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MEDICIÓN DE CAUDALES Alumnos: Gonzalo muñoz cortes Jorge Profesor: Sr. Luis gatica La Serena, 04 de diciembre de 2014 Resumen La medición de caudal es de suma importancia en la industria ya que en gran parte de los procesos existe la necesidad de controlar el caudal, para mantener este control lo primero que se tiene que hacer es medirlo, por lo tanto el método volumétrico es la manera más sencilla de hacerlo. En el presente informe se muestra un análisis teórico y experimental sobre la medición de caudales, mediante dos procesos: La placa de Aforo y el Tubo de Venturi. 1 Universidad de La Serena. Departamento de Ing. Mecánica. Área de Termo fluidos. Mecánica de Fluidos.

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ensayo de cargas en fluidos

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Page 1: Lab 3 Fluidos

MEDICIÓN DE CAUDALES

Alumnos: Gonzalo muñoz cortesJorge

Profesor: Sr. Luis gatica

La Serena, 04 de diciembre de 2014

Resumen

La medición de caudal es de suma importancia en la industria ya que en gran parte de los procesos existe la necesidad de controlar el caudal, para mantener este control lo primero que se tiene que hacer es medirlo, por lo tanto el método volumétrico es la manera más sencilla de hacerlo.

En el presente informe se muestra un análisis teórico y experimental sobre la medición de caudales, mediante dos procesos: La placa de Aforo y el Tubo de Venturi.

En esta práctica se utilizarán ambos tipos de medidores para comprobar el caudal de agua que circula por un circuito simple (manómetro), con esto se pretende determinar el coeficiente de Velocidad, Coeficiente de Caudal y el Número de Reynolds. Para ello se realizaran mediciones con diferente caudal, volumen y tiempo por trabajo, para luego discutir sus respectivos en comparación con los caudales Reales para así comprobar la validez de las expresiones obtenidas.

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Universidad de La Serena.Departamento de Ing. Mecánica.

Área de Termo fluidos.Mecánica de Fluidos.

Page 2: Lab 3 Fluidos

Introducción

El flujo de un líquido en una tubería sufre pérdida de energía debido a la fricción entre el líquido y las paredes de la tubería y a los accesorios que se emplean en ésta. Ésta se conoce habitualmente como pérdida de carga.En el caso de tuberías horizontales, la pérdida de carga se manifiesta como una disminución de la presión en el sentido del flujo.En 1850, Darcy y Weibasch, dedujeron experimentalmente una formula básica para el cálculo de pérdidas de carga por fricción en tuberías. Esta se define como la perdida de energía del fluido por el roce entre moléculas de agua y con las paredes de la tubería.

Objetivo de la experiencia

El objetivo de este laboratorio es poder calcular el caudal que existe en tuberías a través de placa de aforo y tubos de Venturi aplicando una serie de relaciones y fórmulas que nos permitan obtener ciertas propiedades de fluidos, en este caso el caudal. Conocer las características principales de estos métodos de medición y entender la importancia y trascendencia que tienen éstos en la vida cotidiana.

Objetivos Específicos

Mediciones de caudales a un flujo permanente de agua que atraviesa por un tubo de Venturi.

Analizar variación de volumen y tiempo de llenado

Determinar valor del caudal real transportado.

Determinar la velocidad media del fluido.

Determinar coeficiente de velocidad y coeficiente de caudal utilizando los datos de áreas del tanque y del tubo de Venturi.

Comparar valores experimentales con los teóricos

Analizar el Comportamiento entre Cv v/s Re y Cq v/s Re para el Venturímetro y la placa de orificio

Alcances de la experiencia

Dentro del contexto experimental del laboratorio, el alcance de esta experiencia está definido por la longitud, diámetro y el caudal asociado del sistema

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implementado, para este caso se limita a las dimensiones del tubo y del depósito de agua, donde particularmente se extraen los datos análogos para profundizar los contenidos en las ecuaciones.

Pérdida de Carga

La pérdida de carga es un fenómeno que se manifiesta en cualquier situación donde se desee mover un fluido desde un punto a otro. Su origen está en el esfuerzo cortante que se origina cada vez que un fluido viscoso es movido; este esfuerzo cortante provoca un roce entre las diferentes partículas de fluido, roce que disipa energía. Si se desea mover el fluido, debe conocerse el valor de esta pérdida de energía para poder proporcionarla.

Pérdidas singulares

Las pérdidas de carga singulares tienen lugar en los cambios de sección y dirección de la corriente, en las contracciones, ensanchamientos bruscos, curvas, codos, bifurcaciones, o por accesorios instalados en ellas, como diafragmas, llaves, válvulas, etc. Todos ellos originan una perturbación de la corriente que provoca la aparición de remolinos, intensificándose de esta forma las pérdidas de cargaNormalmente son pequeñas comparadasCon las pérdidas lineales o longitudinales, salvo que se trate de válvulas casi completamente cerradas.

