7/26/2019 Sistemas de Medicion y Distribucion de Flujo

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INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICOSANTIAGO MARIOAmpliacin MaracaiboMateria: Mecnica de Fluidos

SISTEMA DE MEDICION DISTRI!UCION DE "LU#O

Autores

GOMEZ, Robin

PALMAR, Victor

ROMERO, Abraham

SLVA, ELAS

Maracaibo, Enero de !"#$%

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V$loci%a% Cr&'ica

Es a&uella 'elocidad (or deba)o de la cual toda turbulencia es amorti*uada (or la acci+n de la

'iscosidad del luido"

Es un l-mite su(erior (ara el r.*imen laminar

Viene i)ado (or un 'alor del n/mero de Re0nolds alrededor de !$##

N(m$ro %$ R$)nol%*Re0nolds 1$2345 estudi+ las caracter-sticas de lu)o de los luidos in0ectando un tra6ador dentro de

un l-&uido &ue lu-a (or una tuber-a" A 'elocidades ba)as del l-&uido, el tra6ador se mue'e linealmente

en la direcci+n a7ial" Sin embar*o a ma0ores 'elocidades, las l-neas del lu)o del luido se

desor*ani6an 0 el tra6ador se dis(ersa r(idamente des(u.s de su in0ecci+n en el l-&uido" El lu)o

lineal se denomina Laminar 0 el lu)o errtico obtenido a ma0ores 'elocidades del l-&uido se

denomina 8urbulento

Las caracter-sticas &ue condicionan el lu)o laminar de(enden de las (ro(iedades del l-&uido 0 de las

dimensiones del lu)o" 9onorme aumenta el lu)o msico aumenta las uer6as del momento o inercia,

las cuales son contrarrestadas (or la (or la ricci+n o uer6as 'iscosas dentro del l-&uido &ue lu0e"

9uando estas uer6as o(uestas alcan6an un cierto e&uilibrio se (roducen cambios en las

caracter-sticas del lu)o" En base a los e7(erimentos reali6ados (or Re0nolds en $234 se conclu0+

&ue las uer6as del momento son unci+n de la densidad, del dimetro de la tuber-a 0 de la 'elocidad

media" Adems, la ricci+n o uer6a 'iscosa de(ende de la 'iscosidad del l-&uido" Se*/n dicho

anlisis, el /mero de Re0nolds se deini+ como la relaci+n e7istente entre las uer6as inerciales 0

las uer6as 'iscosas 1o de ro6amiento5"

Este n/mero es adimensional 0 (uede utili6arse (ara deinir las caracter-sticas del lu)o dentro de una

tuber-a"

El n/mero de Re0nolds (ro(orciona una indicaci+n de la (.rdida de ener*-a causada (or eectos

'iscosos" Obser'ando la ecuaci+n anterior, cuando las uer6as 'iscosas tienen un eecto dominanteen la (.rdida de ener*-a, el n/mero de Re0nolds es (e&ue;o 0 el lu)o se encuentra en el r.*imen

laminar" Si el /mero de Re0nolds es !$## o menor el lu)o ser laminar"

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9uando se com(ara un lu)o turbulento con uno &ue no lo es, en i*ualdad de condiciones, se (uede

encontrar &ue en la turbulencia se desarrollan ma0ores esuer6os cortantes en los luidos, al i*ual

&ue las (.rdidas de ener*-a mecnica, &ue a su 'e6 'ar-an con la (rimera (otencia de la 'elocidad"

La ecuaci+n (ara el lu)o turbulento se (uede escribir de una orma anlo*a a la le0 de e=ton de la

'iscosidad:

> 'iscosidad a(arente, es actor &ue de(ende del mo'imiento del luido 0 de su densidad"

En situaciones reales, tanto la 'iscosidad como la turbulencia contribu0en al esuer6o cortante:

En donde se necesita recurrir a la e7(erimentaci+n (ara determinar este ti(o de escurrimiento"

Factores &ue hacen &ue un lu)o se torne turbulento:

La alta ru*osidad su(ericial de la su(ericie de contacto con el lu)o, sobre todo cerca del

borde de ata&ue 0 a altas 'elocidades, irrum(e en la 6ona laminar de lu)o 0 lo 'uel'e

turbulento"

Alta turbulencia en el lu)o de entrada" En (articular (ara (ruebas en t/neles de 'iento, hace

&ue los resultados nunca sean i*uales entre dos t/neles dierentes"

Gradientes de (resi+n ad'ersos como los &ue se *eneran en cuer(os *ruesos, (enetran (or

atrs el lu)o 0 a medida &ue se des(la6an hacia delante lo ?arrancan?"

