Introduccin Enprimerinstanciaelmotivodeestelaboratorio,esqueelalumnointeractueconconceptos previamenteestudiadosenclaseconelmotivodeponerenprcticalamedicindecaudales conelventurimetro,aplicarlaecuacindebernoulliylacontinuidad,observarel comportamiento de las presiones y el proceso se conversin de energa. Estaprcticadelaboratorio,esdesumaimportanciaparaeldesempeodelalumnoenla materia de Mecnica de Fluidos, ya que se deja a un lado el conocimiento terico (previamente estudiado)yentramosdirectamentealempricoelcualterminaradeafianzarnuestros conocimientos en la clase. Cabe mencionar que este laboratorio es indispensable para aquellos IngenierosIndustrialesquesedesarrollenenelmbitodeHidrulica,Hidrostticae Hidrodinmica. Objetivos Objetivo General -Utilizar el venturimetro para medir caudales. Objetivos Especficos -Determinar el coeficiente de descarga del venturimetro. -Usar el mtodo volumtrico para la medicin de caudales. -Poner en prctica la ecuacin de Bernoulli y la ecuacin de continuidad. -Observarelcomportamientodeladistribucindelaspresionesatravsdel venturimetro, as como el proceso de conversin de energa. Marco Terico Conceptos Bsicos Presin:Esunamagnitudfsicaescalarquemidelafuerzaendireccinperpendicularpor unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. Caudal: Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo Principio de Bernoulli ElprincipiodeBernoulli,tambindenominadoecuacindeBernoulli,describeel comportamiento de un fluido movindose a lo largo de una lnea de corriente. Es decir expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en rgimen de circulacin por un conducto cerrado, permanece constante a lo largo de su recorrido.La energa de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: i.Cintica: es la energa debida a la velocidad que posea el fluido. ii.Potencial gravitacional: es la energa debido a la altitud que un fluido posea. iii.Energa de flujo: es la energa que un fluido contiene debido a la presin que posee. P + 1/2pv2 + pgh En la ecuacin de Bernoulli intervienen los parmetros siguientes:1.P:Eslapresinesttica alaqueestsometido elfluido,debidaalasmolculasquelo rodean2.p: Densidad del fluido.3.v: Velocidad de flujo del fluido.4.g: Valor de la aceleracin de la gravedad (en la superficie de la Tierra).5.h: Altura sobre un nivel de referencia.ParallegaralaecuacindeBernoullisehandehacerciertassuposicionesquenoslimitanel nivel de aplicabilidad:a.El fluido se mueve en un rgimen estacionario, o sea, la velocidad del flujo en un punto no vara con el tiempo.b.Se desprecia la viscosidad del fluido (que es una fuerza de rozamiento interna).c.Se considera que el lquido est bajo la accin del campo gravitatorio nicamente. El tubo de Venturi Definicin El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una prdida de presin al pasar por l un fluido. Enesencia,steesunatuberacortarecta,ogarganta,entredostramoscnicos.Lapresin varaenlaproximidaddelaseccinestrecha;as,alcolocarunmanmetrooinstrumento registrador en la garganta se puede medir la cada de presin y calcular el caudal instantneo. El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si elcaudaldeunfluidoesconstanteperolaseccindisminuye,necesariamentelavelocidad aumenta.Porelteoremadeconservacindelaenerga,silaenergacinticaaumenta,la energa determinada por el valor de la presin disminuye forzosamente. Funcin Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligndole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. Estos modelos se utilizan ennumerososdispositivosenlosquelavelocidaddeunfluidoesimportanteyconstituyenla base de aparatos como el carburador. Metodologa Equipo de laboratorio usado durante la prctica. 1.Banco Hidrulico. 2.Aparato medidor venturi. 3.Cronmetro. 4.Juego de pesas de 2.5 Kilogramo. 5.Nivel. 6.Agua. Pasos que se siguieron en la prctica. 1.Se reviso que el tanque tuviera el nivel de agua adecuado (32cm). 2.SeConectlamanguerasuplidoradelbancohidrulicoaltubodeentradadel venturmetro,despusseconectlamangueradedrenajealasalidadelventurmetro en direccin al tanque pesador del banco hidrulico. 3.Se nivelo el equipo correctamente con las llaves del mismo. 4.Se puso a trabajar la bomba del banco hidrulico. 5.SeAbrilavlvuladecontroldelaparatoalmximoconelfindeexpulsarelaire, despusseaumentoydisminuyoelcaudalconmuchocuidadoparamantenerllenala tubera. 6.Se cerr cuidadosamente las vlvulas de control del venturmetro y del banco hidrulico hasta lograr un nivel de agua esttica de tal formar que quedara igual en todos los tubos piezomtricos. 7.Se abrieron lentamente y al mismo tiempo las dos vlvulas de tal forma que la diferencia de lectura (k1 h2) sea la mxima posible.8.Se hicieron apuntes de las alturas de cada tubo piezomtrico y se determino por medio del mtodo volumtrico el caudal que proporciona la bomba por medio del mecanismo pesador del banco hidrulico. 9.Se cerraron cuidadosamente ambas vlvulas para variar el caudal. 10. Se repiti el procedimiento 8 veces de tal forma que se recopilaran los datos necesarios y que cada miembro del grupo tuviera la oportunidad de usar el venturimetro. Resultados y Discusin Determinacin del caudal terico (Qt) Aplicando la ecuacin ha Bernoulli entre la secciones de la entrada y la boquillaasumiendo que no hay prdida de energa entre ambas secciones.Tendremos: 222211212 2ZPgVZpgV+ + = + +

