|
|
El Fenómeno Prematuro del Desahogo de Venturis de Flujo Crítico
Richard Caron, Charles Britton, y Tom Kegel, 6/1/2000, Reunión de Verano de la División
de Ingeniería de Fluidos de la ASME
Resumen:
La relación de presión de ahogamiento (CPR por sus siglas en inglés) de un Venturi
de Flujo Crítico (CFV, por sus siglas en inglés) se define como la razón de la presión
máxima de salida a la presión de entrada que puede existir a lo largo del venturi
y aun mantener una velocidad sónica en la garganta. Una teoría de flujo isentrópico
dimensional señala que cuando la velocidad sónica existe en la garganta de un CFV,
la presión estática de la garganta está en un porcentaje dado de presión de estancamiento
de la entrada. El valor exacto depende de la relación específica de calor del gas.
Para el caso del aire, la presión estática en la garganta debe ser de 0.528 de la
presión de estancamiento de la entrada. Un difusor sónico se coloca aguas abajo
de la garganta de un CFV para ayudar en la recuperación de la presión del dispositivo.
Datos de pruebas reales han mostrado que la presión estática aguas abajo del CFV
puede ser sustancialmente mayor al 0.528 de relación de presión entre la entrada
y la garganta. La conclusión que parece obvia es que el CPR mínimo para cualquier
CFV será igual a 0.528 o mayor. Sin embargo, datos experimentales muestran otra
cosa, provocando un fenómeno al que llamaremos "Desahogamiento Prematuro". Se ha
llevado a cabo una investigación más exhaustiva de los venturis de flujo crítico
que muestran esta rareza.
Los datos experimentales se presentan para una serie de pequeños venturis de flujo
crítico con diámetros de garganta de 0.79mm (0.031") a 3.18mm (0.125") y con varias
geometrías de difusor. Los datos de la pruebas obtenidos oscilan en un rango de
presión de entrada de subatmosférica de 6.0 psia (41 kPa) a 140 psia (965 kPa).
Se utilizaron los siguientes gases de prueba: Aire, Argón, Helio y CO2. La Norma
Nacional Norteamericana ASME/ANSI MFC-7M-1987 denominada "Medición de Flujo de Gas
Por Medio de Toberas de Venturi de Flujo Crítico" proporciona los parámetros de
diseño de las CFVs y predice la relación de presión de ahogamiento para números
de Reynolds de la garganta de más de 200, 000. Para números Reynolds menores, la
información presentada en este documento indicará dónde deben seguirse parámetros
de diseño más estrictos para asegurar una medición exacta.
Consideraciones de Incertidumbres de Mediciones al Utilizar Arreglos de Venturis de
Flujo Crítico
Tom Kegel, Charles Britton, y Richard Caron, 4/30/2000, 46vo Simposio Internacional
de Instrumentación
Resumen:
El Venturi de Flujo Crítico (CFV , por sus siglas en inglés) es un excelente dispositivo
para generar un gasto medido conocido. Un gasto en particular se puede establecer
aplicando el valor adecuado en la presión de entrada. El rango de valores de presión
de entrada disponible limitará el rango de gastos que se puedan generar. Para aplicaciones
en las que la rangeabilidad del gasto deseable es mayor que el rango de presión
disponible, se puede utilizar un arreglo de CFVs. Este documento describe un programa
de pruebas que se ha implementado para identificar si esta incertidumbre adicional
está presente.
Un Programa de Aseguramiento de Medición (MAP, por sus siglas en inglés) Utilizando
Venturis de Flujo Crítico
Richard Caron, Charles Britton, y Tom Kegel, 6/28/1999, 4to Simposio Internacional
de Medición de Flujo de Fluidos, Denver, Colorado
Resumen:
La Ford Motor Company está inmersa en la medición exacta de tasa de flujo másico
de aire en sus motores de combustión interna, para mejorar la economía de combustible
y para cumplir el nivel requerido de emisión de contaminantes. En esta empresa,
Ford ha construido muchos bancos de flujo que miden los gastos del flujo másico
de aire durante varios procesos de fabricación y manufactura. Para asegurarse de
que cada banco de flujo mida correctamente el flujo másico, se ha implementado un
Programa de Aseguramiento de la Medición (MAP).
