MEDIDORES DE FLUJO

I. INTRODUCCIÓN

En ingeniería hidráulica, en ocasiones es necesario medir el caudal circulante por una corriente, bien sea natural o una conducción artificial. Existen cuatro razones primordiales para utilizar sistemas de medición de flujo como son el conteo, la evaluación del funcionamiento, la investigación y el control de procesos Siempre que se esté transfiriendo la custodia de un fluido, existe la necesidad de realizar un conteo de las cantidades involucradas.En la medición del caudal en canales abiertos, se utilizan vertederos de formas variadas que consisten en una obturación en el canal, en el cual el líquido se acumula para después pasar a través de él, por una abertura de forma geométrica determinada y midiendo la altura de la superficie del líquido se puede obtener el caudal.Basándose en esto los objetivos perseguidos en esta práctica son determinar experimentalmente como la diferencia de alturas influye directamente con el flujo másico de los líquidos en especial los líquidos compresibles, así como comprender el funcionamiento de los vertederos y su utilidad como medidor de flujo.

II. OBJETIVOS:

1. Establecer experimentalmente la ecuación de flujo másico para

vertederos rectangulares.

III. MATERIAL Y MÉTODO

1. MATERIAL DE ESTUDIO Rotámetro.

Los rotámetros o flujómetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente, a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece prácticamente constante.

Figura 1. Rotámetro Fluido (Agua)

El agua es un fluido poco compresible, debido a que sus moléculas se encuentran relativamente cerca, es el más recomendable para trabajar en el laboratorio gracias a su bajo costo y que sus propiedades son muy conocidas.En cuanto a viscosidad, la fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido, su viscosidad dinámica es A 26 °C; 0,000871 kg / (m·s) A la misma temperatura presenta una densidad de 996,86 kg / m3.

Los instrumentos y los recursos auxiliares utilizados fueron:

-Regla pequeña

2. DESCRIPCION DEL MODULO

Un vertedero es una placa cortada de forma regular a través de la cual fluye el agua. Son utilizados, intensiva y satisfactoriamente, en la medición del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres, así como en el control del flujo en galerías y canales, razón por la cual su estudio es de gran importancia.Los vertederos son diques o paredes que se oponen al flujo y que poseen una escotadura con una forma geométrica regular por la cual pasa el flujo. En general hay dos tipos de vertederos, los de pared delgada y gruesa. Los vertederos de pared delgada se usan básicamente para determinar el caudal en cualquier momento en una corriente pequeña. Los vertederos de pared gruesa se usan principalmente para control de excendencias, y su evacuación puede ser libre o controlada. Los vertederos que ahora interesan son los de pared delgada y dentro de estos los más utilizados son: rectangular, triangular y trapezoidal, en este caso se tratará el rectangularPara modelar los vertederos se deben tener en consideración los siguientes aspectos:

Flujo uniforme antes del vertedero, esto supone la superficie del fluido paralela al fondo del canal.

La pared del vertedero ha de ser perpendicular a la dirección de la corriente

Se cumple la ley de presiones hidrostáticas. Los efectos de la viscosidad y la tensión superficial se consideran despreciables. El correcto funcionamiento de un vertedero de pared delgada debe garantizar

que la lámina de agua vertida esté siempre a presión atmosférica.

Para el presente experimento se usara un vertedero rectangular con contracción lateral, que está diseñado de una manera que permite que estas placas de vertederos sean intercambiables, variando así la altura(b):-b1=3/8 pulg.-b2= 3/4 pulg.-b3= 1/2 pulg.-b4=1/4 pulg.El equipo contiene además un vertedero rectangular fijo que trabaja en otras condiciones de flujo. Para la presente práctica no es usado.

3. MÉTODO DE CÁLCULO

En el procedimiento experimental se obtuvo los siguientes

datos: la lectura del Rotámetro (LR), las diferentes alturas que

alcanzaba la caída del agua para cada lectura del Rotámetro así

como para cada placa b1=5/8”, b2=1/2” , b3=3/4” , b4=1/4” , el

tiempo estándar (5s), luego a estos datos se le cambiaron a sus

unidades equivalentes: pulgadas en metros.

Luego encontramos el caudal Q para cada placa:

Para hallar la ecuación del caudal partimos de la ecuación

general de la energía

V1= ..........(1)

Sabemos que: Q=v.A

dA=b.dh

dQ=v.b.dh ......(2)

Reemplazamos (1) em (2) y luego integramos:

.................(3)

Posteriormente calculamos los valores del flujo másico ( ) para las lecturas del

Rotámetro

..............(4)

De (3) y(4) obtenemos:

esta

Luego con los datos de la Tabla 1 y Tabla 3 se procede a

calcular los parámetros K y α de la ecuación de flujo másico.

