Medida Del Flujo y Calibración de Rotametros UNPRG

8/10/2019 Medida Del Flujo y Calibracin de Rotametros UNPRG

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Facultad de Ingeniera Mecnica y Elctrica

CURSO:Laboratorio de Ingeniera Mecnica I

CATEDRATICO:Ing.CIP. Teobaldo Julca Orozco.

PRACTICA DE LABORATORIO N1:Medicin del caudal y calibracin de rotmetros

ALUMNO:Oscar Manuel Chvez Delgado

CDIGO:110469-DCICLO: VII

FECHA DE PRESENTACIN:11/09/2014

Lambayeque, septiembre del 2014

I N G . M

E C A N I C

A Y E L E C T R I C A


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Oscar Manuel Chvez Delgado

UNPRG - FIMEMedicin del volumen y calibracin de rotmetros

2

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

LABORATORIO DE ENERGIA Y MAQUINAS TERMICAS O

ELECTRICIDAD

CURSO

LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA I

CATEDRATICO

ING. CIP. TEOBALDO JULCA OROZCO.

PRA CTICA D E LA B ORA TORIO N03

CAUDAL

D ATO S P E R S O N A L E S

CHVEZ DELGADO OSCAR MANUELCODIGO : 110469D CICLO : 2014-I

FECHA

11/09/2014

NOTA


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LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA N1MEDICIN DEL CAUDAL Y CALIBRACION DE ROTAMETROS

I. INTRODUCCIN:En el desarrollo de procesos industriales, tanto de alimentos comode otros procesos en los que no se desarrollan tcnicas de conservacin biolgica, seutilizan fluidos, de diversa ndole, ya sea como intercambiadores de calor o comosustancia principal del proceso, para lograr un eficiente y seguro proceso, es necesario elmonitoreo constante de todas las propiedades fsicas y qumicas de este fluido, as comotambin la cantidad suministrada.Para lograr este fin, es muy importante contar en la planta con sistemas de medicin decaudal, a estos instrumentos se les denomina Rotmetros,ms adelante se detallaran suscaractersticas y propiedades, en esta ocasin se ha desarrollado la medicin de caudal ycalibracin de rotmetros en las instalaciones de la PLANTA PILOTO UNPRG, conla ayuda del Ingeniero encargado de la planta y del ingeniero encargado del curso.

En la planta piloto de nuestra universidad, se procesan diversos alimentos, tales comoconservas de frutas, bebidas, mermeladas, dulces e incluso se procesa agua para elconsumo humano, estos alimentos son posteriormente puestos a la venta al pblico engeneral. Los desarrolladores de este complicado procedimiento, son los alumnos de lasescuelas profesionales de INDUSTRIAS ALIMENTARIAS y la escuela de INGENIERAQUIMICA. La planta, adems de servir a estas escuelas, ayuda a los alumnos de la escuelade INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA de nuestra universidad para acercarlos almundo del monitoreo, mantenimiento y diseo de plantas de produccin.

II. OBJETIVO:

Medicin del caudal y calibracin de rotmetros


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III. FUNDAMENTO TERICO:

Fluido:Un fluido es una substancia que se deforma continuamente al ser sometida aun esfuerzo cortante (esfuerzo tangencial) no importa cun pequeo sea este.Segn las formas fsicas en que la materia puede existir, los fluidos estn constituidospor la fase liquida y la fase gaseosa (o vapor). La diferencia entre un fluido y la otrafase de la materia (es decir, el estado slido) es muy clara si uno los comparaatendiendo al comportamiento descrito en la definicin de fluido: un slido es unasubstancia que se deforma hasta determinado grado cuando se le aplica un esfuerzocortante, pero no continua deformndose al mantener dicho esfuerzo.