Repetibilidad y Reproducibilidad de Normas de bajo Flujo Másico
Tom Kegel, 6/27/1999, Conferencia Nacional de Laboratorios de Patrones (NCSL)
Resumen:
Este documento describe los resultados iniciales de un programa de pruebas diseñado
para evaluar la repetibilidad y la reproducibilidad de patrones de flujo bajo. Se
probaron tres patrones de diferente diseño: el Venturi de Flujo Crítico, el elemento
de flujo laminar y el probador de pistón. Este probador de pistón consiste en un
cilindro de vidrio dentro del cual viaja un pistón ligero. El hueco entre el pistón
y el cilindro se sella con mercurio. El Venturi de Flujo Crítico y el elemento de
flujo laminar eran de diseño convencional
Efectos Integrales de flujo en los Venturis Subsónicos
Tom Kegel, 6/27/1999, 4to Simposio Internacional de Medición de Flujo de Fluidos
Resumen:
Cuando se utiliza un venturi subsónico para medir el flujo de un fluido comprimible,
habrá una diferencia de densidad entre las dos tomas de presión. Este efecto debe
tomarse en cuenta mediante un término denominado el factor de expansión del gas.
Un factor teórico de expansión de gas se aplica tradicionalmente a mediciones hechas
con un elemento venturi. El grado en el que el valor teórico es aplicable a un venturi,
depende del diseño así como de las condiciones de flujo. En algunos casos debe determinarse
un factor de expansión de gas específico al medidor.
Este documento describe el proceso para determinar el factor de expansión de gas
sobre la base de datos de calibración. Se ha desarrollado un plan de pruebas y se
ha aplicado a dos diferentes dispositivos. Se describen los efectos del número Mach,
el número de Reynolds y los especimenes de gas. Se presenta y comenta información
de calibración de ambos dispositivos.
Consideraciones de la Incertidumbre en la Medición al emplear Arreglos de Venturis
de Flujo Críticos
Tom Kegel, 1/21/1999, Conferencia de Ciencias de la Medición
Resumen:
El Venturi de Flujo Crítico (CFV , por sus siglas en inglés) es un excelente dispositivo
para generar un gasto másico medido y conocido. El CFV muestra una relación nominalmente
linear entre la presión de entrada y el gasto másico. Un gasto másico en particular
se puede establecer aplicando el valor apropiado en la presión de entrada. El rango
de valores de presiones de entrada disponibles limitará el rango de gastos másicos
que se puedan generar. Para aplicaciones en donde la rangeabilidad deseable del
flujo másico es mayor que el rango de presiones disponibles, se puede utilizar un
arreglo de CFVs. Existe preocupación por el hecho de que el uso de varios CFVs traerá
como resultado una mayor incertidumbre que la relacionada con el uso de un solo
CFV. Este documento escribe un programa de pruebas que se implementó para identificar
si está presente esta incertidumbre adicional.
Estudio Ulterior de los Efectos que Algunos Fenómenos Térmicos Tienen en la Exactitud
de Mediciones de Gasto Másico con Venturi de Flujo Crítico
Tom Kegel y Richard Caron, 6/22/1997, Reunión de Verano de la División de Ingeniería
de Fluidos de la ASME
Resumen:
A medida que el aire fluye por un Venturi de Flujo Crítico (CFV , por sus siglas
en inglés) aumenta el número Mach en forma constante desde la entrada hasta la salida.
La dependencia de la presión estática del aire en el número Mach trae como resultado
importantes gradientes térmicos a lo largo del venturi. La diferencia entre la temperatura
de entrada y la de salida puede llegar a ser de 190K cuando el flujo está plenamente
expandido. Los gradientes de temperatura pueden acarrear la distorsión de la geometría
del CFV debido al coeficiente de expansión del material. Cuando se utiliza un venturi
para medir flujo másico, puede haber errores si no se toma en cuenta la distorsión
geométrica. Este documento reporta un estudio en marcha sobre los efectos que algunos
fenómenos térmicos tienen en la exactitud de las mediciones de gasto másico en base
a un CFV. Se ha llevado a cabo una serie de experimentos en donde un venturi se
adaptó con 31 termopares. La información en este documento se tomó sobre un rango
más amplio de condiciones de temperatura que aquellas presentadas previamente por
Kegel y Caron (1996).
