Tema 1. flujo en fase liquida

Universidad Nacional Experimental

“Francisco de Miranda”

í íPrograma de Ingeniería Química

Propiedades de los fluidosPropiedades de los fluidosPropiedades de los fluidosPropiedades de los fluidos

Prof. Ing. Mahuli González

Diámetro de tuberías




Flujo en fase liquidaFlujo en fase liquidaT bl fT bl f

Flujo en fase liquidaFlujo en fase liquidaT bl fT bl fTablas y gráficosTablas y gráficosTablas y gráficosTablas y gráficos


L t di i l ( ál l d i T t ) t ib

PERDIDAS MENORESPERDIDAS MENORESPERDIDAS MENORESPERDIDAS MENORES

Los componentes adicionales (válvulas, codos, conexiones en T, etc.) contribuyen a la pérdida global del sistema y se denominan pérdidas menores.

La mayor parte de la energía perdida por un sistema se asocia a la fricción enLa mayor parte de la energía perdida por un sistema se asocia a la fricción en la porciones rectas de la tubería y se denomina pérdidas mayores.

Por ejemplo la pérdida de carga o resistencia al flujo a través de una válvulaPor ejemplo, la pérdida de carga o resistencia al flujo a través de una válvula puede ser una porción importante de la resistencia en el sistema. Así, con la Válvula cerrada la resistencia al flujo es infinita; mientras que con la válvula completamente abierta la resistencia al flujo puede o no ser insignificante.p j p g

PERDIDAS MENORESPERDIDAS MENORESPERDIDAS MENORESPERDIDAS MENORES

Un método común para determinar las pérdidas de carga a través de un accesorio o fitting, es por medio del coeficiente de pérdida KL (conocido también como coeficiente de resistencia)coeficiente de resistencia)

2vKh2

LL ⋅=

Las pérdidas menores también se pueden

g2LL ⋅

expresar en términos de la longitud equivalente Le:

g2v

DLf

g2vKh

2e

2

LL ⋅⋅⋅=

⋅⋅=

gg

PERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE ENTRADAPERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE ENTRADAPERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE ENTRADAPERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE ENTRADA

Cuando un fluido pasa desde un estanque o depósito hacia una tubería, se generan pérdidas que dependen de la forma como se conecta la tubería al depósito (condiciones de entrada):

PERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE SALIDAPERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE SALIDAPERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE SALIDAPERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE SALIDA

Una pérdida de carga (la pérdida de salida) se produce cuando un fluido pasa desde una tubería hacia un depósito.




Mediciones de flujo Mediciones de flujo f l df l d

Mediciones de flujo Mediciones de flujo f l df l den fase liquidaen fase liquidaen fase liquidaen fase liquida


MEDIDORESMEDIDORES DEDE FLUJOFLUJOMEDIDORESMEDIDORES DEDE FLUJOFLUJO

EsEs unun dispositivodispositivo colocadocolocado enen unauna línealínea dede procesoproceso queque proporcionaproporciona unauna

lecturalectura dede lala cantidadcantidad dede fluidofluido queque atraviesaatraviesa lala misma,misma, unidadunidad dede tiempotiempo

EsEs unun dispositivodispositivo colocadocolocado enen unauna línealínea dede procesoproceso queque proporcionaproporciona unauna

lecturalectura dede lala cantidadcantidad dede fluidofluido queque atraviesaatraviesa lala misma,misma, unidadunidad dede tiempotiempo

Velocidad Velocidad Presión

Fricción del fluido en contacto con la tubería

Temperatura Factores

Densidad Viscosidad

MedidoresFLUJO VOLUMÉTRICOFLUJO VOLUMÉTRICO FLUJO MÁSICOFLUJO MÁSICO

Por PresiónPor PresiónDiferencialDiferencial

Medidor TérmicoMedidor Térmico

M did d C i liM did d C i li

DiferencialDiferencial

Por Área Por Área VariableVariable

Medidor de CoriolisMedidor de CoriolisDe DesplazamientoDe DesplazamientoPositivoPositivo

De VelocidadDe VelocidadDe VelocidadDe Velocidad

POR PRESIÓN DIFERENCIALPOR PRESIÓN DIFERENCIALPOR PRESIÓN DIFERENCIALPOR PRESIÓN DIFERENCIAL

MidenMiden elel flujoflujo dede unun fluidofluido indirectamente,indirectamente,creandocreando yy midiendomidiendo unauna presiónpresión diferencialdiferencialporpor mediomedio dede unauna obstrucciónobstrucción alal flujoflujo

