tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

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Universidad Nacional Experimental “Francisco de Miranda” Programa de Ingeniería Química Propiedades de los fluidos Prof. Ing. Mahuli González

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Page 1: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Universidad Nacional Experimental

“Francisco de Miranda”

Programa de Ingeniería Química

Propiedades de los fluidos

Prof. Ing. Mahuli González

Page 2: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Diámetro de tuberías

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Page 7: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Universidad Nacional Experimental

“Francisco de Miranda”

Programa de Ingeniería Química

Flujo en fase liquidaTablas y gráficos

Prof. Ing. Mahuli González

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Page 12: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Los componentes adicionales (válvulas, codos, conexiones en T, etc.) contribuyen

a la pérdida global del sistema y se denominan pérdidas menores.

La mayor parte de la energía perdida por un sistema se asocia a la fricción en

la porciones rectas de la tubería y se denomina pérdidas mayores.

Por ejemplo, la pérdida de carga o resistencia al flujo a través de una válvula

puede ser una porción importante de la resistencia en el sistema. Así, con la

Válvula cerrada la resistencia al flujo es infinita; mientras que con la válvula

completamente abierta la resistencia al flujo puede o no ser insignificante.

PERDIDAS MENORES

Page 13: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Un método común para determinar las pérdidas de carga a través de un accesorio

o fitting, es por medio del coeficiente de pérdida KL (conocido también como

coeficiente de resistencia)

Las pérdidas menores también se pueden

expresar en términos de la longitud

equivalente Le:

g2

vKh

2

LL

g2

v

D

Lf

g2

vKh

2e

2

LL

PERDIDAS MENORES

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Page 18: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Cuando un fluido pasa desde un estanque o depósito hacia una tubería, se generan pérdidas que dependen de la forma como se conecta la tubería al depósito (condiciones de entrada):

PERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE ENTRADA

Page 19: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Una pérdida de carga (la pérdida de salida) se produce cuando un fluido pasa

desde una tubería hacia un depósito.

PERDIDAS MENORES: CONDICIONES DE FLUJO DE SALIDA

Page 20: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Universidad Nacional Experimental

“Francisco de Miranda”

Programa de Ingeniería Química

Mediciones de flujo en fase liquida

Prof. Ing. Mahuli González

Page 21: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

MEDIDORES DE FLUJO

Es un dispositivo colocado en una línea de proceso que proporciona una

lectura de la cantidad de fluido que atraviesa la misma, unidad de tiempo

Velocidad

Densidad Viscosidad

Fricción del fluido en

contacto con la tuberíaTemperatura

Presión

Factores

Page 22: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

MedidoresFLUJO VOLUMÉTRICO FLUJO MÁSICO

Medidor Térmico

Medidor de Coriolis

Por Presión

Diferencial

Por Área

Variable

De Desplazamiento

Positivo

De Velocidad

Page 23: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Miden el flujo de un fluido indirectamente,

creando y midiendo una presión diferencial

por medio de una obstrucción al flujo

POR PRESIÓN DIFERENCIAL

Placa Orificio

Tubo Pitot

Venturi

Tobera

Elemento Primario

Elemento Secundario

Page 24: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

POR ÁREA VARIABLE Varían el área para mantener una caída

de presión relativamente constante

Rotámetro

Consta de un tubo cónico de vidrio, que se instala

verticalmente con el extremo mas ancho hacia arriba

Page 25: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

VENTAJAS DESVENTAJAS

Lecturas Visibles directas

Muy sensible a los cambios de peso

específico del fluidoEscala Lineal

Pérdida de presión constante pero pequeña

Page 26: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

DE VELOCIDADEs un medidor en el cual la señal del elemento

primario es proporcional a la velocidad del

fluido utilizando la ecuación

Tipo Turbina

Electromagnético

Ultrasónico

Vortex

V AQ

Page 27: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Separan la corriente de flujo en segmentos

volumétricos individuales a través de un

dispositivo mecánico

Disco

Oscilante

Pistón

Reciprocante

Tipo

Rotación

Page 28: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

MEDIDOR TÉRMICO

En este medidor una cantidad conocida de calor, se entrega al fluido.

El flujo de masa se determina a través de las propiedades térmicas del fluido:

Conductividad

Calor Específico

MEDIDOR DE CORIOLIS

En este dispositivo el flujo a través de la tubería es desviado mediante un tubo

en U. Estos tubos se hacen vibrar, utilizando un excitador electromagnético

La elevación de temperatura es registrada y relacionada con el flujo másico.

Page 29: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

MEDIDOR TÉRMICO

MEDIDOR DE CORIOLIS

Page 30: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

PLACA ORIFICIO

Esta constituida por una placa delgada perforada, la cual se instalada

entre bridas en la tubería.

El orificio de la placa puede ser:

La placa puede ser:

Bordes Cuadrados

Bordes Biselados

Page 31: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

• Tomas de Tubería:

Los orificios estáticos se localizan a 2½ diámetros de tubería corriente arriba

y a 8 diámetros de tubería corriente abajo con relación a la placa.

• Tomas de Brida:

Los orificios estáticos se ubican a 25.4 mm (1 in.) corriente arriba y a 25.4 mm (1 in.)

corriente abajo con relación a la placa.

• Tomas de Vena Contracta:

El orifico estático se ubica a (1) diámetro de tubería corriente arriba y a una distancia

de 0,3 a 0,8 diámetros de tubería dependiendo de β corriente abajo con relación a la

placa.

