Informe Final 1z6q4e
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS 1. Introducción:
A lo largo de la práctica se pretende cubrir un conjunto de objetivos relacionados con la caracterización y la medida de flujo de fluidos en canales abiertos. Se pretende entender y profundizar en los conceptos de la Ecuación de Bernoulli.
Además se estudiarán los métodos más usuales de medida de caudal en canales abiertos.
Para llevar a cabo estas mediciones se emplean diversos dispositivos, en este caso se utilizará un vertedero como instrumento de medición del caudal en conductos abiertos, y se calculará la constante que relaciona el caudal con la altura de agua acumulada aguas arriba.
2. Objetivos:
Encontrar la ecuación de calibración para el rotámetro.
Determinar experimentalmente la ecuación de flujo másico para el vertedero obertura rectangular.
3. Fundamento Teórico:
Un conducto abierto es una construcción expuesta a la atmósfera destinada al transporte de agua.
Para utilizar correctamente el vertedero, es importante emplear la ecuación de Bernoulli y conocer las características y coeficientes del vertedero.
La ecuación de Bernoulli está basada en el principio de conservación de la energía:
…(2)
Caudal: en dinámica de fluidos, es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.
El caudal puede calcularse a través de la siguiente fórmula:
⁄
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS
ING. ANSELMO CASTILLO
PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS Donde:
Q = Caudal
A = es área
v = es la velocidad lineal promedio
4. Materiales y Equipos: a. En esta práctica se utilizo como medio de estudio el agua, a continuación describiremos algunas de las propiedades del mismo. La temperatura del agua en la cual se realizó la práctica fue de 27.6°C. Peso molecular: 18.015 g/mol Densidad: 998.4396709 Kg/m3 Temperatura de solidificación: 0°C Temperatura de ebullición: 100°C Color: incolora Sabor: insípida Olor: inodoro Presión crítica: 220.55 bar Temperatura critica: 373.98°C
b. Se utilizó un vertedero de abertura rectangular
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS
La cara de aguas arriba debe ser instalada verticalmente y el borde de la placa debe estar cuidadosamente conformado. La estructura delgada está propensa a deteriorarse y con el tiempo la calibración puede ser afectada por la erosión de la cresta.
Flujo ideal sobre un vertedero de pared 5. Procedimiento experimental: a. Calibración: Para obtener resultados precisos, un vertedero debe calibrarse en el lugar de utilización bajo las condiciones en que va a ser empleado.
Cargar el tanque con agua hasta alcanzar la mitad de su capacidad.
Encender la bomba y abrir lentamente la válvula hasta que el rotámetro marque la lectura deseada para el inicio de la práctica.
Controlar el tiempo de recolección del fluido utilizando un cronómetro, recolectándolo en un balde plástico para posteriormente medir su volumen.
Medir la temperatura del fluido con la ayuda de un termómetro utilizar una probeta graduada para cuantificar el volumen recolectado.
Al finalizar el paso anterior proceder a cerrar la válvula y apagar la bomba, repetir el paso (a.4) 6 veces.
Al término de la calibración asegurarse que la válvula haya sido cerrada y la bomba apagada, dejando el equipo en óptimas condiciones.
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS b. Determinación experimental de la ecuación de flujo másico: Cambiar la placa de calibración de ⁄ por la de ⁄ . Encender la bomba y abrir la válvula hasta que el rotámetro indique 30. Con la ayuda de un termómetro, medir la temperatura del fluido. Esperar unos minutos hasta que el agua en la abertura de paso, sea constante y medir la altura del agua, anotar estos datos en una tabla. Abrir la válvula hasta que el rotámetro indique la siguiente lectura, n este caso 50 y repetir los pasos anteriores. Repetir el procedimiento 5 veces con los valores indicados y organizarlos en un tabla. Se recomienda tener cuidado con las lecturas del rotámetro, ya que estos deberían ser constantes. Al finalizar las 6 mediciones, cambiar la placa de ⁄ por la placa de ⁄ y efectuar las 6 mediciones siguientes. Concluida la práctica experimental, cerrar la válvula y apagar la válvula.