Elemento SecundarioElemento Secundario

Placa OrificioPlaca Orificio

Elemento PrimarioElemento Primario

Placa OrificioPlaca Orificio

Tubo PitotTubo Pitot

VenturiVenturi

ToberaTobera

PORPOR ÁREAÁREA VARIABLEVARIABLEPORPOR ÁREAÁREA VARIABLEVARIABLE Varían el área para mantener una caída de presión relativamente constante

RotámetroRotámetro

Consta de un tubo cónico de vidrio, que se instala Consta de un tubo cónico de vidrio, que se instala verticalmente con el extremo mas ancho hacia arribaverticalmente con el extremo mas ancho hacia arriba

VENTAJAS DESVENTAJASLecturas Visibles directasLecturas Visibles directas

Muy sensible a los cambios de peso específico del fluidoEscala Lineal

Pérdida de presión constante pero pequeña

DEDE VELOCIDADVELOCIDADDEDE VELOCIDADVELOCIDADEs un medidor en el cual la señal del elemento Es un medidor en el cual la señal del elemento primario es proporcional a la velocidad del primario es proporcional a la velocidad del fluido utilizando la ecuaciónfluido utilizando la ecuación

Tipo TurbinaTipo TurbinaV AQ ⋅=

ElectromagnéticoElectromagnético

UltrasónicoUltrasónico

VortexVortex

DE DESPLAZAMIENTO POSITIVODE DESPLAZAMIENTO POSITIVODE DESPLAZAMIENTO POSITIVODE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Separan la corriente de flujo en segmentosvolumétricos individuales a través de un dispositivo mecánico

Disco Disco OscilanteOscilante

PistónPistónReciprocanteReciprocante

Tipo Tipo RotaciónRotación

MEDIDOR TÉRMICOMEDIDOR TÉRMICOMEDIDOR TÉRMICOMEDIDOR TÉRMICO

EnEn esteeste medidormedidor unauna cantidadcantidad conocidaconocida dede calor,calor, sese entregaentrega alal fluidofluido..

LaLa elevaciónelevación dede temperaturatemperatura eses registradaregistrada yy relacionadarelacionada concon elel flujoflujo másicomásico..

ElEl flujoflujo dede masamasa sese determinadetermina aa travéstravés dede laslas propiedadespropiedades térmicastérmicas deldel fluidofluido::

ConductividadConductividad

Calor EspecíficoCalor Específico

MEDIDOR DE CORIOLISMEDIDOR DE CORIOLISMEDIDOR DE CORIOLISMEDIDOR DE CORIOLIS

EnEn esteeste dispositivodispositivo elel flujoflujo aa travéstravés dede lala tuberíatubería eses desviadodesviado mediantemediante unun tubotuboenen UU.. EstosEstos tubostubos sese hacenhacen vibrar,vibrar, utilizandoutilizando unun excitadorexcitador electromagnéticoelectromagnético

MEDIDOR TÉRMICOMEDIDOR TÉRMICOMEDIDOR TÉRMICOMEDIDOR TÉRMICO

MEDIDOR DE CORIOLISMEDIDOR DE CORIOLISMEDIDOR DE CORIOLISMEDIDOR DE CORIOLIS

PLACA ORIFICIOPLACA ORIFICIOPLACA ORIFICIOPLACA ORIFICIO

EstaEsta constituidaconstituida porpor unauna placaplaca delgadadelgada perforada,perforada, lala cualcual sese instaladainstaladaEstaEsta constituidaconstituida porpor unauna placaplaca delgadadelgada perforada,perforada, lala cualcual sese instaladainstaladaentreentre bridasbridas enen lala tuberíatubería..

ElEl orificioorificio dede lala placaplaca puedepuede serser::pp pp

LaLa placaplaca puedepuede serser::LaLa placaplaca puedepuede serser::

BordesBordes CuadradosCuadrados

BordesBordes BiseladosBiselados

TOMAS DE PRESIÓNTOMAS DE PRESIÓNTOMAS DE PRESIÓNTOMAS DE PRESIÓN

• Tomas de Tubería:Los orificios estáticos se localizan a 2½ diámetros de tubería corriente arriba y a 8 diámetros de tubería corriente abajo con relación a la placa.

