tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida
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Universidad Nacional Experimental
“Francisco de Miranda”
Programa de Ingeniería Química
Propiedades de los fluidos
Prof. Ing. Mahuli González
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Diámetro de tuberías
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Universidad Nacional Experimental
“Francisco de Miranda”
Programa de Ingeniería Química
Flujo en fase liquidaTablas y gráficos
Prof. Ing. Mahuli González
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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 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 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.
PERDIDAS MENORES
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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)
Las pérdidas menores también se pueden
expresar en términos de la longitud
equivalente Le:
g2
vKh
2
LL
g2
v
D
Lf
g2
vKh
2e
2
LL
PERDIDAS MENORES
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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 ENTRADA
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Una pérdida de carga (la pérdida de salida) se produce cuando un fluido pasa
desde una tubería hacia un depósito.
PERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE SALIDA
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Universidad Nacional Experimental
“Francisco de Miranda”
Programa de Ingeniería Química
Mediciones de flujo en fase liquida
Prof. Ing. Mahuli González
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MEDIDORES DE FLUJO
Es un dispositivo colocado en una línea de proceso que proporciona una
lectura de la cantidad de fluido que atraviesa la misma, unidad de tiempo
Velocidad
Densidad Viscosidad
Fricción del fluido en
contacto con la tuberíaTemperatura
Presión
Factores
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MedidoresFLUJO VOLUMÉTRICO FLUJO MÁSICO
Medidor Térmico
Medidor de Coriolis
Por Presión
Diferencial
Por Área
Variable
De Desplazamiento
Positivo
De Velocidad
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Miden el flujo de un fluido indirectamente,
creando y midiendo una presión diferencial
por medio de una obstrucción al flujo
POR PRESIÓN DIFERENCIAL
Placa Orificio
Tubo Pitot
Venturi
Tobera
Elemento Primario
Elemento Secundario
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POR ÁREA VARIABLE Varían el área para mantener una caída
de presión relativamente constante
Rotámetro
Consta de un tubo cónico de vidrio, que se instala
verticalmente con el extremo mas ancho hacia arriba
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Lecturas Visibles directas
Muy sensible a los cambios de peso
específico del fluidoEscala Lineal
Pérdida de presión constante pero pequeña
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DE VELOCIDADEs un medidor en el cual la señal del elemento
primario es proporcional a la velocidad del
fluido utilizando la ecuación
Tipo Turbina
Electromagnético
Ultrasónico
Vortex
V AQ
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DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Separan la corriente de flujo en segmentos
volumétricos individuales a través de un
dispositivo mecánico
Disco
Oscilante
Pistón
Reciprocante
Tipo
Rotación
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MEDIDOR TÉRMICO
En este medidor una cantidad conocida de calor, se entrega al fluido.
El flujo de masa se determina a través de las propiedades térmicas del fluido:
Conductividad
Calor Específico
MEDIDOR DE CORIOLIS
En este dispositivo el flujo a través de la tubería es desviado mediante un tubo
en U. Estos tubos se hacen vibrar, utilizando un excitador electromagnético
La elevación de temperatura es registrada y relacionada con el flujo másico.
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MEDIDOR TÉRMICO
MEDIDOR DE CORIOLIS
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PLACA ORIFICIO
Esta constituida por una placa delgada perforada, la cual se instalada
entre bridas en la tubería.
El orificio de la placa puede ser:
La placa puede ser:
Bordes Cuadrados
Bordes Biselados
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• 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
placa.
TOMAS DE PRESIÓN
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOVENA CONTRACTA
Máxima Reducción del diámetro
de la vena fluida
∆P
Presión
recuperada
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Bajo Costo Genera alta caída de presión
Gran simplicidad y fácil aplicación Su exactitud no es muy elevada
Fácil instalación y reemplazo Baja capacidad
No requiere mantenimiento excesivo
El 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
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TUBO VENTURI
Consiste en un conjunto
de bridas y tuberías
Cono de Entrada Convergente
que guía el fluido hacia el
estrechamiento central
Cono de Salida Divergente
que guía el fluido hacia la
continuación de la tubería
La unión de ambos se denomina
GARGANTA
Parte más contraída de la tubería
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Alta Exactitud Elevado Costo
Menor pérdida de presión permanente Ocupa considerable espacio
Mínimo mantenimiento Instalación complicada
Maneja entre 25% y 50% de flujo mayor que
la placa orificio
Usado para altos números de
Reynolds
Medición de grandes flujos
El mínimo flujo esta limitado por
encima de 30% y el máximo flujo por
encima de 95%
Se instala directamente en la tubería No son medidores directos de caudal
Área de la garganta conocida -
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PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI
PÉRDIDAS DE PRESIÓN
ESTÁTICA
Caída
Temporal
Caída
Permanente
2
tempperm -1P P
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• 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
remolinos 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 mientras
que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.
COMPARACIÓN ENTRE LA PLACA ORIFICIO Y EL TUBO VENTURI
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TUBO PITOT
Es un tubo hueco que se posiciona
de modo que el extremo abierto apunta
directamente a la corriente de flujo
El fluido en ó justo dentro de la punta
esta estacionario o estancado, y esto se
conoce como PUNTO DE ESTANCAMIENTO
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VENTAJAS DESVENTAJAS
Bajo Costo No da directamente la velocidad media
Genera Baja Caída de Presión Aplicabilidad limitada
Bueno para medir velocidades puntuales Propenso a obstrucciones
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Características del fluido que se va medir:
La selección depende:
Si es líquido o gas.
Si es limpio o no.
Densidad y viscosidad del fluido.
Propiedades erosivas y corrosivas.
Velocidad del fluido.
Condiciones del proceso:
Pérdidas debido a la fricción.
Mediciones de presión y temperatura.
Caídas de Presión.
Relación Costo/Mantenimiento
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PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI
•Flujo estacionario.
•Flujo incompresible.
•Flujo a lo largo de una línea de corriente.
•Ausencia de rozamiento.
•Velocidad 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.
Suposiciones:
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P 2
-1
1
42
PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI
1 2
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La fórmula se corrige con un coeficiente adicional Cd<1, llamado COEFICIENTE DE DESCARGA
P 2
-1
Cd
42
El efecto de la velocidad de aproximación se tiene en cuenta en el término4-1
1
4-1
CdC
El flujo se puede calcular:P 2
C A Q 0
Coeficiente de flujo
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El coeficiente de flujo pude determinarse mediante gráficas
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TUBO PITOT
121
P P 2
Se le adiciona un valor (cp)
COEFICIENTE ADIMENSIONAL
este varía entre 0,98 – 1
Considerando que la velocidad que se mide es puntual, para obtener la velocidad media
puede calcularse:
Mediante Gráficas.
Medidas en un cierto número de localizaciones (Integración Gráfica).
promedio V A Q
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El caudal es calculado por la siguiente ecuación:
P 2 AC Q 0
Donde:
C = Coeficiente de Flujo
A0 = Área del Orificio o Garganta
P= Caída de Presión Temporal
= Densidad
PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI
PÉRDIDAS DE PRESIÓN
ESTÁTICA
Caída
Temporal
Caída
Permanente
2
tempperm -1P P