(1) Pero dado que las cotas topogrficas de ambas secciones son iguales y las alturas piezomtricas se representan matemticamente como sigue: Entonces de la ecuacin de Bernoulli nos queda que: 2221212 2hgVhgV+ = + De la ecuacin de continuidad sabemos que el caudal permanece constante: Q = V1A1=V2 A2 Despejando 12 21AA VV =y sustituyendo en la Ecuacin : 222121222 2hgVhgAAV+ = +(((

||.|

\| Efectuando y transponiendo trminos obtendremos la velocidad terica de fluido al pasar por la garganta: 2204 10 30 . 504 10 01 . 21) 66 . 0 285 . 0 ( 2||.|

\|=xxgV(3) Al multiplicar la velocidad terica (Ecuacin 3) por el rea de la garganta (A2), obtendremos el caudal terico que est pasando a travs del venturimetro: Qt=A2

2122 11) ( 2||.|

\|AAh h g(4) Qt = 2.01x10-04(2.63) Qt = 5.29x10-04 Donde: h1=Lectura de la altura piezomtrica en la entrada (m). h2=Lectura de la altura piezomtrica en la garganta (m). A1 =Area de la entrada (m2). A2 =Area de la garganta (m2). Determinacin del caudal real (Qr). Este se determina por medio del mecanismo pesador que trae integrado el banco hidrulico, el cualconsisteenrecolectarunvolumendeaguaenuntiempodeterminado(mtodo volumtrico). tKg WQr*) (=) 15 . 12 ( * ) 1000 () ( 2KgQr = Q=1.64x10-4 Donde: W=Peso colectado de agua en Kg; =Peso especifico del agua en Kg/m3; t=Tiempo de coleccin en seg. Determinacin del coeficiente de gasto o coeficiente de descarga (Cd). QtQrCd =04 10 29 . 504 10 64 . 1=xxCdCd= 0.311 Donde: Cd=Coeficiente de descarga del venturimetro; Qr =Caudal real (Mecanismo pesador del Banco Hidrulico); Qt=Caudal terico determinado por la ecuacin (4). Distribucin ideal y real de las presiones. Porrazonesdeclculoycomparacindelosresultadosexperimentalesconlostericos, expresaremos (hn -h1) como una fraccin de la carga de velocidad de la garganta; es decir: 222 212212VV VgVh hn n= SustituyendoV1=f(V2,A2,A1)yVn=f(V2,A2,A1)enlaecuacinanterioryefectuandolas operaciones necesarias obtendremos. 222122212||.|

