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Universidad de San Carlos de Guatemala Laboratorio Mecánica de Fluidos Practica No.4 Grupo 1.2 1er Semestre 2013

EL VENTURIMETRO

Oscar Rodolfo Domínguez Jáuregui 2011-22803 Henry Josué López Osorio 2011-22847 Elder Josué Fuentes Menchu 2011-14659 Diego José David Fuentes Alonzo 2011-22758 Carlos Samuel Gonzalez Hoenes 2011-14230

Introducción En la industria actual, el transporte de fluidos en una tubería se presume muy importante debido a las propiedades que posea éste y las siga conservando durante su traslación por la tubería para

llegar a su respectivo destino. Dependiendo del tipo de material que posea la tubería, el fluido perderá o conservará sus propiedades y energía al ser transportado, por lo que es muy importante focalizar el centro de atención al fluido para que no presente problemas en su traslación. El Venturímetro es un instrumento que posee como cualidad el de evitar ésa pérdida de energía en el fluido cuando es transportado en una tubería, es uno de los medidores de caudal más utilizados en el medio, su principio de funcionamiento está basado en la disminución de la presión entre dos secciones causada por un estrangulamiento del diámetro de la tubería.

El objetivo de esta práctica es que el estudiante experimente el caudal del agua en un Venturímetro y obtener el coeficiente de descarga del mismo, así como también la ecuación empírica del coeficiente de descarga.

Objetivos 

Determinar el caudal del fluído utilizando el Venturímetro.



Calcular el coeficiente de descarga del caudal para la calibración del Venturímetro.



Determinar los diferentes caudales de Venturímetro utilizando las alturas de los piezómetros y el tiempo de llenado.



Obtener la ecuación empírica del coeficiente de descarga.

Marco Teórico Para lograr estudiar el funcionamiento del venturímetro es necesario comprender el significado de caudal volumétrico y de qué manera éste se aplica en los fluidos, para poder determinar de esta manera el funcionamiento a base de presión del venturímetro. Caudal o flujo volumétrico: En dinámica de fluidos, caudal está definido como la cantidad de fluido que pasa por cierto espacio determinado en una unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. El caudal puede calcularse a través de la siguiente fórmula: Q = VA Donde * Q Caudal (m^3/s) * A Es el área (m^2)

* V Es la velocidad lineal promedio (m/s) Tomando esto en cuenta podemos explicar cómo entonces trabaja el Venturímetro, sobre todo si tomamos en cuenta las ecuaciones de Bernoulli, tal está definida como Ecuación para el Caudal de un Venturímetro, deducida de la ecuación de Bernoulli

Para la determinación del caudal que, teóricamente, está circulando por el medidor de caudal, se analiza el mismo a través de la ecuación de Bernoulli, la cual tiene la forma siguiente:

Donde los tres sumandos representan los cambios en la energía de presión, energía cinética y energía potencial. Si el medidor está ubicado horizontalmente, el cambio de energía potencial es nulo (Z2-Z1=0). La velocidad puede expresarse como el producto entre el caudal teórico y el área (V=Qt∙A). Se habla de caudal teórico, ya que en la ecuación de Bernoulli no aparecen reflejadas las pérdidas de energía. Así, la ecuación se puede transformar de la siguiente manera:

Multiplicando la ecuación por Se tiene que:

Dado que las presiones se miden en manómetros de líquido, usando la ecuación de la hidrostática, se puede decir que:

Donde h1 y h2 son las alturas tomadas de los manómetros de líquido conectados en los puntos 1 y 2. Por lo tanto, el caudal teórico resulta:

Dado que el caudal calculado de esta manera no es el caudal real, ya que no contempla las pérdidas de energía existentes en el dispositivo, es necesario corregirlo, para lo cual se define el coeficiente de descarga (Cd) como la relación entre el caudal real y el caudal teórico. Es decir que:

De esta forma, el coeficiente de descarga sirve como factor de corrección del caudal medido para tomar en cuenta las pérdidas de energía presentes Se puede deducir entonces que el Venturímetro como un tipo de boquilla especial, seguido de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. En la figura se representa esquemáticamente un medidor tipo Venturi.

Hay un fenómeno que se produce en una canalización horizontal y de sección variable por la que circula un fluido incompresible, sin viscosidad y si la circulación se lleva a cabo en régimen permanente. De acuerdo con el teorema de Bernoulli, la velocidad en la parte estrecha de la canalización tiene que ser mayor que en la ancha, y por estar ambas a la misma altura, la presión en la parte ancha es mayor que en la estrecha. Por tanto, cuando un fluido incrementa su velocidad sin variar de nivel, su presión disminuye. Aplicaciones de este fenómeno son la trompa de agua, que es un aparato utilizado en los laboratorios para hacer el vacío, los tubos de Venturi, que se emplean para medir caudales y crear depresiones locales, los pulverizadores y el mechero Bunsen.

