CONTENIDOPg.RESUMEN41. OBJETIVOS51.1 OBJETIVO GENERAL51.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS52. MARCO TEORICO62.1 PLACA DE ORIFICIO72.2 TUBO VENTURI82.3 BOQUILLA82.4 ROTMETRO83. APARATOS104. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL115. DATOS Y OBSERVACIONES126. ANLISIS DE RESULTADOS137. GRFICOS18CONCLUSIONES 21RECOMENDACIONES22BIBLIOGRAFIA 23

LISTA DE FIGURASPg.Cuadro 1. Aparatos10Cuadro 2. Datos de calibracin de medidores de caudales12Cuadro 3. Caudal calculado (experimental)13Cuadro 4. Caudal rotmetro13Cuadro 5. Clculos para el tubo venturi17Cuadro 6. Clculos para la placa de orificio17Figura 1. Placa de orificio7Figura 2. Tubo venturi8Figura 3. Rotmetro 9Figura 4. Procedimiento11Figura 5. Q exp vs H (tubo venturi)17Figura 6. Q exp vs H (placa de orificio)17Figura 7. Q ideal vs Q exp18

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER ING. AMBIENTAL VI SEMESTRE 2014

RESUMENEl martes 11 de noviembre de 2014 se realiz la prctica nmero cuatro sobre calibracin de medidores de caudal, donde el asistente de laboratorio procedi a realizar revisiones de vlvulas, y conexiones de manmetros. Una vez se revis el equipo, se manipularon las vlvulas tanto del manmetro diferencial como la del tubo pitot y se inici el funcionamiento de la bomba que permiti tomar lecturas de 3 volmenes y tiempos teniendo en cuenta las condiciones de apertura de la vlvula (completamente abierta, , ).A travs de esta prctica no solo se reconoci aspectos de instrumentacin tales como el banco bsico para hidrodinmica, el panel de principio bsico de la medida de caudales, la funcin de la placa de orificio, el tubo venturi, la boquilla, y el rotmetro; sino que tambin se aplicaron conceptos de elevacin, presin, velocidad, temperatura que concluyeron con la calibracin de los medidores de caudal.

1. OBJETIVOS1.1 OBJETIVO GENERALDistinguir instrumentos de medicin de flujo como requisito para medir caudales en tubera. Conocer los dispositivos de medidores de flujo e implementacin de estos en la prctica1.2 OBJETIVOS ESPECFICOSDescribir los factores que se consideran en el sistema de medicin como son: placa de orificio, tubos venturi, boquilla, rotmetro.Conocer la importancia que tienen el proceso de calibracin de los medidores de caudales.Calibrar los siguientes medidores de flujo volumtrico: placa orificio, tobera y venturi, mediante el clculo de los coeficientes de descarga

2. MARCO TERICOEn Ingeniera Hidrulica es imprescindible la determinacin del caudal en un sistema de conduccin ya sea cerrado o abierto, para distintos propsitos, por ejemplo: diseo de una lnea de conduccin, distribucin de sistema de riego o generacin de energa elctrica. Por lo que es imprescindible el conocimiento de los distintos instrumentos que existen para medir flujo volumtrico, los cuales funcionan con los principios de la Mecnica de fluidos, como la ecuacin de continuidad o el principio de Bernoulli.Un medidor de flujo es un dispositivo que permite cuantificar la cantidad de masa o el volumen, que por unidad de tiempo, pasa a travs de determinada seccin transversal.Los medidores de flujo pueden clasificarse en dos tipos:a) Medidores de flujo volumtrico: cantidad de volumen de fluido por unidad de tiempo.b) Medidores de flujo msico: cantidad de masa que fluye por unidad de tiempo.Los sistemas de medicin de flujo se utilizan en el conteo, la evaluacin del funcionamiento, la investigacin y el control de procesos. La eleccin del tipo bsico de medidor de flujo y sus sistemas de indicacin depende de varios factores, algunos de los cuales son: el rango de medicin, la exactitud requerida, el sistema de presin, el tipo de fluido, el tamao fsico del medidor y el costo.Los medidores de flujo volumtrico determinan el valor del caudal ya sea directamente (desplazamiento) o indirectamente por deduccin (la indicacin puede ser una presin, un nivel de lquido, un contador mecnico, una seal elctrica o una serie de pulsos elctricos).Los medidores de flujo volumtrico de presin diferencial consisten en dispositivos colocados en una seccin de la lnea de corriente que disminuye el dimetro de la tubera, aumentando la velocidad del fluido permitiendo as medir la cada de presin producida por l. En la prctica se consideran factores de correccin que tienen en cuenta el reparto desigual de velocidades, la contraccin de la vena del fluido, las rugosidades de la tubera, etc.Entre los instrumentos de medicin basados en presin diferencial ms comunes se encuentran: la placa orificio, la boquilla, el rotmetro y el tubo venturi.La ecuacin que permite calcular el caudal que pasa a travs de estos instrumentos, bajo ciertas condiciones, es la siguiente:

donde:

QR: caudal real [m3/s]. QI: caudal ideal [m3/s]. Cd: coeficiente de descarga [adimensional]. A1: rea de la tubera [m2]. A2: rea de la garganta (tubo venturi), rea de contraccin (tobera) o rea del orificio (placa orificio) [m2]. p: cada de presin [Pa]. : densidad del fluido [kg/m3].