Movimiento de flujo:En los cursos que anteriormente se lleva en la facultad, comoson mecnica de fluidos, dinmica de gases y turbomquinas, se trata extensamentelas definiciones de fluidos tanto lquidos como gases y su anlisis respectivo segn laocasin. El estudio del movimiento de los fluidos se puede realizar a travs de ladinmica como tambin de la energa que estos tienen en su movimiento. Una formade estudiar el movimiento es fijar la atencin en una zona del espacio, en un punto enun instante t, en el que se especifica la densidad, la velocidad y la presin del fluido.En ese punto se examina lo que sucede con el fluido que pasa por l. Al movimientode un fluido se le llama flujo y dependiendo de las caractersticas de este se lespuede clasificar en:

Flujo viscoso y no viscoso: los flujos viscosos son aquellos que presentanresistencia al avance. Todos los fluidos reales son viscosos.Flujo incompresible y compresible: Los flujos incompresibles son aquellos en

que la densidad ( = Masa/Volumen) prcticamente permanece constante.Flujo laminar y turbulento: en el flujo laminar, el fluido se desplaza en lminas

o capas paralelas. En el turbulento las partculas se mueven siguiendotrayectorias muy irregulares.Flujo permanente: si las propiedades como la densidad, la velocidad, la presinno cambian en el tiempo en un punto del espacio, entonces se dice que el flujoes permanente, pudiendo cambiar de un punto a otro.

Caudal: Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se

identifica con el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidadde tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo msico o masa que pasa

por un rea dada en la unidad de tiempo.

Q Caudal ([L 3T1]; m 3 /s)

A Es el rea ([L 2]; m 2)

Es la velocidad lineal promedio. ([LT1

]; m/s)


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Medicin del caudal:Existen varios mtodos para medir el caudal segn sea el tipode fluido, la precisin deseada, el control requerido y el tipo de caudal volumtrico omsico. En el presente informe, se nombrarn y se explicarn algunos de ellos,dndole ms importancia a los medidores volumtricos que a los de caudal masa, pues

los primeros son los que se utilizan ms frecuentemente.

Medidores volumtricos:Los medidores volumtricos determinan el caudal envolumen del fluido. Hay que sealar que la medida de caudal en la industria seefecta principalmente con elementos que dan lugar a una presin diferencial alpaso del fluido. Entre estos elementos se encuentran los caudalmetros deobstruccin; la placa-orificio o diafragma, la tobera, y el tubo Venturi. Placa orificio:Una placa orificio es una restriccin con una abertura ms

pequea que el dimetro de la caera en la que est insertada. La placa orificiotpica presenta un orificio concntrico, de bordes agudos. Debido a la menor

seccin, la velocidad del fluido aumenta, causando la correspondientedisminucin de la presin. El caudal puede calcularse a partir de la medicinde la cada de presin en la placa orificio.

Tubo Venturi: El tubo Venturi es similar a la placa orificio, pero est diseadopara eliminar la separacin de capas prximas a los bordes y por lo tantoproducir arrastre. El cambio en la seccin transversal produce un cambio depresin entre la seccin convergente y la garganta, permitiendo conocer elcaudal a partir de esta cada de presin. Aunque es ms caro que una placaorificio, el tubo Venturi tiene una cada de presin no recuperable muchomenor.


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Tubo pitot y annubar: El tubo Pitot mide la presin esttica y la presindinmica del fluido en un punto de la caera. El caudal puede determinarse apartir de la diferencia entre ambas presiones. Un Annubar consiste de variostubos Pitot ubicados a travs de la caera para proveer una aproximacin alperfil de velocidad. El caudal total puede determinarse a partir de esas mltiples

mediciones. El tubo Pitot y el Annubar aportan cadas de presin muy bajas,pero no son fsicamente resistentes y solamente pueden ser usados con lquidosclaros

Medidor de engranes:Es uno de los tipos ms populares de medidor dedesplazamiento positivo. Consiste de dos ruedas maquinadas y una cavidad demedicin. El paso del fluido a travs del medidor hace girar las ruedasovaladas. Cada rotacin de las ruedas corresponde al paso de una cantidadconocida de fluido a travs del medidor. La rotacin de las ruedas suele serdetectada por un sensor de proximidad que genera una seal elctrica con una

frecuencia proporcional al caudal. Esta seal es acondicionada luego en unasalida de pulsos y/o analgica.

