18/04/2023

ÍNDICE

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA“TECNLOGÍA PROPIA E INDEPENDENCIA

ECONOMICA”

LABORATORIO INTEGRAL I

PRÁCTICA No. 5: “CALIBRACIÓN DE ROTÁMETRO”

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

PRESENTA: GALLEGOS PINEDA JULVIO

CATEDRÁTICO: M.C. ANGEL GILDARDO CASTAÑEDA LOPEZ

PÁG.

INTRODUCCIÓN

Conclusiones

4

4

3

Fuentes Bibliográficas

Materiales y equipos

Resultados

Parte Experimental

Descripción Del Equipo

Marco Teórico

Objetivo

Introducción

Los rotámetros o flujómetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente, a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece prácticamente constante.

El rotámetro en su forma más simple consta de un tubo de vidrio de baja conicidad, en cuyo interior se encuentra el elemento sensible al caudal que circula por el tubo, al cual se denomina “flotador”. Bajo la acción de la corriente de líquido o gas, el flotador se desplaza verticalmente, e indica sobre una escala graduada directamente el caudal circulante, o una altura que sirve como dato de entrada para determinar el caudal en una curva o gráfico de calibración que debe obtenerse experimentalmente.

El principio de funcionamiento de los rotámetros se basa en el equilibrio de fuerzas que actúan sobre el flotador. En efecto, la corriente fluida que se dirige de abajo hacia arriba a través del tubo cónico del rotámetro, provoca la elevación del flotador hasta una altura en que el área anular comprendido entre las paredes del tubo y el cuerpo del flotador, adquiere una dimensión tal que las fuerzas que actúan sobre el mismo se equilibran, y el flotador se mantiene estable a una altura que corresponde a un determinado valor de caudal circulante

Haciendo un balance de fuerzas a través del flotador se obtiene la siguiente ecuación:

P1 A f−P2 A f+V f Pe−V f Pef=0 Ecuación 1

Donde

P1=Presi ónen la parte inferiordel flotador( gr

cm2 )P2=Presi óndel fluido en la parte superior del flotador ( gr

cm2 )A f=Área transversaldel flotador (cm2 ) ,lamayorde las dos

Pe=Pesoespec í ficodel fluido ( gr

cm3 )Pef=Pesoespec í fico del flotador( gr

cm3 )

Despejando (P1−P2 ), la caída de presión que genera el flotador, se obtiene:

P1−P2=V f

A f(Pef−Pe) Ecuación 2

Para un medidor operando sobre un fluido definido, el lado derecho de la ecuación 2 es constante e independiente del gasto. De acuerdo a esto, la caída de presión es constante y si el gasto varía, entonces el efecto es un cambio en la posición del flotador.

Para la evaluación de la constante global del rotámetro se hace uso de las características físicas del aparato, del principio de Torricelli y de la ecuación 2. La constante global se expresa en la siguiente ecuación:

Gm=K D f √F∗Pe Ecuación 3

Donde

Gm=Gastoenmasa( grs )

Df=Diá metrode lacabeza del flotador (cm )

K=Constante global odecalibraci ó n

F=W f (Pe f−Pe )

Pe f

Ecuación 4

W f=Peso del flotador(gr )

Los fabricantes de rotámetros F&P dan la siguiente fórmula empírica para conocer el gasto de otro liquido diferente al agua que pasa por el rotámetro, si se conoce el gasto de agua.

¿ Ecuacion 5

Donde

¿

¿

¿

OBJETIVO

“Calibrar el rotámetro a partir de los datos obtenidos y saber el funcionamiento de este mismo. “

MARCO TEÓRICO

Medidores de área variable en los que un flotador cambia su posición de forma proporcional al caudal  Como indicador visual. Se le puede hacer acoplamiento magnético  Instalación en vertical, además es un diafragma de orificio variable teniendo un coeficiente de descarga que englobara el reparto desigual de velocidades, la contracción de la vena del fluido, las rugosidades de la tubería, etc.

 

Los flotadores pueden tener varios perfiles de construcción:

 

Esférico: para bajos caudales y poca precisión, con una influencia considerable de la viscosidad del fluido.

 

Cilíndrico con borde plano: para caudales medios y elevados  con una influencia media de la viscosidad del fluido.