\|||.|

\|=nnAAAAgVh h Secciones A B C D E F1 1. -0.028= -0.084 1. -0.62 = -0.8631 1. -0.25 = -0.69 1. -0.18 = -0.45 1. -0.15 = -0.262 2. -0.042= -0.084 2. -0.56 = -0.8631 2. -0.24 = -0.69 2. -0.19 = -0.45 2. -0.14 = -0.263 3. -0.03 = -0.084 3. -0.664 = -0.8631 3. -0.24 = -0.69 3. -0.18 = -0.45 3. -0.15= -0.264 4. -0.0.28 = -0.084 4. -0.36= -0.8631 4. -0.14 = -0.69 4. -0.11= -0.45 4. -0.07= -0.265 5. -0.014 = -0.084 5. -0.18 = -0.8631 5. -0.085 = -0.69 5. -0.05 = -0.45 5. -0.04 = -0.266 6. -0.008 = -0.084 6. -0.102 = -0.8631 6. -0.05= -0.69 6. -0.04 = -0.45 6. -0.03 = -0.267 7. -0.005= -0.084 7. -0.076= -0.8631 7. -0.034 = -0.69 7. -0.04 = -0.45 7. -0.019 = -0.26 -Seccin ALos resultados siempre sern0 = 0 Conclusiones -Alaizquierdadedetodaslalecturasserepresentaelcomportamientorealdela distribucin de la presin -Aladerechaserepresentaelcomportamientoidealdeladistribucindelapresinyno depende de las lecturas Piezomtricas o datos experimentales Bibliografa Giles, R. V. (1962). Mecanica de los Fluidos e Hidraulica. Mexico: Mc Graw Hill. White, F. M. (2008). Mecanica de Fluidos. Mexico: Mc Graw Hill. Anexos Grafica Cd vs. Q del venturimetro. Cuestionario Cules son las fuentes de error?Enalgunoscasoslafuentesdeerrorpodranserquealobservarlaslecturasdelostubos piezmetricosQu otros medidores de caudal en conductos cerrados conoce? (Enumere, hable de c/u). MEDIDOR DE ORIFICIO El medidor de Orificio es un elemento ms simple, consiste en un agujero cortado en el centro deunaplacaintercaladaenlatubera.Elpasodelfluidoatravsdelorificio,cuyareaes constante y menor que la seccin transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciabledelavelocidad(energacintica)aexpensadeunadisminucindelapresin 00.050.10.150.20.250.30.35Q CDColumna2Columna3Columna4esttica (cada de presin). Por esta razn se le clasifica como un medidor de rea constante y cada de presin variable. TUBO DE PITOTEsunodelosmedidoresmsexactosparamedirlavelocidaddeunfluidodentrodeuna tubera.Elequipoconstadeuntubocuyaaberturaestdirigidaaguaarriba,demodoqueel fluidopenetredentrodestaysubahastaquelapresinaumentelosuficientedentrodel mismoyequilibreelimpactoproducidoporlavelocidad.ElTubodePitotmidelaspresiones dinmicasyconstasepuedeencontrarlavelocidaddelfluido,hayqueanotarqueconeste equiposepuedeverificarlavariacindelavelocidaddelfluidoconrespectoalradiodela tubera (perfil de velocidad del fluido dentro de la tubera). ROTAMETROS Esunmedidordecaudalentuberasdereavariable,decadadepresinconstante.El Rotmetroconsistedeunflotador(indicador)quesemuevelibrementedentrodeuntubo verticalligeramentecnico,conelextremoangostohaciaabajo.Elfluidoentraporlaparte inferiordeltuboyhacequeelflotadorsubahastaqueelreaanularentrelylapareddel tuboseatal,quelacadadepresindeesteestrechamientosealosuficientementepara equilibrarelpesodelflotador.Eltuboesdevidrioyllevagrabadounaescalalineal,sobrela cual la posicin del flotador indica el gasto o caudal. MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Sonelfundamentoolabasedemuchoselementosdecontrol.Elmedidordedesplazamiento positivo esuninstrumentosensibleal flujo.Este respondeavariaciones enelvalor del flujoy responde a seales mecnicas correspondiente a la rotacin del eje. Se aplican en las siguientes circunstancias: donde se encuentre