Rotmetros: Los rotmetros o flujmetros son instrumentos utilizados paramedir caudales, tanto de lquidos como de gases que trabajan con un salto depresin constante. Se basan en la medicin del desplazamiento vertical de unelemento sensible, cuya posicin de equilibrio depende del caudal circulanteque conduce simultneamente, a un cambio en el rea del orificio de pasaje delfluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actan sobre el elementomvil permanece prcticamente constante.La fuerza equilibrante o antagnica en este tipo de medidores lo constituye la

fuerza de gravedad que acta sobre el elemento sensible construido por logeneral de forma cilndrica con un disco en su extremo, y provisto de orificioslaterales por donde circula fluido que inducen una rotacin alrededor de su ejepara propsitos de estabilidad y centrado. Existen tambin elementos sensiblesde forma esfrica, utilizados por lo general para medicin de bajos caudalesque carecen de rotacin.El rotmetro en su forma ms simple consta de un tubo de vidrio de bajaconicidad, en cuyo interior se encuentra el elemento sensible al caudal quecircula por el tubo, al cual se denomina flotador. Bajo la accin de lacorriente de lquido o gas el flotador se desplaza verticalmente, e indica sobre

una escala graduada directamente el caudal circulante, o una altura que sirvecomo dato de entrada para determinar el caudal en una curva o grfico decalibracin que debe obtenerse experimentalmente.


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El principio de funcionamiento de los rotmetros se basa en el equilibrio defuerzas que actan sobre el flotador. En efecto, la corriente fluida que se dirigede abajo hacia arriba a travs del tubo cnico del rotmetro, provoca laelevacin del flotador hasta una altura en que el rea anular comprendido entrelas paredes del tubo y el cuerpo del flotador, adquiere una dimensin tal que

las fuerzas que actan sobre el mismo se equilibran, y el flotador se mantieneestable a una altura que corresponde a un determinado valor de caudalcirculante. Las fuerzas que actan sobre el flotador son tres y de naturalezadistinta:

Fuerza de origen aerodinmico o resistencia aerodinmica, D actuandohacia arriba. Fuerza de Arqumedes o empuje hidrosttico, E tambin actuando haciaarriba. Fuerza gravitatoria o peso W actuando hacia abajo.En condiciones de estabilidad, el flotador se mantiene a una altura.

Medidores De Caudal- Masa:Si bien en la industria normalmente se empleanmedidores volumtricos para medir el caudal, a menudo interesa aprovechar lascaractersticas medibles de la masa.

Medidores trmicos de caudal:El funcionamiento del medidor trmico de

caudal se basa en el principio fsico de la elevacin de temperatura del fluidoen su paso por un cuerpo caliente. Este aparato, que tambin recibe el nombrede medidor Thomas, consta de una fuente de alimentacin elctrica queproporciona calor constante al punto medio de un tubo por el cual circula unfluido. En los puntos equidistantes de la fuente de calor se encuentran sondasde resistencia para medir la temperatura del fluido.Cuando el fluido est en reposo, la temperatura es la misma en las dos sondas.Cuando el fluido circula por el tubo, transporta una cantidad de calor hacia lasegunda resistencia T2, y se produce una diferencia de temperaturas entre losdos elementos que va aumentando a medida que aumenta el caudal.


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Error: El error es una medida de la desviacin de los resultados tericos con respectoal valor patrn, estos errores dependen de muchos factores, tales como la variacindel ambiente de medida (clima, presin, humedad), fatiga de los instrumentos,errores humanos en la utilizacin y lectura de los estos y errores obtenidos poraproximaciones y redondeos. Los errores ms significativos que se van a calcular sonlos errores absolutos y relativos:

Error absoluto: El error absoluto se define matemticamente como la diferenciaentre el valor terico o medido y el valor real.