Obtenidos los valores de α, se procedió a hallar el valor de αm

mediante la fórmula : αm = (α1 + α2 + α3 +α4) / 4.

Luego se procedió a hallar la ecuación generalizada de flujo

másico : = (cb+a) hαm con los valores de k y de b por el

método de mínimos cuadrados.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Primero se procedió a colocar el vertedero de placa

planarectangular de b1=5/8”.

Luego se coloco el Rotámetro en 30 para la primera lectura,

esperamos unos minutos para que se equilibre, y se procedió a

medir la altura h que alcanzaba la caída del agua.

Este mismo procedimiento se repetía para las demás lecturas

del Rotámetro (60,90,120,150).

Se apaga la bomba y se procedió a cambiar el vertedero de

placa plana rectangular por una de b2 =3/4” y se procedió a

medir las alturas que alcanzaba para cada lectura del

Rotámetro(30,60,90,120,150)

Se repetirá los pasos anteriores para placas de b3 =1/2” y

b4=3/4”, luego se procedió a medir las diferentes alturas que

alcanzaba el agua.

IV. RESULTADOS

TABLA N° 01: DATOS DE TABLA EXPERIMENTAL

Fuente: Equipo de experimentación

TABLA N° 02: CALCULO DEL CAUDAL

Fuente: Tabla 1 ¿

TABLA N° 03: CALCULO DEL FLUJO MASICO

Fuente:Tabla 2

Estableciendo Las Ecuaciones De Flujo Másico Para Vertederos Rectangulares

TABLA 4: Datos calculados de la placa b1=5/8”

Fuente:Tablas 1 y 3

log k1= 1.66984 k1 46.756431= 1.5

Log (m1) = 1.66984 + 1.5 log (h1)

TABLA 5: Datos calculados de la placa b2=3/4”

Fuente:Tablas 1 y 3

log k2= 1.57293 k2= 37.40514

1.5

Log (m2) = 1.57293 + 1.5 log (h2)

TABLA 6: Datos calculados de la placa b3=1/2”

Fuente:Tablas 1 y 3

log k3=1.74902 k3= 56.10772

1.5

Log (m3) = 1.74902 + 1.5 log (h3)

TABLA 7: Datos calculados de la placa b4=1/4”

Fuente:Tablas 1 y 3

log k4= 1.27190 k4= 18.70257 1.5

Log (m4) = 1.27190 + 1.5 log (h4)

GRAFICA 1:

Cálculo Del Valor Promedio De Los Valores Del Exponente

αm= (α1+ α2+ α3+ α4)/4

αm=(1.5+1.5+1.5+1.5)/4

αm=1.5

TABLA 8: Hallando la ecuación del flujo masico

Fuente:Tabla 4,5,6 y 7

a=0 b=2945.2869

K= 2.945x10-3 b + 0m

m= k h αm

m = ( cb + a ) h αm

m = (2.945x10-3 b + 0) h 1.5

I. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

II. CONCLUSIONES

- dependerá de la geometría del vertedero si este transporta grandes o moderados volúmenes de agua.

-LA ecuacion del flujo masico es: m = (2.945x10-3 b + 0) h 1.5

-De la grafica 1 se observa qe ninguna recta se cruza, esto se debe a que a es el mismo para todas las placas generando que todas las rectas sean paralelas

III. RECOMENDACIONESPara llevar a cabo la práctica de laboratorio con precisión y poder obtener datos experimentales aceptables se recomienda lo siguiente:

Tener claro los procedimientos que se van a llevar a cabo durante la práctica, con el fin de no cometer erros.

Verificar que en el canal no existan fugas o pérdidas, pues esto conlleva a errores en los datos.

-Tener mucho cuidado al momento de tomar los datos experimentales para que puedan ser los más exactos posibles, en este caso en la lectura del rotámetro y en la altura de la salida del flujo

- Se recomienda fijar bien el vertedero para evitar las filtraciones del fluido, para evitar perdida del flujo.

-Estar atento al recorrido del flujo, para que ningún agente externo interrumpa su recorrido y afecte al resultado

IV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Alberto García Prats. Hidráulica: prácticas de laboratorio Editorial Valencia. Pág:

167,168

Antonio Creus Solé, Instrumentación Industrial 8ava edición. Editorial

Marcombo; pág. 153-155

Vertederos rectangulares de pared Delgada /

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/vert_rect/index.html /

08/02/2015