6. Resultados: a. Ecuaciones considerando el origen de las coordenadas:
Ecuación de Calibración:
Ecuación de flujo másico: ̇
b. Ecuaciones con datos reales:
Ecuación de Calibración:
Ecuación de flujo másico: ̇
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS
7. Tablas : 7.1. Tabla 1 7.2. Tabla 2 7.3. Tabla 3
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS
8. Gráficas: 8.1. Gráfica 1 8.2. Gráfica 2 8.3. Gráfica 3
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS 9. Discusión y Conclusiones:
Observación 1: De acuerdo a la gráfica 1 de donde se calcula la ecuación de calibración para el rotámetro, hay una desviación de la línea de tendencia respecto al origen de las coordenadas, lo que evidencia un error en la recolección de datos.
La causa de este error se debe a diversos factores: Pérdida de energía por fuerzas de fricción por parte de fluido sobre las paredes del equipo. Pequeñas fluctuaciones del caudal debido a la inexactitud del operario en la regulación del flujo deseado. Inexactitud para cuantificar el tiempo de exacto de 5 segundos.
Pero a nuestra consideración la fuente de error más importante es la pérdida de volumen de agua por parte del alumno, desde que recibe la señal de inicio hasta que sitúa el balde en el chorro de agua, esta pérdida del volumen de agua se hace más significativa conforme se va a medir caudales más grandes.
Observación 2: Error producido por la inexactitud para medir la altura que alcanza el agua en el vertedero.
Observación 3: La variación en la ecuación de calibración del rotámetro y por consiguiente en la ecuación del flujo másico del agua, si se considera el origen de coordenadas hay menos variación que cuando no se le considera.
Es por eso que se adjuntan los 2 resultados, el primero considerando el origen de coordenadas, que es un dato supuesto no experimental, y el segundo que es netamente considerando los datos experimentales.
10. Bibliografía:
Mecánica de Fluidos, Robert L. Mott, Sexta Edición.
Manual del Ing. Químico, Jhon H. Perry, Tomo I, Sexta Edición.
11. Recursos de Internet:
http://es.idoub.com/doc/60217833/Medidores-de-Caudal-en-Canales-Abiertos http://www.amf.uji.es/Practica_Canal_Abierto.pdf http://www.galeon.com/franciscodelgador/potenciales.pdf http://es.idoub.com/doc/73927844/VERTEDEROS
http://www.oocities.org/ing_industrial/medidore.html
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A lo largo de la práctica se pretende cubrir un conjunto de objetivos relacionados con la caracterización y la medida de flujo de fluidos en canales abiertos. Se pretende entender y profundizar en los conceptos de la Ecuación de Bernoulli.
Además se estudiarán los métodos más usuales de medida de caudal en canales abiertos.
Para llevar a cabo estas mediciones se emplean diversos dispositivos, en este caso se utilizará un vertedero como instrumento de medición del caudal en conductos abiertos, y se calculará la constante que relaciona el caudal con la altura de agua acumulada aguas arriba.
2. Objetivos:
Encontrar la ecuación de calibración para el rotámetro.
Determinar experimentalmente la ecuación de flujo másico para el vertedero obertura rectangular.
3. Fundamento Teórico:
Un conducto abierto es una construcción expuesta a la atmósfera destinada al transporte de agua.
Para utilizar correctamente el vertedero, es importante emplear la ecuación de Bernoulli y conocer las características y coeficientes del vertedero.
La ecuación de Bernoulli está basada en el principio de conservación de la energía:
…(2)
Caudal: en dinámica de fluidos, es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo.
El caudal puede calcularse a través de la siguiente fórmula:
⁄
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS Donde:
Q = Caudal
A = es área
v = es la velocidad lineal promedio
4. Materiales y Equipos: a. En esta práctica se utilizo como medio de estudio el agua, a continuación describiremos algunas de las propiedades del mismo. La temperatura del agua en la cual se realizó la práctica fue de 27.6°C. Peso molecular: 18.015 g/mol Densidad: 998.4396709 Kg/m3 Temperatura de solidificación: 0°C Temperatura de ebullición: 100°C Color: incolora Sabor: insípida Olor: inodoro Presión crítica: 220.55 bar Temperatura critica: 373.98°C
b. Se utilizó un vertedero de abertura rectangular
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS
La cara de aguas arriba debe ser instalada verticalmente y el borde de la placa debe estar cuidadosamente conformado. La estructura delgada está propensa a deteriorarse y con el tiempo la calibración puede ser afectada por la erosión de la cresta.