=

Donde: ::

:

Error Relativo: El error relativo se define matemticamente como el cocienteentre el error absoluto y el valor patrn, si se multiplica a este por 100% se obtieneel error relativo en porcentaje, este al igual que el error absoluto puede ser unnumero negativo o positivo, ya que el este (error) puede ser por exceso o pordefecto.

= 100%

Donde: :

:

:


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IV. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

Rotmetro:el rotmetro que se ha utilizado en el presente desarrollo dellaboratorio, tiene las siguientes caractersticas:

Cdigo: Umrechnung MeBrohr Nr,b66004Temperatura. 20C

Recipiente graduado:para lograr el fin de obtener el caudal real se ha utilizado la jarra que se muestra en la imagen, esta jarra tiene una capacidad de 2ltrs.

Cronmetro:El cronometro que se ha utilizado para controlar el tiempo en el quese demora en llenar la jarra hasta un capacidad de 0.5 litros., es el instalado en uno

de los celulares de nuestros compaeros.


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V. DATOS EXPERIMENTALES:

PUNTOSPOSICION

FLOTADOR (mm)VOLUMEN

RECIPIENTE (ltrs)TIEMPO

(s)CAUDAL

REAL (l/h)CAUDAL

TEORICO (l/h)ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. D

1 70 70 0.5 0.5 11.6 11.4 155.2 157.9 176 1762 90 90 0.5 0.5 8 7.6 225.0 236.8 252 2523 110 110 0.5 0.5 5.2 5.3 346.2 339.6 336 3364 130 130 0.5 0.5 4.1 4.2 439.0 428.6 424 4245 147 147 0.5 0.5 3.8 3.6 473.7 500.0 500 5006 160 160 0.5 0.5 3.4 3.6 529.4 500.0 564 5647 175 175 0.5 0.5 3.1 2.5 580.6 720.0 632 6328 190 190 0.5 0.5 2.8 2.4 642.9 750.0 704 7049 210 210 0.5 0.5 2.4 2.3 750.0 782.6 804 804

10 230 230 0.5 0.5 1.9 2.1 947.4 857.1 904 904

Esto son los datos que se han obtenido en el desarrollo de laboratorio medida del caudal ycalibracin de rotmetros se debe de hacer notar que el laboratorio se ha desarrollado en laplanta piloto de la UNPRG, a las 10 am.

VI. PROCEDIMIENTO:

Como sabemos, en toda prctica de laboratorio, el ambiente en que este se desarrollara,debe de estar permanentemente en buenas condiciones y limpio, caso contario ates deempezar el desarrollo del laboratorio se debe de apoyar con el manteniendo a fin de evitaraccidentes y tomar medidas con la exactitud ms viable.

Las mediciones del caudal terico y del caudal real se harn simultneamente, y esteltimo depender de la posicin en la que se fije el flotador del rotmetro.

Con la manipulacin de ambas vlvulas (antes y despus del rotmetro) fijar el flotadoren un marcador de la escala graduada de ste, instantneamente, en el desfogue de latubera, con una jarra graduada, controlar el tiempo en que demora esta en alcanzar undeterminado nivel, para nuestro caso es el de 0.5 litros. Repetir este paso variando 10veces la posicin del flotador de manera ascendente.

Luego de alcanzar el mximo valor en la variacin de la posicin del flotador, descenderel flotador por los mismos valores en la escala graduada realizando el mismoprocedimiento en la toma de medidas del paso anterior, esto se realizar hasta alcanzar elmnimo valor en la escala considerado.

Para hallar el caudal terico, se ha utilizado el monograma que se adjunta como anexo,este tiene dos partes, la escala de la izquierda es la misma que se encuentra en elrotmetro, como se puede notar est en mm, la escala de la derecha es el caudalcorrespondiente para cada posicin del flotador, esta est en l/h (litros por hora).


