Presentación de PowerPoint

Técnicas de medición de flujo:
Medidor de Flujo Sónico Mediante
Agujeros Calibrados
Fecha: Septiembre 2 de 2016
Hora: 16:00-18:00
Aula: 3-101
Por:
Edisson Steven Castaño Mesa
Contenido
Objetivo
Historia y Fundamentos del Flujo Compresible
Selección de Agujeros
Construcción y Calibración
Resultados
Por:
Edisson Steven Castaño Mesa
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Objetivo
Divulgar la metodología usada en la construcción y puesta a punto de
un medidor de flujo de gases a través de orificios calibrados cuando se
alcanzan las condiciones críticas o sónicas.
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Edisson Steven Castaño Mesa
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Historia y Fundamentos del Flujo
Compresible
Aquel flujo donde las variaciones de densidad y, por lo tanto, los efectos de compresibilidad son
significativos, a menudo en flujos de gases a velocidades altas.
Ernest Mach (1838-1916) realizó un revolucionario experimento al utiliza la técnica Schlieren para
observar ondas de choque en flujos externos, notó que la transición ocurría cuando la relación V/c
cambiaba.
John William Strutt (Lord Rayleigh 1842-1919) desarrollo un modelo para un flujo sin fricción pero con
una transferencia de calor constante, alcanzando un flujo chocado debido a la transferencia de calor
llamado (Choque Térmico).
Gino Girolamo Fanno (1888-1960) desarrollo un modelo donde el flujo poseía fricción trabajando de la
mano con el modelo de Darcy-Weisbach. Pero que finalmente fue organizado por Shapiro y lo hizo útil
con la aparición del factor de fricción.
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Historia y Fundamentos del Flujo
Compresible
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑀𝑎𝑠𝑎:
𝜌𝑐 = 𝜌 + 𝑑𝜌 𝑐 − 𝑑𝑉 → 𝑑𝑉 = 𝑐
𝑑𝜌
𝜌
1
𝑃𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟𝑎 𝐿𝑒𝑦:
𝑐 − 𝑑𝑉 2 𝑐 2
ℎ + 𝑑ℎ +
= + ℎ → 𝑑ℎ = 𝑐𝑑𝑉 2
2
2
𝑆𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑎 𝐿𝑒𝑦:
𝑑𝑝
𝑑𝑝
𝑇𝑑𝑠 = 𝑑ℎ −
→ 𝑑ℎ =
𝜌
𝜌
3
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝐼𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟ó𝑝𝑖𝑐𝑜:
𝑑𝑝
𝑝
𝑝 = 𝐶𝑜 𝜌𝑘 𝑦
= 𝑘 = 𝑘𝑅𝑇 4
𝑑𝜌
𝜌
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑆𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜
𝑑𝑝
𝑐2 =
= 𝑘𝑅𝑇 5
𝑑𝜌
𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑐ℎ
𝑉
𝑀𝑎 =
6
𝑐
Donde 𝜌, 𝑝 𝑦 𝑇 son la densidad, presión y temperatura respectivamente, 𝑉 𝑦 𝑐 son la velocidad
del flujo y sonido respectivamente, ℎ es la entalpia y 𝑘 es la relación de calores específicos
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Historia y Fundamentos del Flujo
Compresible
La entalpía de estancamiento representa la entalpía de un fluido cuando es llevado al
reposo adiabáticamente.
𝑉2
𝑉2
ℎ+
= ℎ0 ↔ 𝑇𝑜 = 𝑇 +
2
2𝑐𝑝
Las relaciones entre las propiedades de estancamiento y las propiedades estáticas definen el
estado del flujo a lo largo de su dirección
𝑇𝑜
𝑘−1
=1+
𝑀𝑎2
𝑇
2
𝑝𝑜
𝑘−1
= 1+
𝑀𝑎2
𝑝
2
𝑘
𝑘−1
𝜌𝑜
𝑘−1
= 1+
𝑀𝑎2
𝜌
2
1
𝑘−1
Fuente: Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2012). Termodinamica. McGraw-Hill Education.
