Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraLaboratorio de Mecnica de FluidosGrupo 8Instructor: MSc. Ing. Luis Sandoval

INFORME PRACTICA 5MEDIDORES DE FLUJO DE TUBERIAS

NOMBRECARNET

Meissner Edu Lpez Cardona2008-15249

Alfredo Alejandro Snchez Herrera2013-13651

Melani Alejandrina Cataln Daz2013-14231

Luis Audencio Guzmn Velsquez2013-14436

Erick Geovany Fuentes Garca2013-14701

INTRODUCCION

Para la prctica de este laboratorio se utiliza una instalacin especial que consiste en un tubo de seccin rectangular de ancho constante y altura variable, por el cual circula agua. El tubo contiene agujeros y como la altura del tubo es variable nos interesa medir la altura a la cual sube el agua en ellos. El venturmetro es un tipo de boquilla especial, seguida de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la prdida de energa cintica debido al rozamiento. Es por principio un medidor de rea constante y de cada de presin variable. El experimento se realiza para observar el comportamiento de un fluido en un venturmetro y se comprobar midiendo las alturas de dos secciones del tubo y la velocidad que corre por el mismo Para esta prctica se tiene en cuenta el caudal que circula por la tubera, para ello se expresar tericamente la cantidad de fluido que corre contra la cantidad de agua que circula medida empricamente. Se trata de encontrar una ecuacin que nos permita conocer verdaderamente la cantidad de fluido que corre por la tubera solo con medir la altura en los piezmetros.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Que el estudiante determine experimentalmente el caudal con un venturmetro.

OBJETIVOS ESPECFICOS:

Dibujar la curva de caudales del venturmetro.

Obtener el coeficiente de descarga (caudal) para la calibracin del venturmetro.

Obtener la ecuacin emprica o experimental para la descarga del venturmetro a ensayar.

MARCO TEORICOEL VENTURIMETROLos medidores de flujo son equipos diseados para originar una cada de presin que puede medirse y relacionarse con la velocidad de flujo, estos medidores producen un cambio de la energa cintica del fluido que se est estudiando. Entre los diferentes medidores de flujo se encuentran el tubo de Venturi (o Venturimetro que es objeto de estudio en nuestro reporte) y el tubo de Pitot. El primero mide la diferencia de presin existente entre la seccin cilndrica a la entrada y la garganta caracterstica del mismo, y puede conocerse a travs de l, la velocidad media del fluido. El segundo consta de un tubo delgado que mide la diferencia de presin que hay entre la presin esttica local y la presin de impacto y con l se puede conocer la velocidad del flujo punto a punto en una seccin transversal de tubera. Pero en este caso para fines de nuestro reporte, solo nos interesar conocer el tubo de Venturi puesto que con l realizamos nuestra prctica.

El Tubo de Venturi fue creado por el fsico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1.746 1.822). Fue profesor en Mdena y Pava. En Paris y Berna, ciudades donde vivi mucho tiempo, estudi cuestiones tericas relacionadas con el calor, ptica e hidrulica. En este ltimo campo fue que descubri el tubo que lleva su nombre. Segn l este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presin entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de mnima seccin del tubo, en donde su parte ancha final acta como difusor.

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una prdida de presin al pasar por l un fluido. En esencia, ste es una tubera corta recta, o garganta, entre dos tramos cnicos. La presin vara en la proximidad de la seccin estrecha; as, al colocar un manmetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la cada de presin y calcular el caudal instantneo, o bien, unindola a un depsito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.

Las dimensiones del Tubo de Venturi para medicin de caudales, tal como las estableci Clemens Herschel, son por lo general las que indica la figura 1. La entrada es una tubera corta recta del mismo dimetro que la tubera a la cual va unida. El cono de entrada, que forma el ngulo a 21, conduce por una curva suave a la garganta de dimetro d. Un largo cono divergente, que tiene un ngulo mayor, restaura la presin y hace expansionar el fluido al pleno dimetro de la tubera. El dimetro de la garganta vara desde un tercio a tres cuartos del dimetro de la tubera.

FIGURA 1. Dimensiones constructivas para el tubo medidor Venturi.

La presin que precede al cono de entrada se transmite a travs de mltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo piezomtrico. De modo anlogo, la presin en la garganta se transmite a otro anillo piezomtrico. Una sola lnea de presin sale de cada anillo y se conecta con un manmetro o registrador. En algunos diseos los anillos piezomtricos se sustituyen por sencillas uniones de presin que conducen a la tubera de entrada y a la garganta. La principal ventaja del Venturi estriba en que slo pierde un 10 - 20% de la diferencia de presin entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que desacelera la corriente.

Es importante conocer la relacin que existe entre los distintos dimetros que tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presin deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la funcin para la cual est construido. Esta relacin de dimetros y distancias es la base para realizar los clculos para la construccin de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar por l.

Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi tpico consta, como ya se dijo anteriormente, de una admisin cilndrica, un cono convergente, una garganta y un cono divergente. La entrada convergente tiene un ngulo incluido de alrededor de 21, y el cono divergente de 7 a 8. La finalidad del cono divergente es reducir la prdida global de presin en el medidor; su eliminacin no tendr efecto sobre el coeficiente de descarga. La presin se detecta a travs de una serie de agujeros en la admisin y la garganta; estos agujeros conducen a una cmara angular, y las dos cmaras estn conectadas a un sensor de diferencial de presin.

