Medidor de Flujo Thomas

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

DEPARTAMENTO DE INGENIERIACOORDINACIÓN DE INGENIERIA MECANICA

MEDIDOR DE FLUJO THOMAS

Esteban Domínguez, Cesar Herrera, Moisés Herrera, William Narváez, Kevin Núñez

Laboratorio de Mecánica de Fluidos, Universidad Del Atlántico, BarranquillaProfesor: Crisóstomo Peralta.

ResumenSe presenta cotidianamente en el área de ingeniera el manejo y transporte de gases o aires, tales como ventilación, procesos industriales y refrigeración. A diferencia de los líquidos, los gases son muy compresibles, lo cual puede afectar fundamentalmente el diseño de los equipos. Existen equipos y procedimientos para cuantificar la rata de flujo de aire, dependiendo de los diferentes procesos y operaciones que se realizan en él una técnica es por mecanismos térmicos, generando calor por el paso de una corriente eléctrica a través de una resistencia que fue lo que se realizó en esta importante experiencia de laboratorio.

El medidor de flujo Thomas es un medidor cuyo principio de operación se fundamenta en la potencia disipada por una resistencia eléctrica expuesta a una corriente gaseosa a la que se le desea medir su velocidad.

AbstractHandling and transport of gases or air, such as ventilation, cooling industrial processes and is constantly present in the area of engineering. Unlike liquids, gases are compressible, which can largely affect the design of the equipment. There equipment and procedures to quantify the flow rate of air according to the various processes and operations performed therein a technique is by thermal mechanisms, generating heat by passing an electric current through a resistor which is what was conducted in this important laboratory experience.

The flow meter is a meter Thomas whose principle of operation is based on the power dissipated by a resistor exposed to a gas stream to which you want to measure your speed.

Página 1 de 12



OBJETIVOS

• Reconocer los factores que influyen en el flujo de aire por una tubería• Calcular la rata de flujo de aire a través de una tubería para una rata de calor

constante• Manejar de forma práctica los conceptos relacionados con la transferencia

calorífica en gases a través de una resistencia eléctrica•

EQUIPOS Y/O MATERIALES

• Termómetros • Aire • Voltímetro• Amperímetro •

TEMAS RELACIONADOS

Temperatura, rata de flujo, voltaje, corriente.

MARCO TEORICO

Escalas de Temperaturas

La escala de temperatura absoluta empleada por científicos e ingenieros en el SI(sistema internacional) es la escala Kelvin, así, la escala Celsius se relaciona con la escala Kelvin mediante:

T (° C )=T (K )−273.15

En el sistema USCS hay dos escalas de temperatura adicionales, la escala Rankine y la escala Fahrenheit. La temperatura en grados Rankine (°R) se define arbitrariamente como 1.8 veces la temperatura en kelvin. Por tanto,

T (° R )=1.8T (K )

Página 2 de 12



La escala en grados Fahrenheit se define como,

T (° F )=T (° R )−459.67

T (° F )=1.8T (°C )+32 Ecuacion1

Ecuaciones usadas en la experiencia:

Potencia Eléctrica:

W=V∗I ecuacion2Donde v, el voltaje e I, la intensidad de corriente.

Flujos volumétrico y másico:

W=V∗I=q=m∗Cp∗∆T=Q∗ρ∗Cp∗∆TDe la ecuación anterior tenemos que,

q=Q∗ρ∗C p∗∆T

V∗I=Q∗ρ∗C p∗∆T

Q= V∗Iρ∗Cp∗∆T

Ecuacion3

Donde:Q = Flujo volumétricoρ = densidad del aire

∆T = Cambio de temperatura

De igual forma, m∗C p∗∆T=Q∗ρ∗C p∗∆T

m=Q∗ρ Ecuacion4Donde:m = Flujo másicoρ = densidad del aire

Página 3 de 12



DISEÑO EXPERIMENTAL

Página 4 de 12



Página 5 de 12



MEDICIONES

Del banco se obtuvieron los siguientes datos

Transformador Voltaje AmperajeTemperatura E

Temperatura S

37 88 75 30 3644 88 76 30 3551 88 76 30 3458 88 76 30 3365 88 76 30 3372 88 76 30 32,579 88 76 30 3286 88 76 30 3293 88 76 30 32

100 88 76 30 31,5

Voltaje (v), amperaje (a), temperatura (°c).

ANALISIS Y DISCUSIÓN

Con las mediciones realizadas anteriormente se realizaron los cálculos para conocer los valores rata de flujo, flujo másico y flujo volumétrico; para lo cual se hizo uso de las ecuaciones ya mencionadas en el marco teórico.

ρair e=1.24kgm3=0.0774

lbmft3

C p(Aire )=0.78BTUlbm ° F

1watts=0.000948 BTUseg

Ahora, las temperaturas en grados Fahrenheit.

