Medidor de Flujos Thomas
Mauricio Alvarez, Miguel Cera, Cristian Orozco, Jose Solorzano, Yeins
Valdez
Laboratorio de Mecanica de Fluidos Universidad Del Atlantico
Ingenieria Mecanica
Resumen
La práctica de laboratorio Medidor Thomas tiene como objetivos: manejar en forma práctica los conceptos relacionados con la transferencia calorífica en gases a través de una resistencia eléctrica, así como calcular la rata de flujo de aire de un ducto para una rata de calor constante y diferentes lecturas en el trasformador de velocidad del motor. El medidor Thomas calienta el fluido cuando este pasa por una resistencia eléctrica que le transfiere energía, así se fue variando la lectura del transformador comenzando en 30 hasta llegar a100 observando que la temperatura del gas aumentó. Todos los datos recopilados así como los cálculos realizados se presentan en el siguiente informe. Las conclusiones a las que se llegó se exponen al final.
Abstract
The lab Meter Thomas aims to: handle practically concepts related to the heat transfer gas through an electrical resistance , as well as calculate the flow rate of air from a duct for a rat constant heat and different readings in the engine speed transformer . Thomas meter heats the fluid as it passes through an electric resistance that transfers energy , thus varying the reading was starting transformer 30 until a100 noting that increased gas temperature . All data collected and calculations are presented in the following report . The conclusions were reached exposed at the end.
1. Objetivos
Manejar en forma práctica los conceptos relacionados con la transferencia calorífica en gases a través de una resistencia eléctrica.
Calcular la rata de flujo de aire atreves de un ducto para una rata de calor constante y diferentes lecturas en el transformados de velocidad el motor.
Reconocer cuales son los factores que afectan el flujo de un gas por una tubería
2. Equipos y/o Materiales
Termómetros
Fluido utilizado: Aire
3. Temas Relacionados
Temperatura, rata de flujo, voltaje, corriente.
4. Marco Teórico
4.1. 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
)
La escala en grados Fahrenheit se define como,
T
(
°F
)
=
T
(
°R
)
−459.67
4.2. Ecuaciones usadas en la experiencia:
4.2.1.Potencia Eléctrica:
W=V∗I ecuacion2
Donde v, el voltaje e I, la intensidad de corriente.
4.2.2.Flujos volumétrico y másico:
W=V∗I=q=m∗C
p∗
∆T=Q∗ρ∗C
p∗
∆T
De la ecuación anterior tenemos que,
q=Q∗ρ∗C
p∗
∆T
V∗I=Q∗ρ∗C
p∗
∆T
Q=
V ∗I
ρ∗C
p∗
∆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∗ρEcuacion4
Donde: m = Flujo másico5. Diseño Experimental
Figura 1 - Medidor Thomas Figura 2 - Medidor Thomas
6. Mediciones
De la experiencia se obtuvieron las siguientes mediciones:
Lectura del Transform ador Voltaje de Resistenci a(V) Amperaje de Resistenci a(A) Temperat ura de entrada(° C) Temperat ura de Salida(°C ) 30 115 12 28 40 35 115 11,8 28 39 40 115 11,9 28 38 45 115 12 28 37 50 115 11,9 28 36 60 110,5 11,9 28 35 65 110,5 11,9 28 35
70 110 11,9 28 34.5
75 112 11,8 28,5 34
80 112 11,8 28 33
7. Análisis 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.
ρ
air e=1.24
kg
m
3C
p(
Aire)=1,005
KJ
Kg K
Para la lectura del transformador 1,
W=115V∗12A=1380W
Q=
1,380 KW
1,29
Kg
m
3∗1,005
KJ
Kg K
∗
(
313−301
)
K
=0,0887
m
3seg
Q=0,0887
m
3seg
∗60seg
1min
=5,3222
m
3min
m=5,3222
m
3min
∗1,29
Kg
m
3=6,86
Kg
min
Para la lectura del transformador 2,W=115V∗11,8 A=1357W
Q=
1,357
KJ
seg
1,29
Kg
m
3∗1,005
KJ
Kg K
∗
(
312−301
)
K
=0,0951
m
3seg
Q=0,0951
m
3seg
∗60 seg
1 min
=5,71
m
3min
m=5,71
m
3min
∗1,29
Kg
m
3=7,364
Kg
min
De igual manera se realizaron para las demás lecturas,
Lectura del Transforma dor Diferencia de Temperatu ra (°K) Potencia eléctrica (W = KJ/Seg) Flujo Volumétri co (Q = m3/min) Flujo másico (m = Kg/min) 30 12 1,380 0,0887 6,86 35 11 1,357 0,0951 7,36 40 10 1,3685 0,1263 9,77 45 9 1,380 0,1182 9,14 50 8 1,3685 0,1319 10,20 60 7 1,3685 0,1507 11,66 65 7 1,3685 0,1507 11,66 70 6.5 1,3685 0,1623 12,56 75 5.5 1,357 0,1903 14,72 80 5 1,357 0,2093 16,19
Graficas: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Lec. Transformador Vs. Rata de flujo
Rata de flujo Lec. Transformador
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.
Preguntas:
1. ¿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 3 - 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.
2. ¿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.
Figura 4 - 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.
3. ¿Qué es un anemómetro de termopar calentado?
Figura 5 - Termopar calentado3
2 www.directindustry.com
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 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.
8. Conclusiones y Recomendaciones
* El medidor Thomas es un dispositivo idóneo el flujo de gases mediante la medición práctica de variables de sencillo registro.
* Los resultados indican una disminución de la temperatura de salida a expensas de un aumento en el caudal del aire, dado por el cambio en la lectura del transformador.
* El manejo de los conceptos relacionados con la transferencia de calor a través de una resistencia eléctrica se facilita al trabajar con el medidor de Thomas ya que es un aparato didáctico y práctico para la comprobación de los conocimientos básicos. Se recomienda:
* El laboratorio es un lugar para la formación integral del estudiante, evite actos que puedan causar accidentes que atenten contra la integridad física propia y de sus compañeros, así como daños al equipo e instalaciones.
* No manipule partes del equipo sin la autorización previa o por recomendación del docente o asistente.* Tenga cuidado al señalar con sus manos u otros objetos el sistema volante-polea del motor ventilador.* No coloque sus manos u otros objetos en las ranuras de entrada y salida del aire.* En la parte posterior del equipo existen tomas eléctricas, no manipule estos circuitos.
* Al terminar la experiencia, deje el quipo y sus alrededores en orden y aseo adecuado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. CRANE, división de ingeniería. FLUJO DE FLUIDOS EN VÁLVULAS,ACCESORIOS Y TUBERÍAS. McGraw-Hill : México. 214 p.
2. FRANZINI, Joseph; FINNEMORE, John. MECÁNICA DE FLUIDOS CONAPLICACIONES EN INGENIERIA. 9 ed. McGraw-Hill : México. 503 p.
3. MOTT, Robert. MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA. 4 ed. Prentice Hall : México.581 p.
