UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE LABORATORIO DE FISICA II

FACULTAD DE TECNOLOGIA COCHABAMBA

PRACTICA N°5

“TUBO DE VENTURI”

INTEGRANTES: FREDDY PEREDO ARANIBAR JOSÉ M. CUIZA HUANACO

JIMMY MIRANDA LUIZAGA BORIS K. SAAVEDRA ESPINOZA

COCHABAMBA - BOLIVIA

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

TUBO DE VENTURI

1.- OBJETIVO

Determinar el caudal “Q” de aire que atraviesa un tubo de Venturi, a partir de la medición de diferencia de presión en dos partes del tubo.

2.- MATERIALES Y EQUIPO

1. Generador de viento 2. Un tubo de Venturi. 3. Un manómetro 4. Un calibrador de Vernier

3.- PROCEDIMIENTO

A) Medir el diámetro de las 3 secciones del tubo de Venturi (el tubo es simétrico a ambos lados).

B) Montar el generador de viento y tubo de Venturi horizontalmente.

MANOMETROCALIBRADOR DE VERNIER

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

C) Conectar el manómetro al tubo de Venturi en 2 secciones distintas D) Encender el generador y medir la diferencia de alturas en el manómetro con el primer caudal E) Repetir el procedimiento con 2 caudales distintos

4.-DATOS

Densidad del aire:

Densidad del líquido manométrico:

5.-MEDICION, CALCULOS Y GRAFICOS

MEDICIONES INDIRECTASCALCULO DEL ERROR DEL DIAMETRO 1:Error instrumental = 0.02 mm.=0.002 cm.

CALCULO DEL PROMEDIO: CALCULO DEL ERROR CUADRATICO

Casos Diámetro 1 [cm.]

Diámetro 2 [cm.]

Diámetro 3 [cm.]

h1-3 [cm.]Manómetro

1 10.05 8.44 5.19 1.12 10.05 8.44 5.19 2.43 10.05 8.44 5.19 4.2

1 ,23∗10−3 gr

cm3

0 ,98gr

cm3

D1=D1+D2+D3+D4

n ΔD=√∑i=1

n(D i−D )2

n (n−1 )

D1=(10 .05∗4 )

4cm ΔD=√ 4∗(10 . 05−10. 05 )2

4 (4−1 )

D1=10 .05 cm

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

Entonces:

CALCULO DEL ERROR DEL DIAMETRO 2:Error instrumental = 0.02 mm.=0.002 cm.CALCULO DEL PROMEDIO: CÁLCULO DEL ERROR CUADRÁTICO

Entonces:

CALCULO DEL ERROR DEL DIAMETRO 3:Error instrumental = 0.02 mm.=0.002 cm.CALCULO DEL PROMEDIO: CÁLCULO DEL ERROR CUADRÁTICO

Entonces:

CALCULO DE ALTURAS: diferencia de altura + error instrumentalError instrumental de la regla =0.1 cm.

Error de lash1-3 [cm.] Manómetro

(2 .4±0 .1 )

(2 .4±0 .1 )

(4 .2±0 .1 )h1-3 [cm.]Manómetro

1.1

2.4

4.2

ΔD=0 . 00 cm .

D1=( D1±ΔD ) [cm ]

D1=(10 .050±0. 002 )[cm ]

ΔD=√∑i=1

n(D i−D )2

n (n−1 )D2=

D1+D2+D3+D4

n

D2=(8 . 44∗4 )

4cm

D2=8 . 44 cm

ΔD=√ 4∗(8. 44−8. 44 )2

4 (4−1 )

ΔD=0 . 00 cm .

D2=( D2±ΔD ) [cm ]

D2=(8 . 440±0 . 002) [cm ]

ΔD=√∑i=1

n(D i−D )2

n (n−1 )

D3 =(8 .440±0 . 002) [cm ]

D3=(5 .19∗4 )

4cm

ΔD=√ 4∗(5 . 19−5 . 19)2

4 (4−1 )D3=5 .19 cm

ΔD=0 . 00 cm .D3=( D3±ΔD )[cm ]

D3=(5 .190±0.002 )[cm ]

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CALCULO DE MEDICIONESINDIRECTAS:CÁLCULO DEL PROMEDIO PARA A1: CÁLCULO DEL PROMEDIO PARA A2:

ERROR CUADRATICO: ERROR CUADRATICO:

ENTONCES: ENTONCES:

CÁLCULO DEL PROMEDIO PARA A3:

ERROR CUADRATICO: ENTONCES:

A2=π4

∗D22A1=

π4

∗D12

A2=π4

∗(8 . 44 )2A1=

π4

∗(10 . 05)2

A2=55 .95 cm2

A1=79 .33 cm2

ΔD2=0 .002cmΔA1=√( dA1

dD1

∗ΔD1)2

ΔA2=√( π2 D2∗0 .002cm)2

ΔD1=0 .002cm

ΔA1=√( π2 D1∗0 .002cm)2

ΔA2=√( π2∗(8 .44 cm )∗0 . 002cm)2

ΔA1=√( π2∗(10 . 05cm )∗0 . 002cm)2

ΔA2=0 . 027cm2

ΔA1=0 .032cm2

ΔA2=0 . 03cm2

ΔA1=0 . 03cm2

A1 =( A1±ΔA1)cm2

A2 =( A2±ΔA2 )cm2A1 =(79 .33±0 .03 )cm2

A2 =(55 .95±0 .03 )cm2A1 =(79 .33±0 .03 )cm2

A3=π4

∗D3

2

A3=π4

∗(5 . 19)2

A3=21 .16 cm2

ΔD3=0 .002cm

ΔA3=√( π2 D3∗0.002cm)2

ΔA3=√( π2∗(5 .19cm )∗0 . 002cm)2

A3 =( A3±ΔA3 )cm2

A3 =(21. 16±0.02 )cm2

ΔA3=0 . 0163cm2

ΔA3=0 . 02cm2

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CALCULO DE VELOCIDAD POR BERNOULLI PUNTOS 1 Y 3:

1

PORECUACION DE CONTINUIDAD:“Q” (caudal) es constante“T” (temperatura) es constante POR MANOMETRÍA:

REEMPLAZANDO 2 EN 1 REEMPLAZANDO 4 EN 3

P1

γ aire+V 1

2

2 g+Z1=

P3

γaire+V 3

2

2g+Z3+H P1−3

P1−P3

γaire=V 3

2−V 12

2 g(1 )

Q=A∗V

Q1=Q3

P1−γLiqu .manometrico∗Δh=Palignl¿ 3 ¿¿ ¿ ¿ P1−P2=γL .M .∗Δh (4 ) ¿¿V 1∗A1=V 3∗A3

V 1∗π4∗D1

2=V 3∗π4∗D3

2

V 1∗π4∗D1

2=V 3∗π4∗D3

2

V 1=V 3∗( D3

D1)2

(2 )

P1−P3

γaire=

V 32−[V 3( D3

D1)2]

2

2 g V 3=√ 2 γ l .m .∗Δh

ρaire∗[1−( D3

D1)4 ]

P1−P3

γaire=

V 32[1−(D3

D1)

4]2 g

V 3=√ 2 g (P1−P3)

ρaire∗g [1−( D3

D1)4 ]

V 3=√ 2 (P1−P3)

ρaire∗[1−( D3

D1)4 ]

(3 )

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

CALCULO DE LA VELOCIDADES PARA UNA H 1-3 DE 1.1 cm :

CALCULO DE VELOCIDAD 3:

DATOS:Peso especifico de el agua destilada = 0.98 gr/cm3 * 980cm/seg.2= 960.4 dinas/cm3

h= 1.1 cmDiámetro 1= 10.05 cmDiámetro 3 = 5.19 cm

CALCULO DE VELOCIDAD 1: CALCULO DE VELOCIDAD 1:

REMPLAZANDO EN ECUACION 2: COMO EL CAUDADAL ES IGUAL ENTONCES:

V 3=√ 2 γ l .m .∗Δh

ρaire∗[1−( D3

D1)4 ]

V 3=√ 2∗960 .4∗1. 1

1 . 23∗10−3∗[1−( 5. 1910 .05 )

4 ]V 3=√2112.88

1 .23∗10−3−1 .23∗10−3 (0 .52 )4

V 3=√1849316 .044

V 3=1359 . 9cmseg2

Q1=Q2=Q3V 1=V 3∗( D3

D1)2

V 1=2008 .7∗(5 .1910 .05 )

2

V 1=535 .7cm

seg2

V 2∗A2=V 3∗A3

V 2∗π4∗D2

2=V 3∗π4∗D3

2

V 2=V 3∗( D3

D2)2

V 2=1359 .9∗( 5 .198.44 )

2

V 2=514 . 23cm

seg2

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

CALCULO DE LA VELOCIDADES PARA UNA H 1-3 DE 2.4 cm

DATOS:Peso especifico de el agua destilada = 0.98 gr/cm3 * 980cm/seg.2= 960.4 dinas/cm3

h= 2.4 cmDiámetro 1= 10.05 cmDiámetro 3 = 5.19 cm

CALCULO DE VELOCIDAD 3: CALCULO DE VELOCIDAD 1:

COMO EL CAUDAL ES IGUAL ENTONCES:

CALCULO DE LA VELOCIDADES PARA UNA H 1-3 DE 4.2 cm

CALCULO DE VELOCIDAD 3: DATOS:Peso especifico de el agua destilada = 0.98 gr/cm3 * 980cm/seg.2= 960.4 dinas/cm3

h= 4.2 cmDiámetro 1= 10.05 cmDiámetro 3 = 5.19 cm CÁLCULO DE VELOCIDAD 1:

COMO EL CAUDAL ES IGUAL ENTONCES:

V 1=V 3∗( D3

D1)2

V 1=2008 .7∗(5 .1910 .05 )

2

V 1=535 .7cm

seg2

V 3=√ 2 γ l .m .∗Δh

ρaire∗[1−( D3

D1)4 ]

V 3=√ 2∗960 . 4∗2 . 4

1 . 23∗10−3∗[1−( 5. 1910 .05 )

4 ]Q1=Q2=Q3

V 2=V 3∗( D3

D2)2V 3=√ 4 . 609 .92

1 . 23∗10−3−1 . 23∗10−3 (0 .52 )4

V 2=2008 .7∗( 5 .198.44 )

2V 3=√4034871 .37

V 3=2008 .7cmseg2

V 2=759 .57cm

seg 2

V 1=V 3∗( D3

D1)2

V 3=√ 2 γ l .m .∗Δh

ρaire∗[1−( D3

D1)4 ] V 1=2657 . 26∗(5 .19

10 . 05 )2

V 1=708 .66cm

seg2V 3=√ 2∗960 .4∗4 .2

1 .23∗10−3∗[1−( 5.1910 .05 )

4 ]V 3=√7061024 .9

V 3=2657 . 26cmseg2

V 3=√8067 . 36

1 . 23∗10−3−1 . 23∗10−3 (0 .52 )4

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

6.-CUESTIONARIO1. Con los datos obtenidos determinar el caudal “Q”. CALCULO DEL CAUDAL DEL AIRE PARA UNA H1-3 DE 1.1 cm. TEORICAMENTE:

CALCULO DE “Q” PROMEDIO:

ENTONCES:

CALCULO DE VELOCIDADES PARA UNA H1-3 DE 2.4 cm. TEORICAMENTE

V 2=V 3∗( D3

D2)2

V 2=2008 .7∗( 5 .198.44 )

2

V 2=1004 .81cm

seg2

Q=Q1+Q2+Q3

n

Q sistema=Q1=Q2=Q3

Q3=V 3∗A3=28775 .48cm3

seg

Q2=V 2∗A2=28771 .17cm3

seg

Q1=V 1∗A1=28770 .61cm3

seg

A3 =(21. 16±0.02 )cm2

A1 =(79 .33±0 .03 )cm2

A2 =(55 . 95±0 .03 )cm2V 2=514 . 23cm

seg2

V 1=362.67cmseg2

V 3=1359 . 9cmseg2

Q sistema≃28772 . 42cm3

segQ=28770. 61+28771 .17+28775. 48

3

Q=28772.42cm3

seg

V 1=535 .7cmseg2

Q sistema≃28772 . 42cm3

segA1 =(79 .33±0 .03 )cm2

V 2=759 .57cm

seg 2

Q1=V 1∗A1=42497 .08cm3

seg

V 3=2008 .7cmseg2

A2 =(55 . 95±0 .03 )cm2

Q2=V 2∗A2=42497 .94cm3

segA3 =(21. 16±0.02 )cm2

Q3=V 3∗A3=42504 . 092cm3

seg

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

CALCULO DE “Q” PROMEDIO:

ENTONCES:

CALCULO DE VELOCIDADES PARA UNA H1-3 DE 4.2 cm. TEORICAMENTE:

CALCULO DE “Q” PROMEDIO: ENTONCES:

2. Haga un gráfico de v = f(A).

Con h de 1.1 Cm : GRAFICO

POR REGRESION LINEALA = -15,47B = 29272,03r =1

200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

102030405060708090

A R E A

VE

LOC

IDA

D (

m/s

eg2

)

VELOCIDAD EN FUNCION DEL AREAVelocidad [m/seg.]