2.1 PLACA ORIFICOConsiste en un disco de metal perforado e instalado entre dos bridas de la lnea de corriente. El orificio de la placa puede ser concntrico, excntrico o segmental. Posee dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa.

Figura 1. Placa de orificioAl instalar una placa orificio se debe considerar que el perfil de velocidades del fluido sea lo ms homogneo posible y que el flujo no se vea afectado por restricciones, codos, conexiones, etc. El nmero de Reynolds debe ser mayor de 20000, lo que asegura que el flujo sea turbulento.

2.2 TUBO VENTURIConsiste en un cono de convergencia cuya entrada conduce a una seccin recta o garganta que se comunica con el cono de divergencia, con el objeto de minimizar las prdidas de carga. Las tomas de presin en el tubo venturi estn colocadas antes de la seccin convergente y en la seccin convergente y en la seccin recta. Este instrumento permite la medicin de caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las mismas condiciones de servicio con una prdida de carga de slo 10 a 20% de la presin diferencial. El costo del tubo venturi es elevado, del orden de 20 veces el de una placa orificio.

Figura 2. Tubo venturi2.3 BOQUILLALas boquillas consisten en pequeos tubos de longitud no muy mayor a su dimetro, que tienen forma cilndrica, cnica o conoidal, que prologan una abertura en las paredes de un depsito, por las cuales se deja escurrir la corriente lquida. Boquilla larga se denomina a aquella de forma cilndrica cuya longitud es suficientemente larga para el chorro lquido alcance adherir sus paredes y escurra a seccin llena en la salida.2.4 ROTAMETROEl rotmetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cnico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el rea anular entre l y la pared del tubo sea tal, que la cada de presin de este estrechamiento sea lo suficiente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio (para presiones bajas; y de metal para presiones altas) y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posicin del flotador indica el gasto o caudal.

Figura 3. Rotmetro

3. APARATOSAPARATOSIMGEN

Panel de principios bsicos de la medida de caudales.

Banco bsico para hidrodinmica

Cronometro

Cuadro 1. Aparatos

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Figura 4. Procedimiento18

5. DATOS Y OBSERVACIONES

TIEMPOVOL (L)CAUDAL VENTURI (mm)PLACA DE ORIFICIO (mm)

ROTAMETRO L/HH1H3H4H6h1h2

10.69260033030210264378323

13,17250031090219255340304

16,052400290147225250311265

21,032300270180230245288270

Cuadro 2. Datos de calibracin de medidores de caudal

6. ANLISIS DE RESULTADOSTeniendo en cuenta la anterior informacin se realizan los clculos correspondientes.Q == CAUDAL CALCULADO (L/s)Tiempo (s)Volumen (L)Caudal L/s

10.6920.1871

13,1720.1519

16,0520.1246

21,0320.0951

Cuadro 3. Caudal calculado (experimental)

CAUDAL IDEAL= CAUDAL DEL ROTAMETRO

El caudal del rotmetro equivale al caudal ideal en unidades de L/h. Es preciso convertirlo a unidades de L/s

Caudal Rotmetro L/hCaudal Rotmetro L/s

6000,1667

5000,1389

4000,1111

3000,0833

Cuadro 4. Caudal rotmetroTeniendo en cuenta la relacin de caudal real se realiza una serie de clculos necesarios.

Q=

Siendo;: ndice de caudal, sin dimensiones.: ndice de expansin, sin dimensiones (para lquidos =1).: Densidad del fluido antes del estrechamiento (para agua =1).: Seccin de abertura del estrangulador.

A continuacin se calcula la c C=

Con ayuda de las reas del tubo venturi mencionadas en la prctica de Bernoulli se calcula los dimetros involucrados en clculo de la relacin de dimetro y de abertura.