Flujo ideal sobre un vertedero de pared 5. Procedimiento experimental: a. Calibración: Para obtener resultados precisos, un vertedero debe calibrarse en el lugar de utilización bajo las condiciones en que va a ser empleado.
Cargar el tanque con agua hasta alcanzar la mitad de su capacidad.
Encender la bomba y abrir lentamente la válvula hasta que el rotámetro marque la lectura deseada para el inicio de la práctica.
Controlar el tiempo de recolección del fluido utilizando un cronómetro, recolectándolo en un balde plástico para posteriormente medir su volumen.
Medir la temperatura del fluido con la ayuda de un termómetro utilizar una probeta graduada para cuantificar el volumen recolectado.
Al finalizar el paso anterior proceder a cerrar la válvula y apagar la bomba, repetir el paso (a.4) 6 veces.
Al término de la calibración asegurarse que la válvula haya sido cerrada y la bomba apagada, dejando el equipo en óptimas condiciones.
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PRACTICA 1: MEDIDORES DE FLUJO DE CONDUCTOS ABIERTOS VERTEDEROS b. Determinación experimental de la ecuación de flujo másico: Cambiar la placa de calibración de ⁄ por la de ⁄ . Encender la bomba y abrir la válvula hasta que el rotámetro indique 30. Con la ayuda de un termómetro, medir la temperatura del fluido. Esperar unos minutos hasta que el agua en la abertura de paso, sea constante y medir la altura del agua, anotar estos datos en una tabla. Abrir la válvula hasta que el rotámetro indique la siguiente lectura, n este caso 50 y repetir los pasos anteriores. Repetir el procedimiento 5 veces con los valores indicados y organizarlos en un tabla. Se recomienda tener cuidado con las lecturas del rotámetro, ya que estos deberían ser constantes. Al finalizar las 6 mediciones, cambiar la placa de ⁄ por la placa de ⁄ y efectuar las 6 mediciones siguientes. Concluida la práctica experimental, cerrar la válvula y apagar la válvula.
6. Resultados: a. Ecuaciones considerando el origen de las coordenadas:
Ecuación de Calibración:
Ecuación de flujo másico: ̇
b. Ecuaciones con datos reales:
Ecuación de Calibración:
Ecuación de flujo másico: ̇
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7. Tablas : 7.1. Tabla 1 7.2. Tabla 2 7.3. Tabla 3
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8. Gráficas: 8.1. Gráfica 1 8.2. Gráfica 2 8.3. Gráfica 3
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Observación 1: De acuerdo a la gráfica 1 de donde se calcula la ecuación de calibración para el rotámetro, hay una desviación de la línea de tendencia respecto al origen de las coordenadas, lo que evidencia un error en la recolección de datos.
La causa de este error se debe a diversos factores: Pérdida de energía por fuerzas de fricción por parte de fluido sobre las paredes del equipo. Pequeñas fluctuaciones del caudal debido a la inexactitud del operario en la regulación del flujo deseado. Inexactitud para cuantificar el tiempo de exacto de 5 segundos.
Pero a nuestra consideración la fuente de error más importante es la pérdida de volumen de agua por parte del alumno, desde que recibe la señal de inicio hasta que sitúa el balde en el chorro de agua, esta pérdida del volumen de agua se hace más significativa conforme se va a medir caudales más grandes.
Observación 2: Error producido por la inexactitud para medir la altura que alcanza el agua en el vertedero.
Observación 3: La variación en la ecuación de calibración del rotámetro y por consiguiente en la ecuación del flujo másico del agua, si se considera el origen de coordenadas hay menos variación que cuando no se le considera.
Es por eso que se adjuntan los 2 resultados, el primero considerando el origen de coordenadas, que es un dato supuesto no experimental, y el segundo que es netamente considerando los datos experimentales.
10. Bibliografía:
Mecánica de Fluidos, Robert L. Mott, Sexta Edición.
Manual del Ing. Químico, Jhon H. Perry, Tomo I, Sexta Edición.
11. Recursos de Internet:
http://es.idoub.com/doc/60217833/Medidores-de-Caudal-en-Canales-Abiertos http://www.amf.uji.es/Practica_Canal_Abierto.pdf http://www.galeon.com/franciscodelgador/potenciales.pdf http://es.idoub.com/doc/73927844/VERTEDEROS
http://www.oocities.org/ing_industrial/medidore.html
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