Área[ cm2]

362.67 79.33

514.23 55.95

1359.9 21.16

Q=Q1+Q2+Q3

n

Q=42497 . 08+42497 . 94+42504 . 0923

Q sistema≃42499 . 7cm3

segQ=42499 .7cm3

seg

V 1=708 .66cmseg2

Q1=V 1∗A1=56217 .998cm3

segA1 =(79 .33±0 .03 )cm2

V 3=2657 .26cmseg2

V 2=1004 . 81cm

seg2Q2=V 2∗A2=56219 .12

cm3

segA2 =(55 . 95±0 .03 )cm2

Q3=V 3∗A3=56227 .62cm3

segA3 =(21. 16±0.02 )cm2

Q=Q1+Q2+Q3

n Q sistema≃56221 .58cm3

segQ=56217 . 998+56219 . 12+56227 .62

3

Q=56221 .58cm3

seg

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

ECUACION:

Y = -15,47 + 29272,03X

Con h de 2.4 Cm : GRAFICO

POR REGRESION LINEALA = -23.04B = 43241.01r = 1ECUACION:

Y = -23,01 + 43241,01X

Con h de 4.2 Cm :

POR REGRESION LINEAL:A = -30.24B =57197.92 r =1ECUACION:

Y = -30.24 + 57197.92X

3. ¿Qué aplicaciones prácticas reales conoce del tubo de Venturi?

Dado que la mayoría de las aplicaciones de los instrumentos de medición de caudales se hacen con tubos Venturi, pues el uso de tubos Venturi esta mucho mas plasmado en muchas más áreas como industrias, mecánica, y ahorro de energía; mientras que los medidores de placa orificio y de tobera de flujo son usados mayoritariamente para, valga la redundancia, medir caudales. 

Tubo Venturi

10 20 30 40 50 60 70 80 900

500

1000

1500

2000

2500

A R E A

VEL

OCI

DA

D (

m/S

eg)

VELOCIDAD EN FUNCION DEL AREA

500 1000 1500 2000 2500 30000

102030405060708090

A R E A

VEL

OCI

DA

D (

m/S

eg) VELOCIDAD EN FUNCION DEL AREA

Velocidad [m/seg.]

Área[ cm2]

1/Área=a[ cm2]

362.67 79.33 0.013514.23 55.95 0.0181359.9 21.16 0.047

Velocidad [m/seg.]

Área[ cm2]

1/Área=a[ cm2]

708.66 79.33 0.0131004.81 55.95 0.0182657.26 21.16 0.047

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

EL uso de los tubos Venturi es variado. Este puede servir en mecánica, maquinaria industrial, laboratorios etc.

Por ejemplo, se usan tubos Venturi aprovechando el efecto, estudiado anteriormente, de provocar diferencias elevadas de presión. Dentro de las aplicaciones para el tubo Venturi, se encuentra su gran uso en mecánica automotriz, donde los tubos Venturi forman parte del carburador del auto.

El Carburador. Preparador de la Mezcla.

Es bien sabido que un auto requiere de combustible para funcionar. Sin embargo, el combustible debe mezclarse con aire para producir la combustión dentro de los pistones. La gasolina es llevada desde el estanque donde mediante una bomba de alimentación*. En la figura 4.1 se muestra el sistema de bomba de alimentación. Este puede variar según el tipo de motor, pero por lo general está conformada por los elementos que se muestran.

Una vez que el combustible es inyectado por la bomba de alimentación, ésta sale hacia el carburador.

El carburador es el sistema de de regulación de mezcla y de cantidad de mezcla que será utilizada en los cilindros del motor. Es lógico pensar que si entregamos mas mezcla a los cilindros, la combustión genera más potencia y vise versal pero es necesario entregar la mezcla justa de manera que no se detenga el motor. La razón entre aire y combustible en los motores debe ser alrededor de 10.000 litros de aire por uno de gasolina, que además debe estar libre de impurezas que puedan afectar negativamente la combustión.

Cuando la proporción es mayor, se dice que la mezcla es demasiado rica y cuando es mas baja, se dice que la mezcla es pobre.

Reductores limitadores

Limita el caudal con ahorros superiores al 30% de agua y energía y disminúyela presión aumentado la vida de la manguera de las duchas, si no se quiere cambiar por una

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economizadora.   

Dispositivo anti-fugas

Si el manguito de toma de agua sufre una rotura, este dispositivo evitará una inundación. Se instala en la toma de agua de lavadoras, lavavajillas, máquinas de vending, cafeteras a   presión, etc. La válvula interna corta el paso cuando se produce una alta depresión.

Interruptor de ducha

Durante el enjabonado, permite cortar el caudal manteniendo la temperatura de uso. Muy recomendable en griferías de doble mando.