• Tomas de Brida:Los orificios estáticos se ubican a 25.4 mm (1 in.) corriente arriba y a 25.4 mm (1 in.)corriente abajo con relación a la placa.

• Tomas de Vena Contracta:El orifico estático se ubica a (1) diámetro de tubería corriente arriba y a una distancia de 0,3 a 0,8 diámetros de tubería dependiendo de β corriente abajo con relación a la, , p β jplaca.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOVENA CONTRACTAVENA CONTRACTAMáxima Reducción del diámetro Máxima Reducción del diámetro de la vena fluidade la vena fluida

∆P

Presión recuperada

VENTAJAS DESVENTAJASBajo Costo Genera alta caída de presión

Gran simplicidad y fácil aplicación Su exactitud no es muy elevadaFá il i t l ió l B j id dFácil instalación y reemplazo Baja capacidad

No requiere mantenimiento excesivoEl mínimo flujo esta limitado por

encima de 30% y el máximo flujo por encima de 95%

Puede variarse la relación entre el diámetro del estrechamiento y el de la tubería permitiendo acomodarse a nuevas

velocidades de flujo

No se mide directamente el caudal

TUBO VENTURITUBO VENTURI

Consiste en un conjunto Consiste en un conjunto de bridas y tuberíasde bridas y tuberías

Cono de Entrada ConvergenteCono de Entrada Convergenteque guía el fluido hacia el que guía el fluido hacia el

Cono de Cono de Salida Salida Divergente Divergente que guía el fluido hacia la que guía el fluido hacia la q gq g

estrechamiento centralestrechamiento centralq gq gcontinuación de la tuberíacontinuación de la tubería

La unión de ambos se denominaLa unión de ambos se denominaGARGANTA GARGANTA

Parte más contraída de la tuberíaParte más contraída de la tuberíaParte más contraída de la tuberíaParte más contraída de la tubería

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

VENTAJAS DESVENTAJASVENTAJAS DESVENTAJAS

Alta Exactitud Elevado Costo

Menor pérdida de presión permanente Ocupa considerable espacioMínimo mantenimiento Instalación complicadaMínimo mantenimiento Instalación complicada

Maneja entre 25% y 50% de flujo mayor que la placa orificio

Usado para altos números de Reynolds

Medición de grandes flujosEl mínimo flujo esta limitado por

encima de 30% y el máximo flujo porMedición de grandes flujos encima de 30% y el máximo flujo por encima de 95%

Se instala directamente en la tubería No son medidores directos de caudalÁrea de la garganta conocida -

PLACAPLACA ORIFICIOORIFICIO YY TUBOTUBO VENTURIVENTURI

PÉRDIDAS DE PRESIÓNPÉRDIDAS DE PRESIÓNESTÁTICAESTÁTICA

Caída Caída TemporalTemporal

Caída Caída PermanentePermanente

( )2tempperm -1P P β⋅Δ=Δ

COMPARACIÓN ENTRE LA PLACA ORIFICIO Y EL TUBO VENTURICOMPARACIÓN ENTRE LA PLACA ORIFICIO Y EL TUBO VENTURI

• Una placa orificio puede sustituirse fácilmente para ajustarse a diferentes ratas de flujo, el diámetro del Venturi es fijo entonces el rango de medición está limitado por la caída de presión causada por el Venturi.

• La placa orificio genera una gran pérdida permanente de presión debido a la presencia de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la formación de

li l l d t l é did t d ióremolinos lo cual reduce enormemente la pérdida permanente de presión.

• El orificio es económico y fácil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser cuidadosamente diseñado Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente mientrascuidadosamente diseñado. Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente mientras que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.