 

Cilíndrico con borde saliente: de cara inclinada contra el flujo  con menor influencia de la viscosidad que, por sus características de caudal, puede compararse a una tobera

 

Cilíndrico con boteras salientes: contra el flujo y con la mínima influencia de la viscosidad del fluido, que por su funcionamiento, puede compararse a una placa-orificio o diafragma.

 

Los flotadores pueden ser de acero inoxidable 316, aunque debido a los requerimientos de resistencia a la corrosión que se presenta en la industria también se usan otros materiales, como flotadores de plástico, pero se prefieren los metálicos por su mayor facilidad de mecanización del borde superior. Las escalas de los rotámetros se graban en una escala de latón o de aluminio montada a lo largo del tubo y situada en coincidencia con la línea de cero del tubo o bien directamente en un tubo de vidrio. La escala puede estar en unidades directas de caudal o bien en un porcentaje de la escala total. En el último caso, se añade un factor de multiplicación a todas las lecturas para convertir a unidades de caudal en volumen o peso del fluido. Otra forma de graduar la escala es en mm acompañando una curva de calibración caudal-lectura en mm para determinar el caudal del fluido.(amplitud de 10 a 1).

 

La calibración de los rotámetros se consigue básicamente manteniendo constante el paso de un caudal a través del rotámetro y midiendo la cantidad de líquido o de gas recogido en un tiempo dado medido con precisión. El volumen del líquido suele medirse con buretas graduadas o básculas mientras que en los gases se utilizan gasómetros y calibradores graduados con sello de mercurio. Para la medición del tiempo se utilizan cronómetros que midan al menos 0,01 segundos.

 

Según su aplicación los rotámetros se pueden clasificar en rotámetros de purga, de indicación directa con indicación magnética y transmisión neumática y electrónica.

 

El rotámetro de purga: Se utilizan para caudales pequeños, en sus aplicaciones se destaca la purga hidráulica de sellos mecánicos en bombas, la medición  por burbujeo, la purga de elementos de presión diferencial entre algunas

 

El rotámetro de vidrio: (indicación directa) adoptan distintas disposiciones como: llevar placas laterales, sellamiento con ventanas de cristal para observar el tubo,

disponen de armaduría de seguridad y de anti-hielo con gel de sílice para evitar la humedad, entre algunas cosas.

 

El rotámetro By-pass. Es un medidor de caudal de fluido, por lo tanto no de la presión diferencial, la escala de medida de este rotámetro es lineal y no de raíz cuadrada como se podría suponer siendo el elemento de medida un diafragma.

 

EQUIPO UTILIZADO

1. Un tanque cilíndrico de 57cm de diámetro (DT, provisto con indicador de nivel de vidrio con escala graduada en centímetros.

2. Una bomba centrifuga acoplada a un motor de ½ HP.3. Un rotámetro F&P con las siguientes características:

Flotador de acero inoxidable de peso específico (Pef) de 8.02 gr/cm3

Diámetro de la cabeza (Df) de 0.811 pulg.=2.06 cm Peso (Wf) de 30.8 gr Tubo de vidrio con graduación en porcentaje de flujo máximo El rotámetro es de tubería de ¾ pulg (190 cm)

4. Una válvula de aguja que permite la regulación del flujo, instalada después del rotámetro con el fin de que no influya su caída de presión en la precisión de la lectura.

PROCEDIMIENTO

1. Checar que todas las válvulas estén cerradas2. Abrir la válvula V-1 para llenar el tanque T-1.3. Abrir las válvulas V-6 y V-3 completamente4. Una vez lleno el tanque T-1 cerrar la válvula V-15. Abrir un poco la válvula V-5 y arrancar la bomba6. Ajustar la lectura del rotámetro a un valor determinado, regulando el gasto

con la válvula V-5.7. Tomar la lectura del rotámetro y la lectura del nivel del tanque T-1 al mismo

tiempo que se arranca en cronometro. Dejar que el nivel descienda por lo menos dos centímetros y tomar de nuevo la lectura del rotámetro, al mismo tiempo que se marca el tiempo transcurrido en el cronometro

8. Ajusta la lectura del rotámetro a otro valor, regulando gradualmente con la válvula V-5 y repetir el paso 7.

9. Efectuar tantas lecturas como alumnos tenga el equipo de trabajo.10.Al terminar la operación parar y desconectar la bomba, así como cerrar

todas las válvulas del equipo.

RESULTADOS

Número de corrida

experimental

Lectura del rotámetro

Tiempo en segundos.