Cisternas eficientes

El uso de cisternas con dispositivos que permiten interrumpir la descarga, consigue un uso más racional del agua.

La normativa europea limita la capacidad de las cisternas a 9 litros, aunque varios importantes fabricantes han lanzado al mercado modelos de 6 litros de volumen y con pulsador de corte de descarga a 3 litros, o bien doble pulsador. El éxito de estos modelos se basa en la capacidad del sifón de arrastrar con menos agua.

Duchas de alta eficiencia. En continua innovación:

*Mediante desarrollos del tubo de Venturi se aumenta la velocidad del chorro de salida con un reducido caudal de entrada. El efecto de sobrepresión proporciona un suave masaje de millones de gotitas de todos los tamaños.

*Además de ahorrarse agua caliente, se corrigen problemas de incrustaciones, embolsamiento, falta de presión y confort, y derroche de agua.

*Algunos modelos permiten disponer de varias formas de chorro.

*En caudales de 6, 9 y 12 litros/minuto, algunas duchas ahorran, con igual o mayor confort, del 50 al 60% de agua y de la energía utilizada para calentarla.

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

4. ¿En qué punto del tubo de Venturi la presión es mayor y menor. Demostrar el resultado.

Esquema del efecto Venturi.

Primeramente El efecto Venturi consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta. Por el teorema de conservación de la energía si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

COMPARANDO LOS DATOS:

A diferencia manométrica de 1.1 cm.

P1−P3=γL . M .∗Δh

P1−P3=

ρaire∗¿V

32[1−(D3

D1)

4]2

¿P1−P3=960 . 4∗1. 1

P1−P3=1056 . 44P1−P3=1 .23∗10−3∗1359. 92 [1−( 5 . 19

10.05 )4 ]

2

P1=1056 . 447 +P3P1−P3=1056 . 447

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

A diferencia manométrica de 1.1 cm.

A diferencia manométrica de 1.1 cm.

Ahora podemos decir que en el punto 1 del tubo la presión es mayor sin tener el riesgo que la presión 3 sea negativa por el hecho que el aire es un gas y no un líquido. Y el punto 3 es de menor presión. Es decir que en la parte más ancha la presión es mayor porque en ese lugar hay mayor área que en la parte angosta donde la presión es menor.

7.-CONCLUSIONESConcluimos que en el tubo de Venturi, el punto 1 es la región más ancha o el de mayor diámetro que por consiguiente es la de mayor área que tiene una velocidad del flujo del aire menor respecto a los puntos 2 y 3 del tubo y el punto 3 es la región más angosta o la garganta que tiene menor diámetro que por consiguiente menor área tiene una velocidad del flujo de aire mucho mayor respecto a los puntos 1 y 2 de dicho tubo.

ES DECIR: A MAYOR VELOCIDAD MENOR AREA.

P1−P3=γL . M .∗ΔhP1−P3=

ρaire∗¿V

32[1−(D3

D1 )

4]2

¿

P1−P3=960 . 4∗2 . 4

P1−P3=2304 . 96P1−P3=1 .23∗10−3∗2008. 72 [1−( 5 . 19

10.05 )4]

2

P1=2304 . 96+P3P1−P3=2304 . 962

P1−P3=

ρaire∗¿V

32[1−(D3

D1 )

4]2

¿P1−P3=γL . M .∗Δh

P1−P3=960 . 4∗4 .2

P1−P3=4033 . 68P1−P3=1 .23∗10−3∗2657 .262[1−( 5. 19

10 .05 )4 ]

2

P1=4033 . 68 +P3P1−P3=4033 . 683

INFORME DE LABORATORIO TUBO DE VENTURI

A MAYOR AREA MAYOR PRESION.

Determinamos que el caudal en las tres distintas alturas mostradas por la diferencia de presiones del manómetro es ligeramente constante, este se debe porque suponemos que la temperatura es constante para que así mantenga el gas (aire) su caudal constante.

8.-RECOMENDACIONES

Después de utilizar el generador de viento se debe siempre apagar o colocar el suich apagado, debido a que si se prende puede quemarse.

Antes de colocar el manómetro se tiene que medir los diámetros del tubo.

Al conectar el generador de viento al enchufe asegurarse que este bien colocado, y así evitar problemas.

9.-BIBLIOGRAFIA

LIBROS:

*Galarza Francisco – Física II - 2007-S/ED-CBBA-Bolivia (Pág. 318-320)

PAGINAS WEB:

*www.quiminet.com.mx/pr7/TUBO%2BDE%2BVENTURI.htm - 127k –*maxventuri0.tripod.com/aplicaciones.html - 18k -