Medida de Flujos Guia

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICA – ELECTROMECÁNICA LABORATORIO DE MAQUINAS HIDRAULICAS

DISEÑO DE UMA TOBERA SUBSONICA

GUIA DE LABORATORIO Nº2 MEC – 2249 “A” MECANICA DE FLUIDOS II

MEDICIÓN DE PARÁMETROS DE FLUJO UNIDIMENSIONAL

LMHN-2249-02

ORURO - BOLIVIA Abril - 2011

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1. Introducción El flujo confinado en conductos es muy frecuente en el transporte de fluidos, especialmente en el caso de los fluidos gaseosos, si bien al interior del conducto las moléculas de la corriente pueden moverse en distintas direcciones (flujo turbulento), sin embargo existe una que predomina sobre las demás y se halla en la dirección longitudinal del conducto, siendo esta la que se considera para hallar las velocidades, caudales y flujos másicos. Los parámetros físicos que caracterizan el flujo de fluidos son las presiones, temperaturas, velocidades, caudales, flujos másicos, etc. para cuya medición se han diseñado variedad de instrumentos, su elección depende de las condiciones de trabajo del sistema, precisión con las que se desea realizar la medición, costo económico, frecuencia de medición, accesibilidad al punto de medición, agresividad del entorno, etc.

2. Objetivos -

Determinar experimentalmente el caudal y velocidad de un gas que circula en un conducto.

-

Caracterizar el flujo como laminar ó turbulento y compresible ó incompresible.

3. Marco Teórico Las magnitudes que más frecuentemente se miden en el flujo confinado son la presión, temperatura y en muchos casos producto de estas pueden hallarse flujos másicos y caudales en la presente práctica se realizará especial énfasis en la medición de la presión diferencial y su aplicación en la determinación de la velocidad de flujo.

3.1. Medición de la Velocidad y Caudal de Flujo Según su principio de funcionamiento pueden ser:  Mecánicos (por impacto, de hélice, de turbina).  Magnéticos (Electromagnéticos).  Por Diferencia de Presión (Placa Orificio, Tobera, Tubo de venturi, Tubo Prandtl).  Ultrasónicos (ultrasonido). En la presente práctica se estudiará de la determinación de la velocidad de flujo a partir de la medición de la presión estática, dinámica y diferencial entre ambas. También mediante el uso del tubo de prandtl Tubo de Pitod , Tubo Piezométrico y tubo de Prandtl El tubo de Pitod fue ideado para medir la presión total (presión de estancamiento) suma de la presión estática y de la presión dinámica (ver pag. 127 Mecánica de fluidos y Máquinas hidráulicas; Claudio Mataix). El tubo piezométrico tiene su toma en la pared del conducto y sirve para medir la presión estática en el punto de conexión.

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La idea de Prandtl fue combinar en un solo instrumento un tubo de Pitod y un tubo piezimétrico para medir la presión diferencial entra ambos (ver pag. 128 al 131 Mecánica de fluidos y Máquinas hidráulicas; Claudio Mataix). La combinación de estos instrumentos permitirán obtener las velocidades del flujo al interior de los conductos mediante las siguientes ecuaciones:

Pd Pt Pe v2 Siendo  la densidad del gas circulante (en nuestro caso aire). La presión total, Pt, es la obtenida en la boca del tubo y la presión estática, Pe, la obtenida en los orificios de su pared lateral.

4. Metodología de la experimentación. 4.1. Materiales, Equipos e Instrumentos. Antes de la inicio de la práctica deben verificarse si se cuenta con los siguientes materiales, equipos e instrumentos y si estos están en condiciones de trabajar con precisión, confiabilidad y seguridad.       

Banco de pruebas de ventilador. Cargador de baterías Tubos de pitod y piezómetros. Manómetros U con fluido manométrico agua. Tubo de Prandtl. Manómetro diferencial electrónico con lector de velocidad para el tubo de pitod . Termómetro.

4.2. Procedimiento Experimental. 1. Verificar la correcta instalación del banco de pruebas. 2. Verificar la correcta instalación de los instrumentos tanto en la entrada como en la salida del ventilador. 3. Conectar el cargador de baterías a las terminales del motor del ventilador graduar la tensión y la corriente. 4. Colocar la válvula de mariposa en posición 0 (Totalmente abierto). 5. Arrancar el equipo y tomar los datos marcados por los instrumentos tanto a la entrada como a la salida. 6. Colocar la válvula en la siguiente posición y tomar nuevamente los datos. 7. Generalmente se debe esperar entre 10 y 20 segundos para obtener una medida estable de las presiones. 8. Es muy importante al realizar medidas con tubo de Pitot asegurarse de que el tubo está perfectamente alineado con la dirección de la corriente. 9. Repetir el anterior paso hasta cerrar totalmente la válvula de mariposa y retornar de manera inversa hasta la posición 0.

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10. Una vez concluida la toma de datos, desenergizar el banco de pruebas. 11. Desinstalar los instrumentos y dejar todo como se lo encontró.

4.3. Registro de Datos.     

Temperatura ambiente: ....... Presión atmosférica a nivel del mar : 760 mm Hg Densidad del aire: 1.2046 kg/m3 Presión atmosférica local : ........ Densidad del aire local:...........

Se procede a la toma de datos como se sugiere en la tabla siguiente: Angulo de N válvula

Datos a la entrada al vent. Presión dif Prandtl

Veloci dad

Temp

Datos a la salida del ventilador Presión estática

Presión diferenci al

Presión dinámica

Temp

1 2 … Tabla -1. Tabla de registro de datos

4.4. Cálculos. En función a la caracterización del tipo de flujo (compresible ó incompresible) obtenido durante el análisis determinar las velocidades y caudal que circulan tanto en la entrada como en la salida del ventilador para cada posición de la válvula mariposa. Graficar el desarrollo de las presiones estática, dinámica y total vs el ángulo de apertura de válvula. Graficar el desarrollo de la velocidad de flujo y el caudal vs el ángulo de apertura de válvula. Realice un análisis de la grafica del comportamiento de las presiones dinámica, estática y total vs el caudal que pasa por el ramal de salida del ventilador.

5. Cuestionario a) Explique físicamente ¿Cuál es el principio de funcionamiento del tubo de Pitod? b) ¿Explique los criterios para discriminar entre flujo compresible y flujo incompresible? c) Comente acerca del comportamiento de la temperatura durante las pruebas. Nº de Revisión I

Elaborado por Ing. Carlos Antonio Flores Castillo

Observación Para realización

Revisado por Ing. Carlos Antonio Flores Castillo

Fecha 040310