Avances Recientes en la Tecnología de las Toberas de venturis de Flujo Crítico
Walt Seidl y Emrys H. Jones, 6/22/1997, Reunión de Verano de la División de Ingeniería
de Fluidos de la ASME
Resumen:
Los Venturi de Flujo Crítico /toberas son dispositivos de medición de gasto de precisión
que se utilizan en varias aplicaciones industriales y científicas. Este documento
proporciona un repaso de su aplicación y de los recientes desarrollos en el arte
de operar un venturi/tobera. Los datos presentados en los últimos años y en este
foro proporcionan una excelente base con la cual comenzar una revisión de la Norma
vigente de la ASME. Para quien es avezado en este arte, las normas de las toberas
de flujo crítico ahora existentes proporciona una amplia guía sobre el diseño y
la instalación de los dispositivos para utilizarlos en medición de flujo, control
de gasto y como patrones de transferencia altamente confiables. Sin embargo, continuamente
se desarrollan mejoras en la tecnología que facilitan el uso de las toberas y deben
estar incluidas en las normas tanto nacionales como internacionales. El desarrollo
de la tecnología base de las áreas enlistadas arriba, debe incluirse en la revisión
de la norma.
Cambios en el Coeficiente de Descarga en Toberas de Venturi de Flujo Crítico Después
de Severo Servicio en Campo
V. C. Ting, D.G. Ferguson, E. H. Jones Jr, y Steve Caldwell, 6/22/1997, Reunión
de Verano de la División de Ingeniería de Fluidos de la ASME
Resumen:
Este documento presenta resultados de exactitud de calibración de cinco toberas
sónicas , después de 300 horas de servicio en campo. En 1995, las toberas sónicas
se quitaron del sistema para su inspección. Al quitarlas, se encontró una delgada
capa de azufre elemental, aceite compresor y glicol en las superficies de las toberas.
Las toberas se recalibraron "según se hallaban", en la planta de Colorado Engineering
Experiment Station, Inc, (CEESI) para determinar si había alguna desviación en el
coeficiente de descarga debido a la contaminación de la superficie. El laboratorio
K - Lab de Noruega también encontró depósitos de azufre en su sistema de toberas
en 1989 y después instaló un tallador de óxido de zinc para eliminar el H2 de bajo
nivel en el caudal de gas.
Las toberas sónicas se seleccionaron como probadores de transferencia en el sitio,
para verificar y calibrar medidores de turbina de transferencia de custodia de gas
natural en la estación de medición de Chevron Venice. Las instalaciones. Ubicadas
en la ciudad de Venice, estado de Louisiana, Estados Unidos, son operadas y propiedad
de Chevron U.S.A., Inc, desde 1987 para medir gas natural procesado y seco aguas
abajo del complejo. La capacidad es de 14.16 x 106 M3 estándar (500 MMSCFD - millones
de pies cúbicos estándar por día-) a una presión nominal de operación de 6.9 MPa
(1,000 psig). El sistema incluye un banco de cinco toberas sónicas y un medidor
maestro de turbina, todos conectados en serie con tres medidores de turbina de venta
de 30.48-cm (12 pulgadas).
Los medidores de ventas se probaron mensualmente contra el medidor maestro en cuanto
a su exactitud. La exactitud del medidor maestro se verificó luego con toberas sónicas
cada tres meses. Si algún medidor de turbina no cumplía los requerimientos de exactitud,
se permitía una calibración en sitio con toberas sónicas para desarrollar un nuevo
factor K para el medidor. Las sónicas se construyeron, calibraron y operaron bajo
los lineamientos de la norma ANSI/ASME MFC-7M-1987.
El coeficiente de descarga "según se hallaba" de todas las cinco toberas contaminadas
estaba en el rango de 0.1% al 0.3% por debajo de los datos originales de calibración.
Sin embargo, el cambio estaba aun dentro de la incertidumbre de la medición de la
planta e calibración de CEESI. Los resultados claramente indicaban que las toberas
sónicas son un dispositivo de prueba de flujo robusto y de que la exactitud de la
medición se vio ligeramente afectada al operar en un ambiente hostil.
Algunos Efectos del Fenómeno Térmico en la Exactitud de Mediciones de Flujo Másico
Base con Venturi de Flujo Crítico
Tom Kegel y Rich Caron, 7/1/1996, foro de Medición de Gas Húmedo, División de Ingeniería
de Fluidos
Resumen:
Cuando el flujo de aire a través de un Venturi de Flujo Crítico (CFV , por sus siglas
en inglés) está plenamente expandido, la velocidad aumenta en forma constante desde
la entrada hasta la salida. La dependencia de la temperatura del aire en los resultados
de la velocidad en gradientes importantes de temperatura a lo largo del venturi,
la diferencia entre las temperaturas de entrada y de salida puede llegar a ser de
hasta 190 grados Celsius. Los gradientes de temperatura pueden traer como resultado
la distorsión de la geometría del CFV debido al coeficiente de expansión del material.
