lab 3 p.villalobos - w. barraza

7/21/2019 Lab 3 P.villalobos - W. Barraza

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IntroducciónEn la medición empírica utilizamos los medidores de presión diferencial antes mencionados (tubo

de Venturi y placa de orificio), los cuales presentan una reducción de la sección del paso del fluido,

haciendo que este aumente su velocidad y por ende la presión tiende a disminuir de formaequivalente, por el principio de conservación de energía, generando una diferencia de presión en el

medidor. Cuando la medida del caudal se utiliza con el propósito de facturar un consumo, deberá

ser lo más precisa posible, teniendo en cuenta el valor económico del fluido que pasa a través del

medidor, y la legislación obligatoria aplicable en cada caso.

Marco teórico:

Flujos compresibles: Son aquellos flujos los cuales no tienen una densidad constante, como lo son elvapor y el aire.

Un fluido compresible se mide por su nº mach siendo un flujo compresible si el numero mach es

mayor 0.3.

Flujos incompresibles: Flujos con densidad constantes, es decir, la variabilidad de la densidad de un

punto a otro es despreciable, lo que nos dice que no es constante en todos sus puntos pero si en su

mayoría. El numero mach de un flujo incompresible está bajo 0.3.

Flujos a superficie libre: Aquellos flujos cuya superficie se encuentra con una presión igual a la

atmosférica, y se produce por diferencia de altura. Ejemplo de este tipo de flujo es un rio.

Flujo en tuberías: Flujo incompresible que está aislado en un recipiente, ocupándolo en su

totalidad, y a una presión distinta de la atmosférica. Se produce por diferencia de presión. Ejemplo

son fluidos en tuberías.

Placa de orificio: La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería

donde circula el flujo. El orificio de esta puede ser concéntrico, excéntrico o segmental. Entre los

diversos perfiles de orificio que se utilizan, se destacan los de cantos vivos, de cuarto de círculo y de

entrada cónica.

Tubo de Venturi: Este medidor consiste en dos troncos de cono unidos por un tubo y éste a su vez

está conectado a la conducción por otro tubo, este tubo contiene mercurio y constituye unmanómetro diferencial que determina la diferencia de presiones entre esos dos puntos.

Coeficiente de Velocidad (Cv): Se obtiene experimentalmente y que oscila de 0.95 a poco más que

la unidad, pudiéndose tomar como valor indicativo 0.985 para los venturímetros nuevos y 0.98 para

los venturímetros que han estado en servicio.



Coeficiente de Caudal (Cq): Al igual que el Coeficiente de Velocidad, se calcula de manera

experimental y engloba al coeficiente de velocidad Cv. Matemáticamente se expresa como

Numero mach: Parámetro que relaciona la velocidad del fluido con la velocidad del sonido de la

siguiente forma:

=

Ecuación de Bernoulli: Relación que describe el comportamiento de un flujo laminar a lo largo de

una corriente de agua.

2 + + ℎ =

2 + + ℎ



Instrumentos de medición de caudal

Los instrumentos para medir caudal se llama caudalímetros, siendo la característica esencial detodos ellos, en contraposición a los instrumentos volumétricos, el ser instrumentos que miden

el flujo másico o volumétrico instantáneamente, el cual puede variar de un momento a otro.Los caudales se pueden medir en flujo cerrado o tuberías o en flujo abierto o canales.

Caudalímetros de flujo cerrado o de tuberías: los caudalímetros más importantes de esta clasepueden reunirse en los grupos siguientes:

Caudalímetros de área de paso constante.

Caudalímetros de área de paso variable.

Caudalímetros electromagnéticos y ultrasonidos.

Caudalímetros de flujo abierto o canales: los caudalímetros más importantes de esta clasepueden reunirse en los grupos siguientes:

Caudalímetros de medición indirecta.

Caudalímetros de medición directa.

Caudalímetros de flujo cerrado o tubería

Caudalímetros de área de paso constante: todos los elementos de esta clase constanesencialmente de dos elementos: un elemento deprimógeno, es decir, un elemento queprovoca una caída de presión y un manómetro diferencial, que mide esta última. Característicode estos instrumentos es que el caudal es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de presiónprovocada por el elemento deprimógeno y es preciso extraer esta raíz cuadrada para medir el

caudal.Dentro de los caudalímetros de esta clase se pueden nombrar:

Tubo de Venturi.

Tobera de medida.

Diafragmas o placas orificio.

Codos.

Cámaras espirales.

Válvulas.

Caudalímetros de área de paso variables: dentro de este tipo los más importantes son los

rotámetros.

Rotámetros: método de medición en tuberías. Consiste en una sección de tubería de formacónica que se ensancha en la dirección del flujo, y en su interior lleva un flotador que poseecierto peso. Al pasar el fluido a través de la tubería, empuja el flotador hacia arriba y esta alturadepende del caudal que pasa por esta.



Caudalímetros de flujo abierto o canales

Caudalímetros de medición indirecta: Dentro de los caudalímetros de esta clase se puedennombrar:

Orificios, tubos y toberas.

Desagüe por una compuerta de fondo. Vertederos.

Canal de Venturi.

Pantalla higrométrica de Anderson.

Métodos de la sal de Allen.