FUNCIONAMIENTO DEL TUBO VENTURI.

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubera principal en la seccin 1 se hace acelerar a travs de la seccin angosta llamada garganta, donde disminuye la presin del fluido. Despus se expande el flujo a travs de la porcin divergente al mismo dimetro que la tubera principal. En la pared de la tubera en la seccin 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos seccin 2, se encuentran ubicados ramificadores de presin. Estos ramificadores de presin se encuentran unidos a los dos lados de un manmetro diferencial de tal forma que la deflexin h es una indicacin de la diferencia de presin p1 p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presin diferencial. La ecuacin de la energa y la ecuacin de continuidad pueden utilizarse para derivar la relacin a travs de la cual podemos calcular la velocidad del flujo. Utilizando las secciones 1 y 2 en la frmula 2 como puntos de referencia, podemos escribir las siguientes ecuaciones:

Estas ecuaciones son vlidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso de los lquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atencin a la variacin del peso especfico, con la presin. La reduccin algebraica de las ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

Pero; . Por consiguiente tenemos,

Se pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento. Primero, la diferencia de elevacin () es muy pequea, aun cuando el medidor se encuentre instalado en forma vertical. Por lo tanto, se desprecia este trmino. Segundo, el trmino es la perdida de la energa del fluido conforme este corre de la seccin 1 a la seccin 2. El valor debe determinarse en forma experimental.

Pero es ms conveniente modificar la ecuacin (3) eliminando e introduciendo un coeficiente de descarga C:

La ecuacin (4) puede utilizarse para calcular la velocidad de flujo en la garganta del medidor. Sin embargo, usualmente se desea calcular la velocidad de flujo del volumen.

Puesto que , tenemos:

FIGURA 2. Numero de Reynolds del flujo.

El valor del coeficiente C depende del nmero de Reynolds del flujo y de la geometra real del medidor. La figura 2 muestra una curva tpica de C versus nmero de Reynolds en la tubera principal.

DESCRIPCION DEL ENSAYO

El desarrollo del experimento consisti en:1. Se proceder a fijar el mximo caudal posible en el venturimetro, anotando las lecturas en los piezmetros 1 y 2, cuya diferencia h es necesaria para evaluar el caudal terico (segn la ecuacin obtenida para el Qt). Luego disminuir las alturas en dichos piezmetros aproximadamente 2cm, leer de nuevo estas alturas para registrar el siguiente caudal, este proceso deber seguirse hasta completar 8 juegos de lecturas.

2. Simultneamente, para cada lectura en los piezmetros deber aforarse el caudal real, Qr, empleando el mtodo volumtrico. Estos datos nos permitirn conocer el caudal terico y real que circula por el sistema para cada diferencia de las alturas piezomtricas.

3. Los datos de laboratorio sern: lecturas piezmetricas, volumen del recipiente (4 litros) y tiempos de llenado.

EQUIPO UTILIZADO.

1. Instalacin experimental consiste en un tubo de seccin de ancho constante y altura variable (venturmetro), por el cual circula agua con un caudal constante. ste est dotado de 11 piezmetros, separados a una distancia de 25mm uno del otro, uno para cada seccin analizada, para el experimento se utilizaron 2 piezmetros.

2. Cubeta de 4 litros.

3. Cronmetro.

DATOS DEL LABORATORIO.

No.h (cm)Tiempo de llenado (s).

1t2

11710.4310.53

215.511.3811.13

313.911.6611.87

412.512.0612.12

510.813.3213.31

69.114.2514.4

7716.5916.72

85.917.9417.75

CLCULOS Y RESULTADOS

No.h(cm)t1 (s)t2 (s)QteoricoQreal1Qreal2Qreal prmlog(h)log(Q)Q realQreal

11710.4310.53396.75383.51379.87381.691.232.58378.48378.58

215.511.3811.1378.84351.49359.39355.441.192.55361.42361.49

313.911.6611.9358.76343.05336.98340.021.142.53342.29342.33

412.512.0612.1340.21331.67330.03330.851.102.52324.62324.63

510.813.3213.3316.23300.30300.53300.411.032.48301.78301.75

69.114.2514.4290.28280.70277.78279.240.962.45277.05276.98

7716.5916.7254.59241.11239.23240.170.852.38243.04242.93

85.917.9417.8233.73222.97225.35224.160.772.35223.16223.03

Graficas:Comparacin de caudales

Grafica entre caudales.

Diferencia de alturas vs caudales:

CONCLUSIONES:

Se determin mediante experimento en laboratorio el caudal de un venturmetro comparado con el mtodo de aforo. La curva de caudales del venturmetro es

El coeficiente de descarga para el venturmetro es: K=92.0026 y n= 0.4992

La ecuacin emprica o experimental para la descarga del venturmetro es Qreal =K*(h)^n Qreal = 92.0026**(h)^0.4992

Bibliografa

MOTT, ROBERT. Mecnica de Fluidos Aplicada. Prentice Hall. 6ta. Edicin.

Sears, Francis W., Zemansky, Mark W., Young, Hugh D. y Freedman, Roger. A. (2004). Mecnica de Fluidos. En Fsica Universitaria (Vol. 1). Mxico: Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.

Streeter. Mecnica de los Fluidos. 9 Edicin