Las pérdidas singulares se calculan mediante la siguiente formula:

Donde:Hs = perdida de carga singular.K = factor de singularidadQ =caudalD = diámetro de la cañería

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Imágenes

Pérdidas de carga longitudinales

Las pérdidas longitudinales son las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tiene lugar en flujo uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección constante.

Las pérdidas longitudinales se calculan mediante la siguiente formula:

Donde

Hp = perdida de carga longitudinalf = coeficiente de friccion en la cañeriaL = largo de la cañeriaQ = caudal D= diametro de la cañeria

Procedimiento.

1. - Una vez conectado el sistema de bombeo, nos aseguramos que el agua pase solamente por la tubería a medir.

2. - Abrir la llave de paso de la tubería de manera que salga una cantidad de líquido por el extremo abierto. La abertura debe ser tal que puedan efectuarse 4

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medidas de caudal diferente (3 medidas de caudal en el caso de la pérdida de carga por longitud).

3.- Conectar el manómetro diferencial a la tubería a medir. Cuidadosamente, abrir las llaves que conectan el manómetro. Se producirá una diferencia de nivel entre las dos columnas. Cuidar que la columna más baja no llegue hasta el cero, de lo contrario, el manómetro sufrirá una descalibración. Para ello, comience con una pequeña abertura de la llave de paso, e increméntela lentamente mientras la segunda columna baja.

4.- Una vez estabilizada la lectura del manómetro, proceda a leer la diferencia entre ambas alturas. Asimismo, mida el tiempo que demora en llenarse el estanque un volumen arbitrario. Dividiendo el volumen por el tiempo, se obtiene el caudal.

5.- Repita el procedimiento hasta completar el total de medidas.

Tubo de Venturi:

Método utilizado para medir tanto fluidos compresibles como incompresibles. Es muy similar a la Placa de orificio, con la diferencia que tiene una disminución de sección paulatina en la sección de la tubería, seguida de un aumento paulatino hasta el diámetro original de la tubería.

Se mide la diferencia de presiones entre la sección 1, aguas arriba de la parte convergente y la sección 2, garganta del Venturi, utilizando un manómetro diferencial.

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Para la obtención de la expresión que relaciona los caudales o flujo volumétrico y las presiones, se aplica la ecuación de balance de masa y la Primera Ley, realizando en ella las restricciones pertinentes.

Fórmulas y Cálculo asociado al problema

P1γ

+V 12

2g+Z1=

P2γ

+V 22

2 g+Z2+H L

m1=m2

P1∗V 1∗A1=P2∗V 2∗A2

Q=A1∗V 1=V 2∗A2

H L=P1−P2γ

H 1=H 2+H L⇒H L=H 1−H 2

H L=f∗8∗L∗Q 2

π2∗g∗∅ 5

∅=0.028 [m ]

L=2.4 [m ]

P1−P2γ

= f∗8∗L∗Q2

π 2∗g∗∅ 5 ⇒ f r=(P ¿¿1−P2)

γ¿ π2∗g∗∅ 5

8∗L∗Q2¿

f r=(P¿¿1+P2)

γ¿π 2∗9.81∗0.0285

8∗2.4∗Q2¿

f teorico∗α∗Re→laminar→f=64Re

f teorico∗α∗Re→turbulento→f=0.3164Re∗0.25

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Tablas

H1 H2 H3 V V2t Cv Cq V2 |Re1 0,455 0,412 0,2 453,6 1,0606 0,021

60,0249 0,0229

2312,14

2 0,473 0,385 0,2 453,6 1,5173 0,0226

0,0261 0,03434

467,67

3 0,480 0,381 0,2 453,6 1,6073 0,0228

0,0261 0,03683

501,58

4 0,500 0,353 0,3 680,4 1,961 0,0232

0,0268 0,04550

619,65

5 0,529 0,313 0,3 453,6 2,3771 0,0232

0,0268 0,05525

752,43

6 0,715 0,055 0,3 453,6 4,1552 0,0232

0,0266 0,09550

1300,59

Gráficos

Cv -|Re

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Page 8: Lab 3 Fluidos

312.14 467.67 501.58 619.650.0205

0.021

0.0215

0.022

0.0225

0.023

0.0235

Chart Title

cv Series2 Series3

Cq-|Re

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Page 9: Lab 3 Fluidos

0.0249 0.0261 0.0261 0.02680

100

200

300

400

500

600

700

Chart Title

Series1 Series2 Series3

Conclusión.

Las pérdidas por fricción debido a la rugosidad de las paredes de una tubería en contacto con el fluido definitivamente deben tomarse en cuenta en el diseño de una instalación de tuberías. Estas pérdidas además pueden ser cuantiosas debido a la oxidación interna o al depósito de sustancias dentro de los conductos, por lo que se deben prever en el planeamiento inicial aumentando el diámetro de las tuberías o plantear una estrategia para limpiarlas por periodos. De esta forma se evitarán caídas de presión no deseadas.

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