Caudalímetros de medición directa: los caudalímetros de este tipo son los conocidos medidores

de nivel. Dentro de los caudalímetros de flujo abierto o canales de medición indirecta los más

utilizados son los vertederos los cuales se describen a continuación.

Vertederos: un vertedero es una obstrucción al flujo de una corriente, de altura tal que el fluidose ve obligado a pasar por encima de ella. Cuando termina de pasar por sobre ella, el fluido cae

“vertiéndose” sobre otra superficie de altura menor. El ejemplo más clásico de un vertedero es

una represa, donde el agua mantenida en un lago pasa por las compuertas y cae hacia un valle.

La cresta puede tener varias formas. Si observamos la sección del vertedero, vemos que los

tipos más comunes son el Vertederorectangulary el VertederoenVotriangular.

Vertedero Rectangular: en esta clase de vertedero, la anchura Lwdel mismo es constante para

toda la altura hde la napa. Consideraremos un vertedero contraído. Observamos que la napa

experimenta una contracción aún después de haber pasado por la cresta del vertedero. A este

fenómeno se le conoce como venacontracta. Cuando el fluido se desplaza por el canal cada

partícula lleva esencialmente sólo velocidad en el sentido de la corriente. Al acercarse a laobstrucción, las partículas que están cerca de la cresta deben cambiar su dirección para poder

pasar a través de ella.

Vertedero en V: siguiendo un procedimiento análogo al anterior, se llega a la siguiente relación

para el caudal teórico.



Desarrollo de la experiencia:

1. Verificar que las conexiones sean adecuadas.

2. Medir las dimensiones del recipiente para calcular el caudal real, también medir los diámetros dela placa de orificio y/o el venturímetros.

Cv Cq Re

6.34613 6.55423 62687.400.680085 0.70239 60332.200.679399 0.70168 54172.250.658404 0.67999 42395.600.640622 0.66163 26089.53

3. Abrir la llave hasta que se alcance un flujo permanente, cerrar la salida del flujo y comenzar a

medir el volumen y el tiempo.

4. Realizar distintas mediciones de caídas de presión en el manómetro diferencial.

5. Repetir las mediciones con 5 caudales diferentes

h1 [m] h2[m] h1-h2 Volumen [m3]

0.586 0.580 0.006 0.0063750.567 0.083 0.484 0.0063750.528 0.137 0.391 0.0063750.471 0.216 0.255 0.0063750.407 0.305 0.102 0.006375

6. Grafique Cv V/s Re y Cq V/s Re para la placa orificio y venturímetros.



Datos:

Diámetro de orificio: 14 mm

Diámetro de garganta: 14 mm

Diámetro de cañería: 28 mm

Densidad del agua: 999Kg/m3

Viscosidad abs. (12ºc): 1.235x10−

Pa/s Largo estanque: 625 mm

Ancho estanque: 340 mm

Área 1: 0.000615752

Área 2: 0.000153928

Mediciones con tubo de Venturi

Medición presión 1 presión 2 t(s)

1 58.6 5.8 18.4

2 56.7 8.3 19.17

3 52.8 13.7 21.324 47.1 21.6 27.25

5 40.7 30.5 44.14

V2t Vr QR Qt

0.3542 2.24780 0.000346 0.000055

3.1810 2.16335 0.000333 0.00049

2.8591 1.94247 0.000299 0.00044

2.3089 1.52019 0.000234 0.00044

1.4603 0.93550 0.000144 0.000355



Mediciones placa de orificio:

Medición P1 [cmCA] P2 [cmCA] Tiempo [s]

1 57.0 3.5 17.942 54.1 8.5 18.013 48.9 16.7 24.06

4 41.1 28.8 13.795 37.3 34.8 24.35

h1 [m] h2[m] h1-h2 Volumen [m3]

0.570 0.035 0.535 0.0063750.541 0.085 0.456 0.0063750.489 0.167 0.322 0.0063750.411 0.288 0.123 0.0021250.373 0.348 0.025 0.002125

Cv Cq Re

0.6899 0.7125 52283.95990.7443 0.7688 52080.74620.6631 0.6848 38984.7980.6239 0.6444 22672.81220. 7838 0.8095 12840.1676

V2t Vr QR Qt

3.3472 2.3084 0.00035535 0.000515263.0902 2.2994 0.00035397 0.00047572.5968 1.7212 0.00026496 0.000399741.6049 1.0010 0.0001541 0.000247060.7236 0.5669 8.7269E-05 0.00011138



Conclusión

En todo sistema existen perdidas de carga, por lo que al medir el caudal que circula por una tubería,

también existen irreversibilidades y son los Coeficientes de Velocidad y de Caudal o Descarga los

que absorben estas irreversibilidades. En éste laboratorio fue posible observar que a medida queaumentaba la velocidad aumentaba el Número de Reynolds. W. Barraza)

Con la realización de esta experiencia hemos comprobado la relación de balance de energía bajo la

primera ley de termodinámica, con el uso de la ecuación de Bernoulli, contrastando los resultados

reales conseguidos con esta ecuación con los obtenidos experimentalmente. Por lo que podemos

afirmar que esta relación es muy eficiente para los cálculos de caudales en problemas de estática

de fluidos y otros. Confirmando de cierto modo que la energía se transforma pero no se pierde ni

crea. P. Villalobos)

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