Página 6 de 12



TransformadorTemperatura E

Temperatura S

37 86 96,844 86 9551 86 93,258 86 91,465 86 91,472 86 90,579 86 89,686 86 89,693 86 89,6

100 86 88,7

Primera lectura del transformador

W=88V∗75 A=6600W

6600W∗0.000948 BTU

seg1W

=6,2568BTUseg

Q=6,2568

BTUseg

0.0774lbmft3

∗0.78 BTUlbm ° F

∗(96,8−86 )° F=9,596

ft3

seg

Q=9,596

ft3

seg∗60 seg

1min=575,76 ft3

min

m=575,76 ft3

min∗0.0774

lbmft3

=44,56lbmmin

Se realiza el mismo procedimiento para las otras medidas.

Página 7 de 12



Transformador T W Q m37 6 6,2568 575,763599 44,5641025644 5 6,340224 700,1285364 54,1899487251 4 6,340224 875,1606705 67,737435958 3 6,340224 1166,880894 90,316581265 3 6,340224 1166,880894 90,316581272 2,5 6,340224 1400,257073 108,379897479 2 6,340224 1750,321341 135,474871886 2 6,340224 1750,321341 135,474871893 2 6,340224 1750,321341 135,4748718

100 1,5 6,340224 2333,761788 180,6331624

GRAFICAS

0

20

40

60

80

100

120trasformador vs Q

De esta grafica se puede observar que entre más aumente la magnitud en el transformador de velocidades, mayor va ser el caudal producido, lo cual es correcto porque entre más fluido ingrese al sistema la velocidad de este es mayor y por lo tanto aumentara su caudal.

Página 8 de 12



0

1

2

3

4

5

6

7dif. temperatura vs Q

De esta grafica se puede observar que a medida que el caudal aumenta la temperatura disminuye, lo cual quiere decir que son magnitudes, tratándose del fluido, en este caso el aire, es correcto decir que actúa como un medio enfriante para el sistema.

Página 9 de 12



Preguntas:

¿Qué es un anemómetro térmico?

Los anemómetros Térmicos son instrumentos con sensor de hilo caliente para medir velocidades de aire y caudales volumétricos, en velocidades desde 0.1 m/s.

Figura 1 - Anemómetro Térmico1

Este tipo de anemómetros se utilizan especialmente en cabinas de flujo laminar, control en salas blancas, quirófanos, y también en aplicación en conductos de refrigeración y aire acondicionado. Algunos modelos permiten además guardar los datos en memoria y la lectura automática a intervalos seleccionables.

¿Qué es un anemómetro de película caliente?

Es un dispositivo del tipo de los anemómetros térmicos implementado por primera vez por Gust. El dispositivo consiste en una resistencia eléctrica en la forma de película calienta fina de metal aplicada a un substrato, esta se calienta inicialmente hasta la temperatura adecuada, luego es expuesta a la corriente del flujo de gas a medir, por acción de la velocidad de este (alta o baja), el dispositivo cambia de temperatura lo que a su vez hace cambiar la resistencia eléctrica del mismo, este dato es registrado por sensores y da evidencia de la rata de flujo de fluido de trabajo.

1

Página 10 de 12



Figura 2 - De película Caliente2

Las frecuencias necesarias para medir el 90% de la energía cinética son del orden de los 3-4 Hz, los datos se reportan con una precisión aproximada de 0.01 cm/s. Los datos recolectados se relacionan las velocidades de flujo local en el gas. Dado su pequeño tamaño en función de la naturaleza delgada de la película en algunas ocasiones se puede pensar que el fluido que se maneja debe ser restringido en cuanto el contenido de sedimentos.

¿Qué es un anemómetro de termopar calentado?

Figura 3 - Termopar calentado3

Los anemómetro de termopar calentado emplean un sensor termopar formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de

2

3

Página 11 de 12



la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia, cuando un caudal de aires pasa por el termopar, varia la temperatura del termopar y el voltaje generado por el mismo.

Conclusiones y Recomendaciones

En el laboratorio realizado fue posible comprobar experimentalmente el funcionamiento del medidor de flujo Thomas, lo cual permitió determinar el flujo de aire que circulaba por el equipo, a partir de los voltajes y las corrientes de la resistencia que calentaba el fluido se halló la Potencia y mediante gráficas, se logró definir la relación existente entre la rata de flujo de aire con la diferencia de temperaturas y la lectura del medidor de velocidades.

Referencias

1Kennet Wark y Donald E. Richads. Termodinámica. 6 ed. México: Mc Graw Hill. 2001 p. 12. ISBN: 84-481-2829-X

2 Irving H. Shames. MECANICA DE FLUIDOS. 3º edición. Ed.Mc Graw Hill.

3FRANZINI, Joseph; FINNEMORE, John. MECÁNICA DE FLUIDOS CON APLICACIONES EN INGENIERIA. 9 ed. McGraw-Hill: México. 503 p.

Página 12 de 12

Documents

Medidor de Flujo Thomas