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VII. CLCULOS Y RESULTADOS:

Caudal real:como se sabe, el caudal es el volumen que fluye por unidad de tiempo, parahallar el caudal real, se divide el nivel establecido de lquido (0.5 litros), entre el tiempo(en horas), el resultado estar en litros por hora.

Caudal terico:Para hallar el caudal terico, se siguen los pasos del procedimiento.

Caudal real promedio:El caudal promedio es la semisuma de los caudales realesregistrados, tanto ascendente como descendentemente.

Caudal terico promedio:el caudal terico promedio es la semisuma de los caudalestericos registrados, tanto ascendente como descendentemente.

Coeficiente de descarga:

Media:

Varianza:

2

2 1

( )

1

n

ii

t X

n =

=

Desviacin Estndar:La desviacin estndar se ha calculado segn el Mtodo deMnimos cuadrados.

2

2 1

( )

1

n

ii

t X

n =

=


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12

( )22i i i i

i i

n x y x yb

n x x

=

( )

2

22

i i i i i

i i

x y x x ya

n x x

=

Ecuacin de la recta:

y bx a= +

VIII. GRFICOS:

CALIBRACION Y AJUSTE:

CALIBRACIN DE MANMETRO

PUNTOCAUDALES (l/h)

Qr*Qt QT2 Qr2Q real Q teorico X(Q T) Y

1 156.53 176 27549.91 30976 24502.76 176 189.2992 230.92 252 58192.11 63504 53324.53 252 264.8993 342.89 336 115210.45 112896 117572.35 336 348.4574 433.80 424 183930.31 179776 188180.63 424 435.9955 486.84 500 243421.05 250000 237015.24 500 511.5956 514.71 564 290294.12 318096 264922.15 564 575.2597 650.32 632 411003.87 399424 422919.46 632 642.9018 696.43 704 490285.71 495616 485012.76 704 714.5239 766.30 804 616108.70 646416 587222.35 804 813.997

10 902.26 904 815639.10 817216 814065.24 904 913.471N SX =Qr SY =Qt SXY =Qr*Qt SYY =Qt2 SXX =Qr2

10 5181.00 5296.00 3251635.33 3313920.00 3194737.45

ECUACIN GENERAL DE LARECTA Y= mX+b

m b

m=( N*SXY-SX*SY)/(N*SXX-SX*SX) b=(SXX*SY-SX*SXY )/(N*SXX-SX*SX)

0.994742653 14.22384071

Y=0.994742653X+14.22384071


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0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

1000.00

140 240 340 440 540 640 740 840 940 1040

C A U D A L R E A L

( l / h )

CAUDAL TEORICO (l/h)

CAUDAL REAL vs CAUDAL TEORICO

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

1000.00

140 240 340 440 540 640 740 840 940 1040

C A U D A L R E A L

( l / h )


CAUDAL REAL vs CAUDAL TEORICO

0.000

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

800.000

900.000

1000.000

0 200 400 600 800 1000

CALIBRACION Y AJUSTE


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CURVA DE ERROR:

ABSOLUTO Q terico

19.4664 176

21.0789 252

6.88824 336

9.79791 424

13.1579 500

49.2941 564

18.3226 632

7.57143 704

37.6957 804

Anlisis:Como se puede notar, en el error correspondiente a la sexta medida es muyalto, los factores son muchos, pero los ms frecuentes son por condiciones de medidao errores por mala manipulacin de instrumentos, esta ltima parece que es la msresaltante.