TUBO PITOTTUBO PITOT

Es un tubo hueco que se posicionaEs un tubo hueco que se posicionade modo que el extremo abierto apuntade modo que el extremo abierto apuntade modo que el extremo abierto apunta de modo que el extremo abierto apunta directamente a la corriente de flujodirectamente a la corriente de flujo

El fluido en ó justo dentro de la puntaEl fluido en ó justo dentro de la puntaEl fluido en ó justo dentro de la puntaEl fluido en ó justo dentro de la puntaesta estacionario o estancado, y esto seesta estacionario o estancado, y esto seconoce como conoce como PUNTO DE ESTANCAMIENTOPUNTO DE ESTANCAMIENTO

VENTAJAS DESVENTAJASBajo Costo No da directamente la velocidad media

Genera Baja Caída de Presión Aplicabilidad limitadaGenera Baja Caída de Presión Aplicabilidad limitadaBueno para medir velocidades puntuales Propenso a obstrucciones

LaLa selecciónselección dependedepende::

CaracterísticasCaracterísticas deldel fluidofluido queque sese vava medirmedir::

Si es líquido o gas.Si es líquido o gas.Si es limpio o no.Si es limpio o no.Densidad y viscosidad del fluido.Densidad y viscosidad del fluido.Propiedades erosivas y corrosivas.Propiedades erosivas y corrosivas.Velocidad del fluido.Velocidad del fluido.

CondicionesCondiciones deldel procesoproceso::

Pérdidas debido a la fricción.Pérdidas debido a la fricción.Mediciones de presión y temperaturaMediciones de presión y temperaturaMediciones de presión y temperatura.Mediciones de presión y temperatura.Caídas de Presión.Caídas de Presión.

RelaciónRelación Costo/MantenimientoCosto/Mantenimiento


•Flujo estacionario.

•Flujo incompresible

SuposicionesSuposiciones::

•Flujo incompresible.

•Flujo a lo largo de una línea de corriente.

•Ausencia de rozamiento.

•Velocidad uniforme en las secciones 1 y 2Velocidad uniforme en las secciones 1 y 2

•Ausencia de curvatura en la línea de corriente de modo que la presión sea uniforme en ellas.

•Z1 aproximadamente igual a Z2.

•No hay transferencia de calor ni trabajo de eje.y j j


1 2

ρβν P 2

11

42Δ

⋅=ρβ-1 4

LaLa fórmulafórmula sese corrigecorrige concon unun coeficientecoeficiente adicionaladicional CdCd<<11,, llamadollamado COEFICIENTECOEFICIENTE DEDE DESCARGADESCARGA

ρβν P 2

-1Cd

42Δ

⋅=

ElEl efectoefecto dede lala velocidadvelocidad dede aproximaciónaproximación sese tienetiene enen cuentacuenta enen elel términotérmino 1ElEl efectoefecto dede lala velocidadvelocidad dede aproximaciónaproximación sese tienetiene enen cuentacuenta enen elel términotérmino4-1 β

4-1CdCβ

= CoeficienteCoeficiente dede flujoflujo-1 β

ElEl flujoflujo sese puedepuede calcularcalcular:: P 2CAQ Δ⋅⋅=ElEl flujoflujo sese puedepuede calcularcalcular::

ρCAQ 0 ⋅⋅=

ElEl coeficientecoeficiente dede flujoflujo pudepude determinarsedeterminarse mediantemediante gráficasgráficas

TUBOTUBO PITOTPITOT

( )PP2 Se le adiciona un valor (cp) Se le adiciona un valor (cp) ( )ρ

ν 121

PP2 −=

( p)( p)COEFICIENTE ADIMENSIONAL COEFICIENTE ADIMENSIONAL este varía entre 0,98 este varía entre 0,98 –– 11

ConsiderandoConsiderando queque lala velocidadvelocidad queque sese midemide eses puntual,puntual, parapara obtenerobtener lala velocidadvelocidad mediamediapuedepuede calcularsecalcularse::

Mediante Gráficas.Mediante Gráficas.Medidas en un cierto número de localizaciones (Integración Gráfica).Medidas en un cierto número de localizaciones (Integración Gráfica).

promedioVA Q ⋅= promedio

ElEl caudalcaudal eses calculadocalculado porpor lala siguientesiguiente ecuaciónecuación::

Donde:

ρP 2 AC Q 0

Δ⋅⋅=

C = Coeficiente de FlujoA0 = Área del Orificio o GargantaΔP= Caída de Presión Temporalρ = Densidadρ


PÉRDIDAS DE PRESIÓNPÉRDIDAS DE PRESIÓNCaídaCaída CaídaCaídaPÉRDIDAS DE PRESIÓNPÉRDIDAS DE PRESIÓNESTÁTICAESTÁTICA

Caída Caída TemporalTemporal

Caída Caída PermanentePermanente

( )21PP βΔΔ ( )tempperm -1PP β⋅Δ=Δ

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