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Historia y Fundamentos del Flujo
Compresible
Se dice que el flujo se choca (Choked Flow) cuando las variaciones en las condiciones aguas
abajo no afectan el flujo. ¿Cómo ocurre esto?
∗
𝑝
2
=
𝑝0
𝑘+1
𝑚𝑚𝑎𝑥 = 𝐴∗ 𝑝0
𝑘
𝑘−1
𝑘
2
𝑅𝑇0 𝑘 + 1
𝑘+1
2 𝑘−1
Fuente: Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2012). Termodinamica. McGraw-Hill Education.
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Selección de Agujeros
Min
Max
CH4
0,058002
1,435530
CH4
0,016
0,024
0,035
0,052
-
Flujo Másico [g/s]
CO2
H2
0,057135
0,014466
2,438560
0,200617
CO
0,187243
4,339716
Tamaño de Orificios [pulg]
CO2
H2
CO
0,018
0,010
0,028
0,026
0,016
0,042
0,038
0,023
0,063
0,055
0,033
0,125
0,063
0,125
-
0,9
8,50E-04
1800
200
300
2,32288037
0,02665505
C3H8
0,107169
0,932006
C3H8
0,023
0,035
-
Flujos para cada Orificio CH4
2.00
Diámetro Orificio (0,016")
1.80
Flujo Másico [g/s]
VALORES DE OPERACIÓN DEL MOTOR
Rendimiento Volumétrico
Cilindrada
m^3
Régimen de Giro
rpm
Presión Admisión
kPa
Temperatura de Admisión
K
Densidad
kg/m^3
Masa de Aire
kg/s
Diámetro Orificio (0,024")
1.60
Diámetro Orificio (0,035")
1.40
Diámetro Orificio (0,052")
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
300
400
500
600
700
800
Presión de Suministro [kPa]
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Construcción
Elementos Construcción Medidor
Designación
Cantidad
Acople Tubing 1/4 - 1/4 NPT
50
Union 1/4 NPT
20
Reducción 1/4 NPT - 3/8 NPT
40
Válvulas On-Off Electrónicas 5V - 3/8"
20
T - Tubing 1/4
30
Válvulas Anti-retorno 1/4
5
Transmisor de Presión Manométrica 1 - 10
4
bar
Tubing 1/4
5 Metros
T - Tubing 3/8
4
Tubing 3/8
3 Metros
Agujeros 1/4 NPT
30
Reducción 1/4 NPT - Tubing 3/8
5
El costo aproximado de la construcción del
medidor de flujo sónico fue de 8’000,000
de pesos.
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Montaje experimental
Montaje de Calibración de los agujeros del medidor de flujo sónico
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Calibración
Comparación de Flujos para Agujeros de H2
0.7
Medido 0,010"
Calculado 0,010"
Medido 0,016"
Calculado 0,016"
Medido 0,023"
Calculado 0,023"
Medido 0,033"
0.6
Flujo Másico [g/s]
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
235
285
335
385
435
485
535
Presión de Suministro [kPa]
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Resultados
Comparación de los Coeficientes de Descarga para H2
0.91
0.89
0.87
Cd [-]
0.85
0.83
0.81
0.79
Cd 0,010"
Cd 0,016"
Cd 0,023"
Cd 0,033"
0.77
0.75
235
285
335
385
435
485
535
Presión de Suministro [kPa]
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Resultados
CH4
0,88532
0,89820
0,92178
0,89993
Coeficientes de Descargar [-]
CO2
H2
CO
0,88532
0,88532
0,91632
0,89820
0,89820
0,88350
0,92178
0,92178
0,89993
0,89993
-
𝐶𝑑 =
C3H8
0,95738
-
𝑚𝑚𝑒𝑑
𝑚𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
La desviación promedio del coeficiente de
descarga 0,605% y el coeficiente de
variación promedio es de 0,695%
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