un flujo grande, donde se requiere una respuesta directa al valor de la variacin del flujo y donde la accin mecnica es necesaria. FLUXOMETRO DE VORTICE Unaobstruccinchatacolocadaenlacorrientedelflujoprovocalacreacindevorticesyse derrama del cuerpo a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor en elfluxometrodetectalosvorticesygenerauna indicacinenlalecturadeldispositivo medidor. Estafiguramuestraunbosquejodelfenmenodederramamientodevortice.Laformadel cuerpochato,tambinllamadaelementodederramamientodevortice,puedevariarde fabricanteafabricante.Conformeelflujoseaproximaalacarafrontaldelelementode derramamiento, este se divide en dos corrientes. El fluido cerca del cuerpo tiene una velocidad baja en relacin con la correspondiente en las lneas de corrientes principales.La diferencia en velocidad provoca quese generen capas de corte las cuales eventualmente se rompen en vortices en forma alternada sobre los dos lados del elemento de derramamiento. La frecuencia de los vortices creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo y, por lo tanto, a la frecuencia del flujo del volumen.FLUXOMETRO ELECTROMAGNTICO Su principio de medida est basado en la Ley de Faraday, la cual expresa que al pasar un fluido conductivo a travs de uncampo magntico, se produce una fuerza electromagntica (F.E.M.), directamenteproporcionalalavelocidaddelmismo,dedondesepuedededucirtambinel caudal. Estformadoporuntubo,revestidointeriormenteconmaterialaislante.Sobredospuntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metlicos, entre los cualessegeneralasealelctricademedida.Enlaparteexternasecolocanlosdispositivos paragenerarelcampomagntico,ytodoserecubredeunaproteccinexterna,condiversos grados de seguridad. El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluido debe serligeramenteconductordebidoaqueelmedidoroperabajoelprincipiodequecuandoun conductor en movimiento corta un campo magntico, se induce un voltaje.Porquelcoeficientecdnoesconstante.Expliqueaquesedebelaprdidatotalenel venturmetro sea pequea?Dadoqueseesttratandocondiferenteslecturasylaprdidaespequeadadoquesetrata con un medidor de flujo cerrado Cmo puede usarse el tubo de ventur para bombear fluido? El Tubo Vnturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar: En la Industria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de ste se pude observar en lo que es la Alimentacin de Combustible. Los motores requieren aire ycombustibleparafuncionar.Unlitrodegasolinanecesita aproximadamente10.000litrosdeaireparaquemarse,ydebeexistiralgnmecanismo dosificadorquepermitaelingresodelamezclaal motor enlaproporcincorrecta.Aese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de Vnturi: al variar el dimetro interior de una tubera, se aumenta la velocidad del paso de aire. Qu pasara si la altura del agua en el banco hidrulico sobrepasa los 32 cm? Esto conyevaria a daar el tubo piezometrico dado que este tiene un lmite de elevacin TABLA PARA TOMA DE DATOS EXPERIMENTALES LECTURAS PIEZOMETRICAS (mm) H1H2H3H4H5H6Vol(lt)T(s) 28527566194220230212.15 28026580192211228318.88 22921530141165176213.91 20019090150160175330 1751701101451551584116 163160127144148152346.82 157155130145148150122.42 TUBO PIEZOMET. A (1) B C (2) D E F DIAM. (m.m) 26 23.20 16.00 16.80 18.47 20.16