9alentamiento de la su(ericie (or el luido, asociado 0 deri'ado del conce(to de entro(-a, si la

su(ericie de contacto est mu0 caliente, transmitir esa ener*-a al luido 0 si esta

transerencia es lo suicientemente *rande se (asar a lu)o turbulento"

"l(+o laminar,Se caracteri6a (or&ue el mo'imiento de las (art-culas del luido se (roduce si*uiendotra0ectorias bastante re*ulares, se(aradas 0 (erectamente deinidas dando la im(resi+n de &ue se

tratara de lminas o ca(as ms o menos (aralelas entre s-, las cuales se desli6an sua'emente unas

sobre otras, sin &ue e7ista me6cla macrosc+(ica o intercambio trans'ersal entre ellas"

La le0 de e=ton de la 'iscosidad es la &ue ri*e el lu)o laminar:

Esta le0 establece la relaci+n e7istente entre el esuer6o cortante 0 la ra(ide6 de deormaci+n

an*ular" La acci+n de la 'iscosidad (uede amorti*uar cual&uier tendencia turbulenta &ue (ueda

ocurrir en el lu)o laminar"

En situaciones &ue in'olucren combinaciones de ba)a 'iscosidad, alta 'elocidad o *randes caudales,

el lu)o laminar no es estable, lo &ue hace &ue se transorme en lu)o turbulento"

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P-r%i%a %$ car.a

La (.rdida de car*a en una tuber-a o canal es la (.rdida de (resi+n &ue se (roduce en un luido

debido a la ricci+n de las (art-culas del luido entre s- 0 contra las (aredes de la tuber-a &ue las

conduce" Las (.rdidas (ueden ser continuas, a lo lar*o de conductos re*ulares, o accidentales o

locali6adas, debido a circunstancias (articulares, como un estrechamiento, un cambio de direcci+n,la (resencia de una 'l'ula, etc"

"ac'or %$ /riccin %$ Darc)

El actor de ricci+n o coeiciente de resistencia de @arc0Beisbach 15 es un (armetro adimensional

&ue se utili6a en dinmica de luidos (ara calcular la (.rdida de car*a en una tuber-a debido a la

ricci+n"

El clculo del actor de ricci+n 0 la inluencia de dos (armetros 1n/mero de Re0nods Re 0

ru*osidad relati'a Cr5 de(ende del r.*imen de lu)o"

a5 Para r.*imen laminar 1Re D !###5

En r.*imen laminar, el actor de ricci+n es inde(endiente de la ru*osidad relati'a 0 de(ende

/nicamente del n/mero de Re0nolds

b5 Para r.*imen turbulento 1Re ###5 el actor de ricci+n se calcula en unci+n del ti(o de r.*imen"

b$5 Para r.*imen turbulento liso, se utili6a la $ Ecuaci+n de Harmann Prandtl"

En r.*imen turbulento liso, el actor de ricci+n es inde(endiente de la ru*osidad relati'a 0

de(ende /nicamente del n/mero de Re0nolds

b!5 Para r.*imen turbulento intermedio se utili6a la Ecuaci+n de 9olebrooI sim(liicada" En

r.*imen turbulento intermedio, el actor de ricci+n de(ende de la ru*osidad relati'a 0 deln/mero de Re0nolds

b5 Para r.*imen turbulento ru*oso se utili6a la ! Ecuaci+n de HarmannPrandtl"

En r.*imen turbulento ru*oso, el actor de ricci+n de(ende solamente de la ru*osidad

relati'a"

Otra ecuaci+n &ue se (uede em(lear en r.*imen turbulento ru*oso, es la de S=amee 0 Jain"

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Alternati'amente a lo anterior, el coeiciente de ricci+n (uede determinarse de orma *rica

mediante el @ia*rama de Mood0" Kien entrando con el n/mero de Re0nolds 1r.*imen laminar5

o bien con el n/mero de Re0nolds 0 la ru*osidad relati'a 1r.*imen turbulento5

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8ubo de Annuba

Area VariableRotmetro9ilindro 0 Pist+n

Velocidad8urbina

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Para n/meros de Re0nolds *randes, 9 estas (or arriba de #""