COEFICIENTE DE DESCARGA vs QTP:

coef. Desc Q teorico

0.89 176

0.92 252

1.02 336

1.02 424

0.97 500

0.91 564

1.03 632

0.99 704

0.95 804

1.00 904

0

10

20

30

40

50

60

150 250 350 450 550 650 750 850 950

E R R O R A B S O L U T O

( l / h )


CURVA DE ERROR

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00

1.02

1.04

150 250 350 450 550 650 750 850 950

C O E F I C I E N T E D E D E S C A R G A


COEFICIENTE DE DESCARGA vs CAUDAL TEORICO


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CURVA DE CORRECCION:

RELATIVO(%)

Q terico

0.124 1760.091 2520.020 336

0.023 4240.027 500

0.096 5640.028 632

0.011 7040.049 8040.002 904

IX. OBSERVACIONES:

La grafica de ajuste y calibracin, nos hace notar que no existe mucha diferencia entrela curva caudal real vs caudal teorico y la curva ajuste, por lo que an no es necesaria lareposicin del equipo de medicin, en este caso del rotmetro.

Las mediciones del caudal real son muy sensibles, por lo que es necesaria una medicinmuy minuciosa.

X. CONCLUSIONES:

El rotmetro medido, y al que se le ha hecho el seguimiento, se encuentra en condicionesbuenas para la medicin de caudal, la curva ajuste calibracin me arroja valoresaceptables.

XI. RECOMENDACIONES:

Las mediciones, se deben de hacer con mucha ms sensibilidad, con lo que respecta a laobtencin del caudal real, por lo que esta se debe de hacer muy minuciosamente.

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

176 252 336 424 500 564 632 704 804 904

E R R R O R E L A T I V O

( % )


CURVA DE CORRECION


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XII. ANEXOS

PUNTOSPOSICION

FLOTADOR (mm)VOLUMEN

RECIPIENTE (ltrs)TIEMPO

(s)CAUDAL

REAL (l/h)CAUDAL

TEORICO (l/h)

ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. DESNTE. ASCNTE. DESN1 70 70 0.5 0.5 11.6 11.4 155.2 157.9 176 176

2 90 90 0.5 0.5 8 7.6 225.0 236.8 252 252

3 110 110 0.5 0.5 5.2 5.3 346.2 339.6 336 336

4 130 130 0.5 0.5 4.1 4.2 439.0 428.6 424 424

5 147 147 0.5 0.5 3.8 3.6 473.7 500.0 500 500

6 160 160 0.5 0.5 3.4 3.6 529.4 500.0 564 564

7 175 175 0.5 0.5 3.1 2.5 580.6 720.0 632 632

8 190 190 0.5 0.5 2.8 2.4 642.9 750.0 704 704

9 210 210 0.5 0.5 2.4 2.3 750.0 782.6 804 804

10 230 230 0.5 0.5 1.9 2.1 947.4 857.1 904 904

CAUDALPROMEDIO (l/h) COEF.

DESCERROR

VARIANZA DESV.ESTA.Q real Q teorico ABSOLUTO RELATIVO (%)156.5 176 0.889 19.47 0.124 189.5 13.76

230.9 252 0.916 21.08 0.091 222.2 14.91

342.9 336 1.021 6.89 0.020 23.7 4.87

433.8 424 1.023 9.80 0.023 48.0 6.93

486.8 500 0.974 13.16 0.027 86.6 9.30

514.7 564 0.913 49.29 0.096 1215.0 34.86

650.3 632 1.029 18.32 0.028 167.9 12.96

696.4 704 0.989 7.57 0.011 28.7 5.35

766.3 804 0.953 37.70 0.049 710.5 26.65

902.3 904 0.998 1.74 0.002 1.5 1.23


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XIII. LINKOGRAFIA:

Manual De Instalacin Y Mantenimiento Rotmetro Serie G EV .. GRAU INSTRUMENTOS www.pdffactory.com www.efunda.com/ designstandards/ sensors/ flowmeters/ flowmeter_intro.cf ROTAMETROS FUNDAMENTOS Y CALIBRACIONIng. Esteban L. Ibarrol


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O M l Ch D l d


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XIV. LINKOGRAFA:

http://www.lacviettech.com.vn/vn.php?mod=product&id=may-do-nhiet-do-hi-98501-263

Documents

Medida Del Flujo y Calibración de Rotametros UNPRG