Volumen (L)Volumen

(cm3)

1 0 0.815 0.630 6302 2 0.712 0.890 8903 4 0.666 0.940 9404 6 0.517 1.120 11205 8 0.413 1.090 10906 10 0.337 1.060 10607 12 0.359 1.360 13608 14 0.353 1.460 14609 16 0.424 2.130 213010 17.4 0.352 1.890 1890

CÁLCULOS

1.- cálculo del gasto volumétrico:

Gv=Vθ

Corrida 1

Gv=630cm3

0.815 s=773.006 cm3

s

Corrida 2

Gv=890cm3

0.712 s=1250 cm3

s

Corrida 3

Gv=940cm3

0.666 s=1411.411 cm3

s

Corrida 4

Gv=1120 cm3

0.517 s=2166.344 cm3

s

Corrida 5

Gv=1090cm3

0.413 s=2639.225 cm3

s

Corrida 6

Gv=1060cm3

0.337 s=3145.401 cm3

s

Corrida 7

Gv=1360cm3

0.359 s=3788.301 cm3

s

Corrida 8

Gv=1460cm3

0.353 s=4135.977 cm3

s

Corrida 9

Gv=2130 cm3

0.424 s=5023.585 cm3

s

Corrida 10

Gv=1890cm3

0.352 s=5369.318 cm3

s

Número de corrida experimental

Lectura del rotámetro Gasto volumétrico cm3

seg1 0 773.0062 2 12503 4 1411.4114 6 2166.3445 8 2639.2256 10 3145.4017 12 3788.3018 14 4135.9779 16 5023.58510 17.4 5369.318

2.- cálculo del gasto másico.

Gm=Gv ∙ρ

ρ = densidad del agua, 1g

cm3

Corrida 1

Gm=(773.006 cm3

s )(1 gcm3 )=773.006 g

s

Corrida 2

Gm=(1250 cm3

s )(1 gcm3 )=1250 g

s

Corrida 3

Gm=(1411.411 cm3

s )(1 gcm3 )=1411.411 g

s

Corrida 4

Gm=(2166.344 cm3

s )(1 gcm3 )=2166.344 g

s

Corrida 5

Gm=(2639.225 cm3

s )(1 gcm3 )=2639.225 g

s

Corrida 6

Gm=(3145.401 cm3

s )(1 gcm3 )=3145.401 g

s

Corrida 7

Gm=(3788.301 cm3

s )(1 gcm3 )=3788.301 g

s

Corrida 8

Gm=(4135.977 cm3

s )(1 gcm3 )=4135.977 g

s

Corrida 9

Gm=(5023.585 cm3

s )(1 gcm3 )=5023.585 g

s

Corrida 10

Gm=(5369.318 cm3

s )(1 gcm3 )=5369.318 g

s

Número de corrida experimental

Lectura del rotámetro Gasto másico en g

seg1 0 773.0062 2 12503 4 1411.4114 6 2166.3445 8 2639.2256 10 3145.4017 12 3788.3018 14 4135.9779 16 5023.58510 17.4 5369.318

Calculo de la constante global del rotámetro (K)

Se hace uso de las ecuaciones 3 y 4

Gm=K D f √FPe Ecuacion 3

F=W f (Pe f−Pe )

Pe f

Ecuación 4

Gm=K D f √ fPegc

g √ πg2

Cálculo de F, ya que esta será una constante:

F=30.08g (8.02 g

cm3−0.9988g

cm3 )8.02

gcm3

F=26.3338 g

K= Gm

D f √FPegc

g √ πg2

Corrida 1

K=773.006

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 2

K=1250

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 3

K=

1411.411gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 4

K=2166.344

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 5

K=2639.225

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 6

K=3145.401

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 7

K=3788.301

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 8

K=4135.977

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 9

K=5023.585

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Corrida 10

K=5369.318

gs

(2.06cm ) (√26.3338g∗0.9988 )( ggf )¿¿

Numero de corrida experimental

Lectura del rotámetro Constante global del rotámetro

1 0 2.63432 2 4.25993 4 4.81014 6 7.38285 8 8.99446 10 10.71947 12 12.91048 14 14.09539 16 17.120510 17.5 18.2985