Hallo relacin de dimetro

Una vez hallada la relacin de dimetro es posible despejar la relacin de apertura:

Teniedo la relacin de apertura, se calcula el ndice de caudal:

Finalmente calcula el porcentaje de error

A continuacin se presentan los datos tabuladosTubo venturiPlaca de orificio

Q EXPERIMENTALQ IDEAL C P 1

P2 P 3 P 1 ERROR %

0.18710,16671,18681,23300-180-54-5515,74

0.15190,13891,09201,13230-129-46-368,43

0.12460,11111,11251,15143-78-25-4610,11

0.09510,08331,14161,1890-50-15-180,12

Cuadro 5. Clculos tabuladosTIEMPOVolumen (L)Caudal exp L/sCaudal Rotmetro L/hCaudal ideal Rotmetro L/s

10.6920.18716000,1667

13,1720.15195000,1389

16,0520.12464000,1111

21,0320.09513000,0833

Cuadro 6. Clculos para el rotmetro

7. GRFICOS

Figura 5. Q exp vs H (tubo venturi)

Figura 6. Q exp vs H- Placa de orificio

Figura 7. Q ideal vs Q exp

CONCLUSIONESA partir de la elaboracin de la prctica de calibracin de medidores de caudales es posible inferir que la calibracin de los medidores es un proceso necesario para la veracidad de los datos obtenidos en procesos cotidianos de la hidrodinmica, la hidrulica e incluso procesos unitarios. Para llevar a cabo dicha calibracin se requiere la ejecucin de clculos de caudales experimentales, ideales, coeficientes de caudales, involucrando una serie de ecuaciones enunciadas en la prctica.Teniendo en cuenta, el anlisis individual de los medidores de caudales se comprueba que existe una relacin entre los dimetros que tiene el tubo, ya que de estos depende los valores de presin deseada a la entrada y a la salida del tubo venturi. En la parte de estrechamiento ocurre por consiguiente un aumento en la velocidad del fluido satisfaciendo desde la conservacin de la carga expresada por el teorema de Bernoulli, una disminucin de la altura piezomtrica.No obstante, realizando una comparacin de la eficiencia de los medidores de caudal como las placas de orificio y toberas), el tubo venturi posee una ventaja al inducir una prdida de carga comparativamente ms pequea, debido a las transiciones graduales del rea de la seccin de paso. Una relacin de reas A2/A1 de valores pequeos, incide en el aumento de la precisin en el manmetro, pero a su vez incide en un aumento en las prdidas por friccin (Cd) y una presin demasiado baja en la garganta del tuvo venturi.El proceso de calibracin de medidores de caudal corresponde al conocimiento de la variacin de la altura del nivel del agua y el caudal. Sin embargo, el rea de la seccin y la velocidad del agua pueden variar con respecto a los cambios de altura en el nivel del agua, tal y como se ve con los datos obtenidos durante la prctica que permiten identificar la variacin del caudal en relacin con las alturas registradas y los tiempos.Siguiendo el procedimiento del mtodo de aforo de calibracin volumtrica, es posible efectuar una calibracin de medidores de caudal. Este mtodo segn lo observado, consiste en medir directamente el tiempo que tarda en llenar un recipiente de volumen conocido, de esta forma la corriente de fluido se desva hacia un canal que descarga en un recipiente adecuado y el tiempo que demora su llenado se mide por medio de un cronmetro.Finalmente, la confiabilidad de los datos demuestra que el rotmetro es un buen medidor para la calibracin de flujos en comparacin con los otros dispositivos, situacin que es posible gracias a su forma cnica, la presencia de un flotador que no oscila y queda en reposo para cierto valor de caudal.RECOMENDACIONESComo recomendacin es preciso darle importancia al mantenimiento del circuito y de los medidores de flujo, hacindose necesario la revisin peridica de las uniones para evitar posteriores fugas; para esto se debe vaciar el tanque de agua cuando no se utilice pues de esta forma se inhibe el proceso de corrosin en el interior de la bomba y el crecimiento de microorganismos dentro de la tubera de acrlico y de los piezmetros.En futuras prcticas, donde se deba manipular medidores de caudal vale la pena enfatizar que si se va utilizar ensanchamientos y codos para medir caudales en una tubera, se debe tener en cuenta que estos son de baja precisin, por lo que el caudal obtenido por el ensanchamiento o codo, solo debe usarse como referencia o si es posible implementar el uso de los tubos venturi que aunque son ms costosos, sus medidas se aproximan ms a los valores reales del caudal.

BIBLIOGRAFALOPEZ LOPEZ, Jos Ramn. Calibracin de instrumentos de medicin de flujo para conductos cerrados [en lnea]. Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala, 2011. 28 de Noviembre de 2014. http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_3300_C.pdf

MOTT, Robert L. Mecnica de fluidos aplicada. 4a ed. Mxico: Prentice Hall Hispanoamericana. 1999. 515 p

DE AZEVEDO, J. M.; Acosta A. Guillermo. Manual de hidrulica. ACOSTA A., Guillermo (trad.), 6 ed. Mxico: Harla, 1975. 578 p