INGENIERIA CIVIL – UPN-WA Flujo de Fluidos Flujos Compresibles e incompresibles. Medidores de Flujo W. Loyola 1.

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1 INGENIERIA CIVIL – UPN-WA Flujo de Fluidos Flujos Compresibles e incompresibles. Medidores de Flujo W. Loyola 1

2 Flujos Compresibles e Incompresibles 2

3 En mecánica de fluidos se considera típicamente que los fluidos encajan dentro de dos categorías que en general requieren un tratamiento diferente: los fluidos compresibles y los fluidos incompresibles 3

4 Que un tipo de fluido pueda ser considerado compresible o incompresible no depende sólo de su naturaleza o estructura interna sino también de las condiciones mecánicas sobre el mismo. 4

5 ¿Qué es la compresibilidad? Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión determinada 5

6 Flujo compresible Es aquél fluido cuya densidad varía significativamente ante un cambio de presión. Tanto los gases, como los líquidos disminuyen su volumen cuando se les aplica una presión. La variación del volumen y la variación de presión depende de la elasticidad del mismo. 6

7 FLUIDO INCOMPRESIBLE Un fluido incompresible es cualquier fluido cuya densidad siempre permanece constante con el tiempo, y tiene la capacidad de oponerse a la compresión del mismo bajo cualquier condición. Esto quiere decir que ni la masa ni el volumen del fluido puede cambiar. 7

8 El agua es un fluido casi incompresible, es decir, la cantidad de volumen y la cantidad de masa permanecerán prácticamente iguales, a una baja presión. 8

9 Todos los fluidos son compresibles, algunos más que otros. La compresión de un fluido mide el cambio en el volumen de una cierta cantidad de líquido cuando se somete a una presión exterior. 9

10 Por esta razón, para simplificar las ecuaciones de la mecánica de fluidos, se considera que los líquidos son incompresibles. En términos matemáticos, esto significa que la densidad de tal fluido se supone constante 10

11 Bernoulli Daniel Bernoulli (Groninga, 8 de febrero de 1700 - Basilea, 17 de marzo de 1782) fue un matemático, estadístico, físico y médico holandés-suizo. En 1738 publicó su obra 'Hidrodinámica', en la que expone lo que más tarde sería conocido como el Principio de Bernoulli.Groninga8 de febrero1700 Basilea17 de marzo1782matemático estadísticofísicomédicoholandéssuizoPrincipio de Bernoulli 11

12 La Ecuación De Bernoulli Creando un criterio para decidir si el flujo de un gas se puede tratar como incompresible. Considerando un flujo estacionario sin esfuerzo cortante, trabajo en el eje o transferencia de calor. A estas condiciones, la presión de estancamiento es constante. Se supondrá que los cambios en elevación son despreciables. 12

13 Ecuación más utilizada en mecánica de fluidos. Si el fluido es incompresible, la presión en cualquier lugar se puede calcular a partir de la ecuación de Bernoulli en la forma de presión (Flujo incompresible). Ecuación de Bernoulli 13

14 MEDICIÓN DEL FLUJO DE FLUIDOS 14

15 Para el control de procesos industriales es esencial conocer la cantidad de materia que entra y sale del proceso. Puesto que los materiales se transportan, siempre que sea posible en forma fluida, es importante medir la velocidad con que un fluido circula a través de una tubería 15

16 Tubo de Pitot El tubo de pitot es un aparato que sirve para medir la velocidad local a lo largo de una línea de corriente. 16

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18 Medidor Venturi También conocido como tubo Venturi. Se inserta directamente en una tubería, se conecta un manómetro u otro dispositivo para medir la diferencia de presión p1 – p2. 18

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20 Aplicaciones del tubo Venturi En mecánica, maquinaria industrial, laboratorios 20

21 Desventajas del Medidor Venturi Ocupa un espacio considerable Es muy costoso El diámetro de la garganta es fijo 21

22 Medidor de Orificio La idea básica de un orificio es reducir el área de paso del fluido para aumentar su velocidad y producir una caída de presión equivalente al cambio de velocidad, de manera que se pueda calcular el flujo másico. 22

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24 Flujos de canales abiertos o vertederos En muchos casos los líquidos fluyen en canales abiertos y no en ductos cerrados. Para medir el gasto volumétrico en estos casos suelen usarse vertederos. Los dos principales vertederos son el rectangular y el triangular 24

25 VERTEDEROS Un vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un líquido con superficie libre, causando una elevación del nivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel aguas arriba que no exceda un valor límite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. Como vertedero de medida, el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, además de depender de la geometría; por ello, un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos. 25

26 VERTEDOR RECTANGULAR Es una obstrucción en un canal abierto sobre el que circula un liquido 26

27 VERTEDOR TRIANGULAR Para medir pequeños gastos, el vertedero triangular es más preciso que el rectangular, puesto que, para un mismo caudal, los valores de h son mayores. 27

28 Rotámetro Esta constituido de un tubo vertical cónico por el que el fluido se mueve hacia arriba y dentro del cual se encuentra el rotor o elemento activo de l medidor 28

29 Unas paletas hacen que el rotor gire lentamente alrededor del eje del tubo, manteniéndolo así centrado dentro del tubo. 29

30 Medidor de turbina Consta de una rueda con un conjunto de paletas curvas (alabes),montadas dentro de un conducto. El flujo volumétrico que pasa por el medidor está relacionado con la velocidad de r0tacion de la rueda. 30

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32 Medidores de flujo de masa de gas térmico Este usa dos técnicas: 1.Elevación de temperatura 2.Pérdida de calor 32

33 Aplicaciones Mediciones del oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, cloro y gases mezclados. Conversión de gases. Medición del flujo del gas. Medición del metano. Medición del aire comprimido. 33

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35 Medidores de flujo magnéticos Es un tubo hueco forrado con varios electrodos periféricos metálicos, es un tipo de instrumento de medición de alta precisión y desempeño confiable. 35

36 Aplicaciones Son especialmente apropiados para la medición del flujo volumétrico de electricidad en medios conductivos: Ácidos, alcalinos, solución salina, etc. 36

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38 Medidor de flujo másico coriolis Este medidor es insensible a las condiciones de operación de viscosidad, densidad, tipo de fluido y lechadas. El flujo principal entra a dos canales laterales de un tubo en U. El fluido induce una fuerza entonces, los tubos giran levemente y el ángulo de torsión que se mida es proporcional ala velocidad de flujo de masa. 38

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40 Medidor de flujo de eliminación de remolinos. Cuando un fluido fluye mas allá de un objeto desafilado, forma un remolino o vórtice. Se cuentan los remolinos y la señal es proporcional a la velocidad del flujo. 40