Para n/meros de Re0nolds (e&ue;os la e7(ansi+n s/bita uera de la *ar*anta de la bo&uilla

ocasiona (.rdidas *randes de ener*-a 0 un 'alor (e&ue;o de 9"

Siendo

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Ori/icio

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T(bo %$ Pi'o'

n'entado (or el in*eniero ranc.s, enri Pitot en $3!, sir'e (ara calcular la (resi+n total, tambi.n

llamada (resi+n de estancamiento, (resi+n remanente o (resi+n de remanso 1suma de la (resi+n

esttica 0 de la (resi+n dinmica5"

Or&.$n$*

El tubo de Pitot, in'entado (or el in*eniero 0 -sico ranc.s enri Pitot en el a;o $3!"

enri Pitot ue el (rimero en medir la ra(ide6 del a*ua en el r-o Sena utili6ando el tubo (itot, a(arato

de su in'enci+n &ue ms adelante se ada(t+ a los a'iones (ara medir su ra(ide6 en al aire"

Carac'$r&*'ica*

El tubo (itot es un medidor de lu)o" Son instrumentos sencillos, econ+micos 0 dis(onibles en un

am(lio mar*en de tama;os"

Es uno de los medidores ms e7actos (ara medir la 'elocidad de un luido dentro de una tuber-a"

Su instalaci+n sim(lemente consiste en un sim(le (roceso de (onerlo en un (e&ue;o a*u)ero

taladrado en la tuber-a"

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El tubo Pitot tiene secci+n circular 0 *eneralmente doblado en L" 9onsiste en un tubo de (e&ue;o

dimetro con una abertura delantera, &ue se dis(one contra una corriente o lu)o de orma &ue su e)e

central se encuentre en (aralelo con res(ecto a la direcci+n de la corriente (ara &ue la corriente

cho&ue de orma rontal en el oriicio del tubo"

E1pr$*in %$ Pilo'

En el (unto 1$5 del es&uema, embocadura del tubo, se orma un (unto de estancamiento, la

'elocidad all- 1'$5 es nula, 0 la (resi+n se*/n la ecuaci+n de Kernoulli aumenta hasta: P$N( > PtN( >

PoN( Vo!N! (or lo tanto: Pt > Po (" $N!Vo! Siendo: '# 0 (# > (resi+n 0 'elocidad de la corriente

im(erturbada" (t > (resi+n total o de estancamiento" A(licando la misma ecuaci+n entre las

secciones 1$5 0 1!5, considerando &ue

'$ > '! > #, se tiene:

0$ P$N(* > 0! P!N(*

Siendo: 0! 0$ > L 1lectura en el tubo (ie6om.trico5

lue*o &ueda la llamada e7(resi+n de Pitot" Pt > ("*"L

Aplicacin $n Manm$'ro* %$ '(bo %$ Pi'o'

Los man+metros de tubo de Pitot es un instrumento elemental (ara la medici+n de 'elocidades de

lu)o de *ases o de aire en canales" Los man+metros de tubo de Pitot son una deri'aci+n de los

clsicos tubos Prandtl, una combinaci+n de tubo de Pitot (ara medir la (resi+n total 0 una sonda de

medici+n de la (resi+n esttica" Estrechamente relacionados con los man+metros sur*en los

anem+metros (ara medir 'elocidades de lu)o" La 'enta)a de los man+metros de tubo de Pitot rente

a otros m.todos de medici+n consiste en el hecho de &ue un oriicio relati'amente (e&ue;o sobre la(ared del canal en las 6onas ms im(ortantes del recorrido es suiciente (ara reali6ar en cual&uier

momento una medici+n r(ida de la 'elocidad de lu)o" Adems, (odr utili6arlos a altas

tem(eraturas 0 a 'elocidades de lu)o mu0 ele'adas 1hasta $!# mNs de(endiendo del modelo5"

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ser recalibrados (ara *aranti6ar una (recisi+n continua, adems (ueden ir acom(a;ados de

certiicados de calibraci+n SO Los datos reco*idos (or estos man+metros (ueden ser transmitidos a

P9, mediante un cable de RS!!, de manera r(ida 0 sencilla" Estos man+metros lle'an certiicado

de calibraci+n de brica, (ero tambi.n se (uede solicitar la calibraci+n @ SO 1calibraci+n de

laboratorio, incluido certiicado de re'isi+n5"