Medidores de fluido

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MECANICA DE LOS FLUIDOS
Práctica de Laboratorio Nº 2
1
MEDIDORES DE FLUJO
Objetivo: Medir el caudal que circula por una cañería utilizando distintos tipos de caudalímetros
(magnético, venturi, de turbina y placa orificio). Calibrar Venturi y Placa Orificio tomando como
patrón el medidor electromagnético.
Resumen teórico:
Existen distintos tipos de medidores de flujo y se distinguen segúnsu función, sea la medición de
velocidad local (puntual) o global (es decir en una sección más grande), o si miden el volumen o
masa que atraviesa una determinada sección de la cañería. Dentro de estos dos grandes grupos
existen diferentes medidores dependiendo de su principio de funcionamiento.
En este caso vamos a estudiar cuatro tipos de medidores: dos de ellos son medidores de volumenllamados del tipo de obstrucción o de tipo de presión diferencial, un medidor de turbina y un
medidor electromagnético, cuyo funcionamiento se detalla a continuación.
El tubo de Venturi consta de una sección aguas arriba de igual diámetro que la tubería y provista de
una abertura que permita colocar algún implemento (por ejemplo sensor de presión) que mida la
presión estática p1 en esa sección;una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista
también de una salida para poder medir presión p2; y una sección cónica con una divergencia gradual
hasta alcanzar el diámetro original de la tubería.
Para que se obtengan resultados precisos, el tubo Venturi debe estar precedido por una longitud de al
menos 10 veces el diámetro de la tubería.
Las presiones en la sección aguasarriba y en la garganta son presiones reales, por lo tanto es
necesario considerar las pérdidas en la ecuación de conservación de energía. Si aplicamos la ecuación
de Bernoulli entre los puntos 1 (sección aguas arriba) y 2 (garganta), teniendo en cuenta que la
pérdida de energía debida a la diferencia de altura (z1 - z2 ) es despreciable tenemos:
2 2
1 1 2 2
2 2
p v p v h
g g γ γ
+ − = +(1)
donde v1 y v2 son valores de velocidad media en las secciones 1 y 2 respectivamente y h es la pérdida
de energía. Al aplicar la ecuación de continuidad tenemos:
ρ1 A1 v1 = ρ2 A2 v2 (2)
Relacionando (1) y (2) queda:
( ) 1 2
2 2
1
2
2
1
p p
h
v g
A
A
γ
−  
−  
  =
   
−    
     
(3)
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Práctica de Laboratorio Nº 2
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El valor de hdebe determinarse en forma experimental. Pero es más conveniente modificar la
ecuación (3) eliminado h e introduciendo un coeficiente de descarga C:
( ) 1 2
2 2
1
2
2
1
p p
v C g
A
A
γ
−  
 
  =
   
−    
     
(4)
Puesto que Q = A2 v2 entonces
( ) 1 2
2 2
1
2
2
1
p p
Q CA g
A
A
γ
−  
 
  =
   
−    
     
(5)
El valordel coeficiente C depende del número de Reynolds del flujo y de la geometría real del
medidor.
Figura 1: Esquema de un tubo venturi y sus parámetros de diseño.
Una placa orificio es una placa plana con un orificio. Cuando se coloca en forma concéntrica dentro
de una tubería ésta provoca que el flujo se contraiga bruscamente conforme se aproxima al orificio y
se expanda nuevamente al diámetrototal de la tubería luego de atravesarlo. La corriente que fluye a
través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución
de presión aguas abajo del orificio. Los ramificadores antes y después del orificio (secciones 1 y 2)
permiten la medición de la presión diferencial a través del medidor, la cual está relacionada con el
caudal volumétrico através de la ecuación (5). El valor del coeficiente de descarga C depende de la
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ubicación de las ramificaciones de presión, y también es afectado por pequeñas variaciones en la
geometría de la orilla del orificio. El valor de C es mucho más bajo que el del tubo Venturi puesto
que el fluido se fuerza a realizar una contracción brusca...
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