Medidores De Conductos Cerrados

TÍTULO:

FLUJO DE FLUIDOS EN CONDUCTOS CERRADOS.

OBJETIVOS:

← Conocer los principales aparatos utilizados para medir la cantidad de fluido en volumen o masa, que se desplaza por unidad de tiempo dentro de conductores cerrados o canales abiertos.
← Conocer los criterios para su diseño, estudiar los fundamentos del medidor de orificio, medidor de Venturi y rotámetro yaprender el modo de usar estos medidores de flujo basados en una caída de presión diferencial.
← Comparar caudales obtenidos experimentales utilizando los tres medidores citados.
← Determinar las variables involucradas en el estudio del flujo de un fluido a través de una tubería.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

A. FLUJO DE FLUIDOS EN CONDUCTOS CERRADOS

Durante un proceso de flujo deun fluido a través de una tubería (incluidos sus accesorios), para realizar el balance de energía consideremos un sistema abierto o volumen de control constituido por una porción de tubería que puede incluir una bomba donde llamamos punto 1 a la entrada del fluido al volumen de control y punto 2 a la salida del fluido del volumen de control. Así:

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Se sabe que los cambiosde presión a lo largo de una tubería con flujo turbulento, dependen de las magnitudes siguientes:

D: diámetro de la tubería
L: longitud de la tubería en la que ha de calcularse la variación de presión
(: coeficiente de viscosidad
(: velocidad media, sobre una sección recta. Esta es equivalente a Q(A, donde Q (caudal) y A (área)
(: densidad
e: variaciónmedia del radio de la tubería

Matemáticamente resulta:

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Luego de un análisis adimensional obtenemos la siguiente relación:

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Intuitivamente resulta que la variación de presión es directamente proporcional a la longitud de la tubería L.

Simplificando la ecuación anterior se obtiene la relación de la siguiente forma:

[pic]Se ha sustituido la función desconocida G de tres variables por una función desconocida H de dos variables solamente. Sustituyendo (p por hf, teniendo en cuenta que hf la perdida de energía por unidad de masa esta ligada a la perdida de presión a causa del rozamiento (p y ordenando los términos tenemos:

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Para formar él término conocido de la energía cinética se hadividido por 2. Esto es lícito, ya que todavía existe en la ecuación una función indeterminada. Finalmente en la práctica se llama la función desconocida ((((D((, e(D( coeficiente de fricción. Designando este término por ƒ de las consideraciones dimensionales resulta de la forma siguiente:

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Así mediante fáciles medidas de pérdidas de presión se pueden determinar experimentalmentelos factores de fricción ( si tenemos en cuenta que:

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B. FACTORES DE ROZAMIENTO EN TUBOS CILÍNDRICOS DE PAREDES RUGOSAS:

Diversos investigadores han determinado factores de rozamiento en tubos cilíndricos cuyas paredes se varió artificialmente tanto el tipo de rugosidad como su profundidad media.

En 1923, Hopf y Fromm determinaron factores de rozamiento entubos cilíndricos cuya rugosidad variaron recubriendo sus paredes con telas metálicas, limaduras de zinc o acero corrugado. Para un intervalo de número de Reynolds limitado, pero claramente superior al valor crítico encontraron que los factores de rozamiento eran independientes de aquel y solo función de la rugosidad relativa. Concretamente el investigador primeramente citado propuso la siguienteecuación cualquiera fuera la naturaleza de la rugosidad:

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Donde r es el radio interno del tubo y e es la rugosidad media de la conducción. Karman deduce la siguiente ecuación obtenida a partir de ecuaciones resultado de su estudio del comportamiento de los fluidos en flujo turbulento:

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Nikuradse, en 1933, recubrió la superficie interna de los tubos...