Cuando se utiliza un venturi para medir flujo másico, puede haber errores si no
se toma en cuenta la distorsión geométrica. Este documento reporta algunos resultados
de un estudio en marcha sobre los efectos que algunos fenómenos térmicos tienen
en la exactitud de las mediciones de gasto másico en base a un CFV. Se ha llevado
a cabo una serie de experimentos en donde un venturi se adaptó con 27 termopares.
Se obtuvo información de gasto másico y momentáneo, así como la constante de la
temperatura. La investigación incluyó varias combinaciones de valores de temperatura
del aire y del cuerpo del CFV.
Análisis de Incertidumbre de una Cámara de Múltiples Venturi de Flujo Crítico
Tom Kegel, 1/25/1996, Conferencia de Ciencias de la Medición
Resumen:
Para cumplir los requerimientos establecidos por la Ley de Aire Limpio de las Normas
CAFÉ, la Ford Motor Company ha seleccionado un sistema de control del tren de fuerza
sobre la base de un sensor de flujo másico de aire para cada automóvil que fabrica.
Se utilizaron bancos de prueba de flujo en forma extensiva durante el desarrollo
del motor y la fabricación de los sensores de flujo másico de aire. Hoy en día,
en la Ford Motors Company todos los bancos de pruebas de sensores de flujo másico
de aire usan Venturas de Flujo Crítico (CFVs, por sus siglas en inglés) para la
medición de flujo. Los venturis están dimensionados en forma binaria y montados
dentro de una gran cámara de pleno. Este documento presenta un análisis preliminar
de incertidumbre de un solo CFV y extiende el análisis a una cámara de múltiples
venturi. El análisis incluye incertidumbre teórica y simulación numérica
Correlación de Flujo de Hidrógeno, Nitrógeno, Argón, Helio y Aire en Toberas de Flujo
Crítico
Gary Corpron, 5/20/1995, 3er. Simposio Internacional de Medición de Flujo de Fluidos
Resumen:
Un Venturi de Flujo Crítico de garganta toroidal se calibró contra patrones estándar
de flujo con aire e hidrógeno, para determinar si ocurrían variaciones en el desempeño
con los cambios de propiedades de los fluidos. Estos resultados fueron luego comparados
con los resultados de Arnberg, et al. (a). La concordancia entre la información
del aire y el hidrógeno fue excelente y aun cuando se utilizaron diferentes sistemas
de calibración y de que pueda haber pequeñas variaciones dimensionales entre los
venturis, también había buena concordancia con los resultados de Arnberg. Este documento
describe los experimentos y presenta los resultados de las calibraciones.
Correlación de Flujo de Hidrógeno y Aire en Toberas de Flujo Crítico Parte 1: Planta
Primaria de Calibración
Tom Kegel, 5/19/1992, 1992 Conferencia de Tecnología Avanzada de Propulsión Tierra
a Órbita
Resumen:
Las operaciones del la Cama de Pruebas del Motor Principal del Trasbordador Espacial
(SSME, por sus siglas en inglés) requieren de una medición exacta de altos gastos
de hidrógeno gaseoso y se propone un Venturi de Flujo Crítico (CFV, por sus siglas
en inglés) para proporcionar esta medición. La calibración del CFV en una instalación
primaria es muy costos, pero el costo se puede reducir en forma importante si se
calibra el medidor con aire en lugar de hidrógeno gaseoso. La meta de este proyecto
es determinar al parámetro de correlación que permite calibrar la tobera con aire
y luego usarla para medir las condiciones de flujo esperadas en la Cama de Pruebas
del SSME. Este documento consiste en la descripción de una planta primaria de calibración.
La planta se utilizaría para desarrollar los parámetros de correlación.
Contaminación de Aceite en Venturi Herschel
Taft Snowden, Stanley Schumann, y Gary Bramos, 6/6/1990, 2do. Simposio Internacional
de Medición de Flujo de Fluidos
Resumen:
La medición del desempeño de los compresores de gas representa problemas únicos
en su tipo. Bajo condiciones normales de operación, los compresores de refrigeración
circulan pequeñas cantidades de aceite lubricante junto con el gas refrigerante.