Descripción del Ensayo Al trabajar con fluidos se hace necesaria la medición del caudal volumétrico, para ello se puede utilizar el venturímetro, que es uno de los instrumentos más utilizados en el medio, su principio de funcionamiento se debe a la disminución de presión. La descripción del procedimiento a seguir es:  

Fijar el máximo caudal posible en el venturi, tomando las alturas 1 y 2, cuya diferencia nos permitirá calcular el caudal teórico. Disminuir las alturas aproximadamente 2cm, leer de nuevo las alturas para registrar el siguiente caudal, deberá realizar el proceso hasta completar 5 juegos de lecturas como mínimo.

Para cada lectura que se realice, deberá aforarse el caudal real, esto permitirá conocer el caudal teórico y real que circula por el sistema para cada diferenciade alturas.

Equipo Utilizado   

Tubo de Venturi Agua Cronometro

Datos de Laboratorio No. 1 2 3 4 5 6 7

Altura de Piezómetros H1 H2 22.4 3.4 20.9 4.3 18.8 4.4 19.5 6.8 19.9 9.5 20.4 12 20.4 14

Tiempo de Llenado en s. T1 T2 7.38 7.37 7.84 7.84 8.09 8.15 8.71 8.63 9.59 9.38 10.47 10.40 12.78 12.56

(cm) 19 16.6 14.4 12.7 10.4 8.4 6.4

√

Resultados del Laboratorio

1 414.226 387.1816 360.6134 338.6589 306.4625 275.4231 240.4089

406.50 382.6530 370.8281 344.4316 312.8258 286.5329 234.7417

Cálculos Promedio 407.055 406.7775 382.6530 382.6530 368.0981 369.4631 347.6245 346.0280 319.8294 316.3276 288.4615 287.4972 238.8535 236.7826

Log(Ah) 1,278753601 1,220108088 1,158362492 1,103803721 1,017033339 0,924279286 0,806179974

Log(Q real) 2,60935692 2,58280512 2,56757107 2,53911124 2,50013709 2,45863362 2,37434979

Curva de Caudales de Venturi 20

Diferencias de Alturas

18 16 14 12 10

Caudal Teórico

8

Caudal Real

6 4 2 0 0

100

200

300

400

500

Caudal en cm^2/ s

Determinación del cd del venturi 450 y = 1.008x

400 350 300 250

Series1

200

Linear (Series1)

150 100 50 0 0

Qr= Cd*Qt + b Donde

m= 1.008

100

200

300

400

500

B=0 Cd= ¿? Determinación de la ecuación empírica de la descarga.

Donde K= 100.2997 N= 0.4825 2.65 y = 0.4825x + 2.0013 2.6 2.55 Series1

2.5

Linear (Series1) 2.45 2.4 2.35 0

0.5

1

Comparación de las graficas Física Qr 418 390 363 341 309 278 242

Empírica Real Delta H Qr Qr 415,2391052 406,7775 19 389,0467454 382,653 16,6 363,2532733 369,4631 14,4 341,8888437 346,028 12,7 310,4689839 316,3276 10,4 280,0685801 287,4972 8,4 245,6300358 236,7826 6,4

1.5

450 400 350 300 250

Fisica

200

Empirica

150

Real

100 50 0 0

5

10

15

Conclusiones

20



Se pudo observar en la gráfica de la curva de caudal teórico y caudal real, que ambas graficas presentan una tendencia exponencial. Esto demuestra que entre mayor sea la diferencia de alturas (presión) en la secciones del Venturi metro mayor será el caudal que lo recorra.



Se obtuvo que el coeficiente de descarga experimentado por este sistema es un valor superior al que generalmente experimenta un Venturimentro convencional. Lo que significa que la caída de presión o alturas experimentada es debida a un gran aumento de energía cinética en la garganta del tubo del Venturi.



La ecuación empírica para la descarga del Ventirumetro permitió comparar su comportamiento contra el caudal real, los cuales presentan una tendencia similar. Lo que demuestra que el principio de continuidad y la ecuación de Bernouilli.

Bibliografía 

Mecanica de Fluidos e Hidraulica, Ranald V. Giles, Serie Shaum, Mcgraw-Hill, Octava Edición



Mecánica de Fluidos, Robert L. Mott, Pearson, Sexta Edición, México 2006,



Mecánica de Fluidos, Robert L. Mott, Pearson, Sexta Edición, México 2006,



Mecanica de Fluidos e Hidraulica, Ranald V. Giles, Serie Shaum, Mcgraw-Hill, Octava Edición



Mott, Robert: Aplicación de la Mecánica de Fluídos.