Manual De Experimentos: Hm 500.09 Tobera De Medida Del Caudal

Manual de experimentos HM 500.09

Tobera de Medida del Caudal

Todos los derechos reservados, G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, Alemania 09/2016

HM 500.09

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Manual de experimentos

Última modificación de: Dipl.-Ing. (FH) Peter Mittasch

Estas instrucciones se tienen que guardar junto con el equipo. Antes de poner en servicio el equipo: - Leer estas instrucciones. - Todos los participantes tienen que ser instruidos en lo que concierne al manejo del equipo y, si procede, en cuanto a los aspectos de seguridad.

Version 0.2

Reservado el derecho a realizar modificaciones técnicas

i

HM 500.09

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Indice General 1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2

Seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.1 Uso previsto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

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2.2 Estructura de las indicaciones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.3 Indicaciones de seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.4 Condiciones ambientales para el lugar de funcionamiento y el lugar de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3

Descripción del equipo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.1 Componentes del equipo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.2 Montaje en el banco de ensayos para caudalímetros HM 500 . . . . . . 5

4

Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4.1 Principio de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4.2 Particularidades de la medición del caudal con estranguladores . . . . 8

5

Ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5.1 Ensayo "Medición de caudal y medición de pérdida de presión" . . . . 9 5.1.1

Preparación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5.1.2

Realización del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

5.2 Valores de medición y evaluación del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 6

Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6.1 Datos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6.2 Lista de los símbolos de fórmulas matemáticas y unidades . . . . . . . 13 6.3 Tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

ii

HM 500.09

1

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Introducción La tobera de medida del caudal HM 500.09 es un accesorio para el Banco de Ensayos para Caudalímetros HM 500. La tobera de medida del caudal utiliza el principio de funcionamiento de la estrangulación para medir el caudal.

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El equipo está hecho de vidrio acrílico transparente y, por tanto, permite una buena visión del recorrido de medición. Las boquillas de conexión sirven para la medición de presiones diferenciales y pérdidas de presión. Este accesorio se puede utilizar en ambos puestos de medición del banco de ensayos HM 500 y se deja montar allí con mucha facilidad. Unas fichas de trabajo preparadas en las instrucciones de uso del Banco de Ensayos para Cuadalímetros HM 500 facilitan la evaluación de los valores de medición en las clases.

Los contenidos didácticos son: • Familiarizarse con el principio de funcionamiento – Principio de Bernoulli – Principio de continuidad • Medición del caudal • Crear una curva de pérdida de presión • Comparación con otros caudalímetros

1 Introducción

1

HM 500.09

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

2

Seguridad

2.1

Uso previsto El equipo se ha previsto exclusivamente para fines didácticos.

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2.2

Estructura de las indicaciones de seguridad Las palabras de señalización PELIGRO, ADVERTENCIA o ATENCIÓN indican la probabilidad y la gravedad posible de las lesiones. Otro símbolo explica, si procede, el tipo de peligro o un precepto.

Palabra clave

Explicación

PELIGRO

Señaliza una situación que, si no se evita, causará la muerte o lesiones graves.

ADVERTENCIA

Señaliza una situación que, si no se evita, puede causar la muerte o lesiones graves.

ATENCIÓN

Señaliza una situación que, si no se evita, puede causar lesiones leves o de gravedad media.

AVISO

Señaliza una situación que puede causar daños en los equipos o bien informa sobre el manejo del dispositivo.

Símbolo

Explicación Aviso

2 Seguridad

2

HM 500.09

2.3

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Indicaciones de seguridad

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AVISO Tenga en cuenta la dirección del flujo.



2.4

Tenga en cuenta también el manual de instrucciones del banco de ensayos HM 500 y las indicaciones de seguridad mencionadas allí.

Condiciones ambientales para el lugar de funcionamiento y el lugar de almacenamiento • Sala cerrada. • Libre de suciedad y humedad. • Suelo plano y sólido. • Protegido contra heladas.

2 Seguridad

3

HM 500.09

3

Descripción del equipo

3.1

Componentes del equipo 1

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TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

2

5

4

3

2

1

Dirección del flujo

1

Unión roscada de tubos

2

Acoplamiento rápido para la medición de pérdidas de presión

3

Acoplamiento rápido para la medición del caudal (medición de presión diferencial)

4

Tobera de medida del caudal

5

Placa base

Fig. 3.1

Componentes del equipo HM 500.09

3 Descripción del equipo

4

HM 500.09

3.2

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Montaje en el banco de ensayos para caudalímetros HM 500

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AVISO Tenga en cuenta la dirección del flujo. 1.

