible con la ecuación 1 calcular 𝑉1 y así conocer el flujo másico de la corriente.

La velocidad en la ecuación 3 se obtiene cuando se supone ausencia de las pérdidas, y por lo tanto es la velocidad  máxima  que  puede  ocurrir  en  el  sitio  de  restricción. En  realidad, son  inevitables algunas pérdidas de  presión  debidas a  efectos de  fricción, y  por  lo  tanto  la  velocidad  será  menor. Además, la corriente de fluido continuará contraída al pasar la obstrucción, y el área de vena contracta será menor que  el  área  de  flujo  de  la  obstrucción. Ambas pérdidas se  pueden  explicar  al  incorporar  un  factor  de corrección  llamado  coeficiente  de  descarga 𝐶  cuyo  valor  (que  es menor  que  1)  se  determina experimentalmente. Entonces la razón de flujo para el flujómetro de obstrucción se puede expresar como:

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