DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y AMBIENTAL

MEDIDORES DE FLUJOS

MONICA DAYAN GUEVARA

HERNA DARIO VALCARCEL

JHON JAIRO FUENTES

GABRIEL EDUARDO ROCHA

PROFESOR

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE BOGOTA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y AMBIENTAL

BOGOTA

2016

MEDIDORES DE FLUJO

Los medidores de flujo muchas veces son indispensables en las industrias para conocer la cantidad de fluido en un proceso, o simplemente para realizar una contabilidad de costos por cantidad de fluido consumido en el mismo.

Estos medidores se encargan principalmente de controlar la cantidad de fluido que pasa por una sección transversal de la tubería por unidad de tiempo (tubería cerrada).

Existen muchos tipos de medidores de flujo volumétrico el cual se basan en diferentes principios indirectos como lo son presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino o también en principios directos como lo es el desplazamiento. En este trabajo trataremos cuatro medidores de flujomás representativos del principio de presión diferencial.

El principio de presión diferencial aplicada a un medidor consiste en obtener el caudal aplicando la conservación de energía a el flujo, se toma como muestra dos puntos donde el flujo posea diferentes velocidades, este delta de velocidades se puede producir por cambios en el área, para este caso los medidores que trataremos serán: la placa de orificio, Tobera de flujo, Tubo de Venturi. Y para la disminución de velocidad hasta cero usaremos Tubo de Pitot. (web del profesor)

TUBO DE PITOT

La ecuación que gobierna el uso de estos aparatos será la ecuación de Bernoulli en caso de flujos incompresibles (líquidos) o la primera ley de la termodinámica en flujos compresibles (gases). El tubo de pitot se utiliza en su gran mayoría en calcular la presión del fluido a estudio, se utiliza especialmente en hacer mediciones sobre la velocidad del viento en aparatos aéreos y para cuantificar las velocidades de aire y gases en aplicaciones industriales. Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería y su instalación simplemente consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería.

El tubo Pitot tiene sección circular y generalmente doblado en L. Consiste en un tubo de pequeño diámetro con una abertura delantera, que se dispone contra un flujo de forma que su eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo.

[pic 3]

Para estudiar el funcionamiento del tubo es bueno tener como referencia tres puntos el cual en el sitio 1 según el esquema se forma un punto de estancamiento, por ende la velocidad en dicho sitio es nula y la presión aumenta.

Según la ecuación de Bernoulli.         

[pic 4]

Por lo tanto:

[pic 5]

Siendo:

• P0 y v0 = presión y velocidad de la corriente en el punto 0.

• Pt = presión total o de estancamiento.

Aplicando la misma ecuación entre las secciones 1 y 2, considerando que v1 = v2 = 0, se tiene:

[pic 6]

Y de aquí, despejando la diferencia de alturas:

[pic 7]

Por lo que, la diferencia de presiones quedaría:

[pic 8]

Si del dibujo del tubo de Pitot tenemos claro que:

y2 - y1 = h

Se puede simplificar todo el desarrollo matemático en:

[pic 9]

APLICACIONES:

El uso del tubo de Pitot en la industria es muy limitado dado que es muy fácil que se presente una obstrucción por la presencia de cuerpos extraños en el fluido a medir.

Por lo general se usan en tuberías de diámetro grande, con fluidos libres de impurezas principalmente gases y vapores. (fisica y termodinamica)

• Se puede encontrar en los velocímetros donde su función es de determinar el número de revoluciones en un intervalo de tiempo determinado, esto permite que el equipo pueda medir la velocidad del vehículo.
• En los anemómetros funciona con el número de vueltas por minuto y por la presión que ejerce el aire sobre el tubo de Pitot, lo cual traduce la velocidad del viento.

TUBO VENTURI

El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor.  Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). (ecured, 2016)

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

Efectivamente, según el principio de Bernoulli:

[pic 10]

Donde:

• [pic 11] = velocidad del fluido en la sección considerada.
• [pic 12] = gravedad, g ≈ 9,8 m/s2.
• [pic 13] = presión en cada punto de la línea de corriente.
• [pic 14] es el peso específico ([pic 15]). Este valor se asume constante a lo largo del recorrido cuando se trata de un fluido incompresible.
• [pic 16] = altura, en vertical, sobre una cota de referencia.
• Los subíndices [pic 17] y [pic 18] indican que los valores se toman en un punto 1 y en otro punto 2, a lo largo de la conducción

Teniendo en cuenta el principio de continuidad, que expresa que al disminuir la sección en un conducto, aumenta la velocidad del fluido que lo recorre, puede deducirse que, en un estrechamiento del conducto, si [pic 19] aumenta, necesariamente debe disminuir  [pic 20].

Pero además, si el estrechamiento en el punto [pic 21] es tal, que la velocidad sea suficientemente grande para que, para que se cumpla Bernoulli, la altura tendrá que ser negativa y por tanto la presión. Cuando por ésta o por otra circunstancia, la presión se hiciera negativa, en teoría traerá consigo la detención del movimiento del fluido o, si se introduce un tubo con otro fluido, este fluido sería aspirado por la corriente del primero.[pic 22][pic 23]

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