Sujete la placa base con los cuatro tornillos de mando estrellado en el puesto de medición vertical u horizontal del banco de ensayos. Si elige el puesto de medición horizontal, debe girar el accesorio de tal forma que los acoplamientos rápidos señalen hacia arriba en posición vertical, como se muestra en la Fig. 3.1.

2.

Atornille el accesorio a la sección de tubo por medio de las dos tuercas de unión.

AVISO Las uniones roscadas de tubos pueden perder su estanqueidad y, por consiguiente, ser destruidas. • Enrosque las tuercas de unión de las uniones roscadas de tubos sólo manualmente.

3 Descripción del equipo

3.

Para mediciones de pérdida de presión: Conecte los acoplamientos rápidos a través de mangueras de medición a los 2 tubos manométricos del banco de ensayos. Purgue los 2 tubos manométricos antes de la medición (véase el manual de instrucciones HM 500 al respecto)

4.

Para mediciones del caudal: Conecte los acoplamientos rápidos a través de mangueras de medición al instrumento de medición de la presión diferencial del banco de ensayos. Purgue el instrumento antes de la medición (véase el manual de instrucciones HM 500 al respecto).

5

HM 500.09

4

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Fundamentos Los fundamentos expuestos a continuación no pretenden estar completos. Para otras consideraciones teóricas, remitimos a la bibliografía especializada.

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4.1

Principio de medición La tobera de medida del caudal es un así llamado estrangulador, es decir, debido a la reducción de la sección transversal en el tubo se produce un aumento de la velocidad, lo cual resulta en una reducción de la presión p .

A

+

–

p

Como base para la medición del caudal volumétrico sirven la ecuación de Bernoulli y el principio de continuidad. En la norma DIN EN ISO 5167-1, estas ecuaciones están resumidas en la siguiente fórmula de caudal:

p

p

x Fig. 4.1

Principio de medición de la tobera de medida del caudal

·  pV = A 2 --------------



(4.1)

El coeficiente de caudal  y el coeficiente de expansión  para diámetros en el rango de 65...500mm se sustraen de la norma DIN EN ISO 5167-1.

4 Fundamentos

6

HM 500.09

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

La sección de apertura A resulta en 2

d =14mm

D = 28,4mm

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d A =   -----4

(4.2)

Para la determinación del coeficiente de caudal  (= f (Re,m)) según la norma DIN EN ISO 51671 se requiere la relación de aperturas m: 2

m = d ------2 D

(4.3)

d = diámetro durante la estrangulación D = diámetro antes de la estrangulación Fig. 4.2

Relación de aperturas de la tobera de medida del caudal

m = relación de aperturas

Como resultado se obtienen los siguientes valores:

Estrangulador Tobera de medida del caudal Tab. 4.1

Sección de apertura A en mm2

Relación de aperturas m

Coeficiente de caudal

153,94

0,24

1



Coeficiente de caudal 

Como el agua es incompresible, vale lo siguiente para el coeficiente de expansión  :

 = 1

(4.4)

La densidad del agua a una temperatura de 20°C es de: kg

 = 998,2 ------3-

(4.5)

m

4 Fundamentos

7

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4.2

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Particularidades de la medición del caudal con estranguladores Ventajas – apropiada para prácticamente todos los líquidos – ningunas piezas móviles

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Desventajas – exactitud dependiente de la calidad de fabricación – dependiente de la viscosidad – fluctuaciones de densidad influyen en el resultado de medición

4 Fundamentos

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5

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Ensayos La selección de ensayos no pretende ser exhaustiva, sino que más bien se trata de una sugerencia para crear ensayos propios. Los resultados citados deben considerarse sólo a título orientativo. En función de la ejecución de los distintos componentes, de la habilidad en el campo de la técnica de ensayo y de las condiciones del entorno, pueden presentarse divergencias en el experimento propio. No obstante, se pueden demostrar claramente las leyes de la física.

5.1

Ensayo "Medición de caudal y medición de pérdida de presión"

5.1.1

Preparación del ensayo

5.1.2

1.

Monte el caudalímetro como descrito en Capítulo 3.2, Página 5.

2.

Ajuste un caudal de aprox. 3000 L/h.

3.

Lea los valores de medición: · – Caudal de referencia V ref en la caja de distribución

Realización del ensayo

En este ensayo, la pérdida de presión de la tobera de medida del caudal llegó a exceder el rango de medición de los 2 tubos manométricos. Por esta razón se cambió al instrumento de medición de la presión diferencial para la medición

– Altura de pérdida  h en los 2 tubos manométricos – Presión diferencial  p en el instrumento de medición de la presión diferencial 4.

5 Ensayos

Anote los datos de medición.