CALCULO DEL GASTO EN MASA PARA UN LIQUIDO ACETONA DIFERENTE AL AGUA DE PESO ESPECIFICO (Pe) Acetona

F=30.08g (8.02 g

cm3−0.79g

cm3 )8.02

gcm3

F= 27.1170 gr

Corrida 1

Gm=2.6343 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=25.689

Corrida 2

Gm=4.2599 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=40.616

Corrida 3

Gm=4.8101 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=45.862

Corrida 4

Gm=7.3828 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=70.391

Corrida 5

Gm=8.9444 (2.06 )√27.1170 (0.79 )=85.281

Corrida 6

Gm=10.7194 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=102.204

Corrida 7

Gm=12.9104 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=123.095

Corrida 8

Gm=14.0953 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=134.392

Corrida 9

Gm=17.1205 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=163.236

Corrida 10

Gm=18.2985 (2.06 ) √27.1170 (0.79 )=174.468

CALCULO DEL GASTO VOLUMETRICO DEL LIQUIDO X (Acetona)

Corrida 1

Gv=25.689

grseg

0.79gr

cm3

=32.517cm3

seg

Corrida 2

Gv=40.616

grseg

0.79gr

cm3

=51.412cm3

seg

Corrida 3

Gv=45.862

grseg

0.79gr

cm3

=58.053cm3

seg

Corrida 4

Gv=70.391

grseg

0.79gr

cm3

=89.102cm3

seg

Corrida 5

Gv=85.281

grseg

0.79gr

cm3

=107.95cm3

seg

Corrida 6

Gv=102.204

grseg

0.79gr

cm3

=129.372cm3

seg

Corrida 7

Gv=123.095

grseg

0.79gr

cm3

=155.816cm3

seg

Corrida 8

Gv=134.392

grseg

0.79gr

cm3

=170.116cm3

seg

Corrida 9

Gv=163.236

grseg

0.79gr

cm3

=206.627cm3

seg

Corrida 10

Gv=174.468

grseg

0.79gr

cm3

=220.845cm3

seg

Numero de corrida experimental

Lectura del rotámetro

Gasto volumétrico en

Gasto másico en gr/ seg.

cm3/ seg.1 0 32.517 25.6892 1 51.412 40.6163 2 58.053 45.8624 3 89.102 70.3915 4 107.95 85.2816 5 129.372 102.2047 6 155.816 123.0958 7 170.116 134.3929 8 206.627 163.23610 9 220.845 174.468

COMPROBACION DEL GASTO VOLUMETRICO DEL LIQUIDO X CON LA DENSIDAD EMPIRICA

Corrida 1

(Gv ) x=773.006

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=878.244 grcm3

Corrida 2

76.8031 (Gv ) x=1250

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=1613.522 grcm3

Corrida 3

(Gv ) x=1411.411

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=1420.177 grcm3

Corrida 4

(Gv ) x=2166.344

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 g r

cm3 )

=2461.273 grcm3

Corrida 5

(Gv ) x=2639.225

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=2998.533 grcm3

Corrida 6

(Gv ) x=3145.401

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=3573.621 grcm3

Corrida 7

(Gv ) x=3788.301

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=4304.046 grcm3

Corrida 8

(Gv ) x=4135.977

c m3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=4699.055 grcm3

Corrida 9

(Gv ) x=5023.585

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=5707.504 grcm3

Corrida 10

(Gv ) x=5369.318

cm3

seg

√7.09(0.79 gr

cm3 )

(8.02 grcm3 )−(0.79 gr

cm3 )

=6100.305 grcm3

Una vez efectuados los cálculos de la práctica construir las siguientes graficas.

Gráfica de calibración del rotámetro (lecturas del rotámetro contra el gasto volumétrico Gv) (grafica 1)

773.006

1250

1411.411

2166.344

2639.225

3145.401

3788.301

4135.977

5023.585

5369.318

0

2

4

6

8

10

12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

k

Constante de calibración del rotámetro K con gasto en masa (Gm).

(Gráfica 2)

773.006

1250

1411.411

2166.344

2639.225

3145.401

3788.301

4135.977

5023.585

5369.318

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2.6343

4.25994.8101

7.3828

8.9944

10.7194

12.9104

14.0953

17.1205

18.2985

k

k

BIBLIOGRAFÍA

OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERÍA QUÍMICA, Warren L, McCabe -Julian C. Smith - Peter Harriott

R. B. Bird, W. E. Steweart, E. N. Lightfoot. FENOMENOS DE TRANPORTE. 1a EDICION. Cap 6

MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO, Perry, 6ta edición Mc Graw Hill.