TOMAS DE PRESIÓN

Page 32: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida
Page 33: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOVENA CONTRACTA

Máxima Reducción del diámetro

de la vena fluida

∆P

Presión

recuperada

Page 34: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

VENTAJAS DESVENTAJAS

Bajo Costo Genera alta caída de presión

Gran simplicidad y fácil aplicación Su exactitud no es muy elevada

Fácil instalación y reemplazo Baja capacidad

No requiere mantenimiento excesivo

El mínimo flujo esta limitado por

encima de 30% y el máximo flujo por

encima de 95%

Puede variarse la relación entre el diámetro

del estrechamiento y el de la tubería

permitiendo acomodarse a nuevas

velocidades de flujo

No se mide directamente el caudal

Page 35: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

TUBO VENTURI

Consiste en un conjunto

de bridas y tuberías

Cono de Entrada Convergente

que guía el fluido hacia el

estrechamiento central

Cono de Salida Divergente

que guía el fluido hacia la

continuación de la tubería

La unión de ambos se denomina

GARGANTA

Parte más contraída de la tubería

Page 36: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Page 37: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

VENTAJAS DESVENTAJAS

Alta Exactitud Elevado Costo

Menor pérdida de presión permanente Ocupa considerable espacio

Mínimo mantenimiento Instalación complicada

Maneja entre 25% y 50% de flujo mayor que

la placa orificio

Usado para altos números de

Reynolds

Medición de grandes flujos

El mínimo flujo esta limitado por

encima de 30% y el máximo flujo por

encima de 95%

Se instala directamente en la tubería No son medidores directos de caudal

Área de la garganta conocida -

Page 38: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI

PÉRDIDAS DE PRESIÓN

ESTÁTICA

Caída

Temporal

Caída

Permanente

2

tempperm -1P P

Page 39: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

• Una placa orificio puede sustituirse fácilmente para ajustarse a diferentes ratas de flujo,

el diámetro del Venturi es fijo entonces el rango de medición está limitado por la caída

de presión causada por el Venturi.

• La placa orificio genera una gran pérdida permanente de presión debido a la presencia

de remolinos aguas abajo del orificio, la forma del Venturi previene la formación de

remolinos lo cual reduce enormemente la pérdida permanente de presión.

• El orificio es económico y fácil de instalar, el Venturi es costoso y debe ser

cuidadosamente diseñado. Una placa orificio se puede reemplazar fácilmente mientras

que un Venturi está diseñado para instalaciones permanentes.

COMPARACIÓN ENTRE LA PLACA ORIFICIO Y EL TUBO VENTURI

Page 40: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

TUBO PITOT

Es un tubo hueco que se posiciona

de modo que el extremo abierto apunta

directamente a la corriente de flujo

El fluido en ó justo dentro de la punta

esta estacionario o estancado, y esto se

conoce como PUNTO DE ESTANCAMIENTO

Page 41: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

VENTAJAS DESVENTAJAS

Bajo Costo No da directamente la velocidad media

Genera Baja Caída de Presión Aplicabilidad limitada

Bueno para medir velocidades puntuales Propenso a obstrucciones

Page 42: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

Características del fluido que se va medir:

La selección depende:

Si es líquido o gas.

Si es limpio o no.

Densidad y viscosidad del fluido.

Propiedades erosivas y corrosivas.

Velocidad del fluido.

Condiciones del proceso:

Pérdidas debido a la fricción.

Mediciones de presión y temperatura.

Caídas de Presión.

Relación Costo/Mantenimiento

Page 43: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI

•Flujo estacionario.

•Flujo incompresible.

•Flujo a lo largo de una línea de corriente.

•Ausencia de rozamiento.

•Velocidad uniforme en las secciones 1 y 2

•Ausencia de curvatura en la línea de corriente de modo que la presión sea uniforme en ellas.

•Z1 aproximadamente igual a Z2.

•No hay transferencia de calor ni trabajo de eje.

Suposiciones:

Page 44: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

P 2

-1

1

42

PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI

1 2

Page 45: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

La fórmula se corrige con un coeficiente adicional Cd<1, llamado COEFICIENTE DE DESCARGA

P 2

-1

Cd

42

El efecto de la velocidad de aproximación se tiene en cuenta en el término4-1

1

4-1

CdC

El flujo se puede calcular:P 2

C A Q 0

Coeficiente de flujo

Page 46: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

El coeficiente de flujo pude determinarse mediante gráficas

Page 47: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

TUBO PITOT

121

P P 2

Se le adiciona un valor (cp)

COEFICIENTE ADIMENSIONAL

este varía entre 0,98 – 1

Considerando que la velocidad que se mide es puntual, para obtener la velocidad media

puede calcularse:

Mediante Gráficas.

Medidas en un cierto número de localizaciones (Integración Gráfica).

promedio V A Q

Page 48: Tema 1.2 mediciones de flujo en fase liquida

El caudal es calculado por la siguiente ecuación:

P 2 AC Q 0

Donde:

C = Coeficiente de Flujo

A0 = Área del Orificio o Garganta

P= Caída de Presión Temporal

= Densidad

PLACA ORIFICIO Y TUBO VENTURI

PÉRDIDAS DE PRESIÓN

ESTÁTICA

Caída

Temporal

Caída

Permanente

2

tempperm -1P P