9

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5.

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5.2

Repita los pasos 3 y 4 para los siguientes · caudales: V ref = 2500L/h; 2000L/h; 1500L/h; 1000L/h; 500L/h.

Valores de medición y evaluación del ensayo

Caudal de referencia en · V ref en L/h

Pérdida de presión ploss en mbar

  

· Caudal V meas en L/min en m3/h en %

Presión diferencial  p en mbar



Caudal ·  V calc en L/h ·  V meas en L/h

Desviación en %

Presión dinámica pdyn en mbar

3000

91

145

2987

0,4

2500

64,2

104

2530

1,2

2000

41,6

65,8

2012

0,6

1500

23,5

37,2

1512

0,8

1000

11,1

17,3

1032

3,2

500

2,9

4,4

520

4,0

Tab. 5.1

Resultados de medición ejemplares

Las desviaciones del caudal calculado, en relación al caudal de referencia, se pueden denominar buenas, a pesar de que aquí se disponga de una sección transversal de flujo más pequeña (d = 14mm) que la predeterminada en la norma DIN EN ISO 5167-1 (65mm a 500mm). Si los valores se representan gráficamente (véase Fig. 5.1, Página 11), se puede constatar

5 Ensayos

10

HM 500.09

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que la pérdida de presión se encuentra en el rango mediano, es decir, el caudalímetro de placa con orificio posee una resistencia al flujo mediana. En una escala bilogarítmica se obtienen líneas rectas de manera aproximada (véase Fig. 5.2, Página 12). Una comparación de la pérdida de presión de diferentes caudalímetros se encuentra en el manual de instrucciones del banco de ensayos HM 500.  ploss en mbar 100 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

500

1000

1500

2000

2500

3500

3000

·

Caudal de referencia V ref en L/h

Fig. 5.1

5 Ensayos

Curva de pérdida de presión de la tobera de medida del caudal HM 500.09

11

HM 500.09

Pérdida de presión  ploss en mbar

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

1000

500 400 300

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200

100

50 40 30 20

10

5 4 3 2 Caudal · V en L/h 1 100 Fig. 5.2

5 Ensayos

200

300

500

1000

2000 3000

5000

10000

Curva de pérdida de presión de la tobera de medida del caudal HM 500.09

12

HM 500.09

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6

Apéndice

6.1

Datos técnicos

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Dimensiones Largo x Ancho x Alto Peso

820mm x 200mm x 150 mm aprox. 6 kg

Tobera de medida del caudal Material Diámetro de la tobera Diámetro del tubo de tobera Conexiones de tubos

6.2

DN 32

Lista de los símbolos de fórmulas matemáticas y unidades Símbolo de fórmula matemática

Magnitud matemática / física

Unidad

A

Sección transversal constante

mm2

d, D

Diámetro

mm

hloss

Altura de pérdida

mm c.a.

m

Relación de aperturas

-

Re

Número de Reynolds

-

v

Velocidad de flujo

m/s



Coeficiente de caudal según DIN EN ISO 5167-1

-

p

Presión diferencial

mbar

p loss

Pérdida de carga del caudalímetro

mbar



Coeficiente de expansión del medio

1



Densidad específica del medio

kg/m3

Caudal

L/h

Caudal de referencia

L/h

· V · V ref

6 Apéndice

latón 14 mm 28,4 mm

13

HM 500.09

6.3

TOBERA DE MEDIDA DEL CAUDAL

Tablas Unidad

mm3

cm3

L

m3

1mm3

1

0,001

0,000001

0,000000001

1cm3

1.000

1

0,001

0,000001

1L

1.000.000

1.000

1

0,001

1m3

1.000.000.000

1.000.000

1.000

1

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Tab. 6.1

Tabla de conversión para unidades de volumen

Unidad

L/s

L/min

L/h

m3/min

m3/h

1L/s

1

60

3600

0,06

3,6

1L/min

0,01667

1

60

0,001

0,06

1L/h

0,000278

0,01667

1

0,00001667

0,001

1m3/min

16,667

1000

0,0006

1

60

1m3/h

0,278

16,667

1000

0,01667

1

Tab. 6.2

Tabla de conversión para unidades de caudal volumétrico

Unidad

mbar

Pa

kPa

mm columna de agua *

1bar

1

1.000

100.000

100

10.000

1mbar

0,001

1

100

0,1

10

1Pa

0,00001

0,01

1

0,001

0,1

1kPa

0,01

10

1.000

1

100

1 mm columna de agua *

0,0001

0,1

10

0,01

1

Tab. 6.3

6 Apéndice

bar

Tabla de conversión para unidades de presión * Valores redondeados

14