Diseñamos un experimento para intentar cuantificar el impacto de pequeñas cantidades
de aceite, por debajo del 5% por peso, en un venturi subsónico Herschel. Una tobera
de flujo crítico midió aire a 2.06 MPa (300 psia) a través de un venturi de pruebas
a un gasto conocido. Una bomba de medición aguas arriba inyectó aceite a la corriente
del flujo. Durante una corrida experimental, establecimos un flujo limpio, registramos
información del flujo limpio y mientras recopilábamos información comenzó la inyección
de aceite y se registró el flujo sucio. En la conclusión de la prueba, dejamos de
inyectar aceite y permitimos nuevamente el paso de un flujo limpio para estabilizar
nuevamente mientras recopilábamos información.
Un trazo de la relación entre los flujos sucio y limpio como la ordenada con porcentaje
másico de aceite como la abscisa, en el Apéndice 1, muestra la relación que encontramos.
Tratamos de adaptar el método de Murdock (1) para la determinación de flujo de dos
fases para orificios, pero encontramos que nuestros resultados muchas veces eran
mayores a lo esperado. Tratamos también de explicar las diferencias, utilizando
una técnica de bloqueo de área, pero los resultados no fueron mejores.
Atribuimos esto a la adhesión de aceite al venturi y a las paredes de la tubería,
dado que los resultados dependían de la temperatura. A medida que aumentaba la temperatura
de la corriente del flujo y consecuentemente disminuía la viscosidad del aceite,
observamos una reducción del impacto del aceite en la medición.
En la conclusión del experimento, descubrimos un cambio importante en el coeficiente
de descarga entre un venturi "sucio" que tenía contaminación de aceite anteriormente
y el mismo coeficiente después de una limpieza rigurosa. El cambio apareció aun
y cuando el venturi sucio operó durante varios días con aire limpio. Concluimos
que la contaminación del aceite en el venturi tiene un impacto de largo plazo en
la exactitud de la medición.
Correlaciones del Coeficiente de Descarga de Medidores de Flujo de Venturi de Arco
Circular a Flujo (Sónico) Crítico
B. T. Arnberg, Charles Britton, y Walt Seidl, 6/1/1971, Revista de Ingeniería de
Fluidos de la ASME
Resumen:
Se presentan datos que tienden a verificar los coeficientes de descarga teóricamente
predichos para medidores de flujo de venturis de arco circular operando en el régimen
de flujo critico (sónico) en la garganta. El número Reynolds arriba, se presenta
un análisis extenso de la información utilizando métodos actualmente en el proceso
internacional de normalización. La información tiende a verificar el decremento
teóricamente predicho del 0.25 por ciento del coeficiente de descarga durante la
transición de capa de límite de laminar a turbulenta. La transición ocurrió a un
número Reynolds en la garganta de 2.2 106, pero el punto de transición probablemente
cambie en función de varias influencias. La línea principal de los datos medidos
cae entre los valores teóricos de las capas de límite de laminar a turbulentas.
La dispersión En 55 puntos de datos fue de ±0.212 por ciento (95 por ciento de nivel
de confianza) de la ecuación de la línea media del número de Reynolds de 4.1 10
4 a 3.4 10 6, lo cual incluye los efectos de algunas variables. Se obtuvieron datos
de 17 venturis con tamaños de garganta de 0.15 a 1.37 pulgadas, con relaciones Beta
en el rango de entre 0.014 a 0.25. Se utilizaron cuatro diferentes gases de prueba
y tres plantas primarias de medición de flujo. Se presentó información adicional
extendiéndose hasta gargantas con números Reynolds de 1.3 104 y diámetros de garganta
de 0.05 en el que indicaba problemas especiales en estas regiones. La tecnología
de punta de los diámetros de las gargantas de medición venturi presentó una gran
limitación en el esfuerzo de correlación. La calibración es necesaria en muchos
casos, dependiendo de varios parámetros y requerimientos. Es necesario un estudio
adicional para determinar los parámetros geométricos óptimos a bajos números de
Reynolds, la configuración de enfoque óptima para relaciones Beta por debajo de
0.1, el efecto de la aspereza de la superficie en el coeficiente de descarga y el
efecto de algunas variables de operación como por ejemplo la pulsación del flujo
y el perfil de velocidad de acercamiento. Además, debe realizarse un esfuerzo continuo
para mejorar las funciones del flujo crítico para gases reales a medida que esté
disponible mayor información sobre las propiedades de los gases y para ampliar estos
cálculos a rangos más amplios de presiones y temperaturas, así como a otros gases.
Return to list of publication categories
|
|