laboratorio fluidos (venturimetro)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

INFORME DE LABORATORIO

DOCENTE: Ing. Sandro Gutierrez

ASIGNATURA: Mecanica de Fluidos I.

ASISTENTE: Alcides Aybar Galdos.

INTEGRANTES:

Alfred Christhiani Taco Soto. 090763-kYhojan Andre Ilasaca Marco Antonio Sequeiros MirandaAryol Pacheco Dueñas.Edmar Omar Porras Molina

GRUPO: Primer grupo.

HORARIO: martes 11:00 - 01:00pm

Cusco, Enero del 2012

2UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS I 1 INTRODUCCION.

El medidor de Venturi es utilizado para medir la taza de flujo de descarga en una tubería, o sea la cantidad de agua en volumen que esta pasando a través de una tubería en la unidad de tiempo.

Por lo general el tubo Venturi está formado por.

Una pieza fundida (ver figura) formada por una porción, corriente arriba, del mismo tamaño de la tubería, la cual esta provista de una toma piezométrica para medir la presión estática.

Una región cónica convergente (tobera). Una garganta cilíndrica con otra toma piezométrica. Una sección cónica gradualmente divergente, la cual desemboca en una sección

La función básica del tubo Venturi consiste en producir un estrangulamiento en la sección transversal de la tubería, el cual modifica las presiones en las secciones aguas arriba y en la garganta, las cuales son presiones reales. De manera que a partir de la ecuación de Bernoulli es posible obtener la velocidad teórica en dicha garganta, que al multiplicarla por su área permite determinar la descarga teórica (caudal). Para determinar el caudal teórico, solo necesitamos dos lecturas piezométricas, la de la entrada y la de la garganta] Los tubos piezométricos a través de todo el Venturímetro nos indican el comportamiento de la distribución de las presiones a través del mismo.

2 OBJETIVOS

1. Medir caudales con el Venturímetro.

INFORME DE LABORATORIO: VENTURIMETRO


FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS I

2. Determinar el coeficiente de descarga (Cd) del Venturímetro.3. Medir caudales con el depósito volumétrico del Banco hidráulico, f4. Aplicar la ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad.5. Observar el comportamiento de la distribución de las presiones a través del

Venturímetro, así como el proceso de conversión de energía.

3. EQUIPOS A UTILIZAR EN EL ENSAYO

Banco hidráulico. Aparato medidor Venturi. Cronómetro. Nivel de mano. Agua.

3. GENERALIDADES

4.1. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL TEÓRICO (Qt).

Estudiaremos el comportamiento teórico que tiene el flujo a través del Venturímetro para deducir la expresión que nos determinara el caudal ver figura 12.

Aplicando la ecuación de Bernoulli entre la sección (1) y la sección (2) y asumiendo que no hay pérdida de energía entre ambas secciones, tenemos:

Ecuación (18)Donde:

La sección (1) corresponde a la entrada.La sección (2) corresponde a la garganta del Venturímetro.

En la figura 12, podemos observar que las cotas topográficas de ambas secciones son iguales y las alturas piezométricas se representan matemáticamente como sigue:

Ecuación (19)

Entonces de la ecuación de Bernoulli.

ecuación (20)

De la ecuación de continuidad sabemos que el caudal permanece constante: Q = Despejando

vt y sustituyendo en la ecuación 20:




Efectuando y transponiendo términos obtendremos la velocidad teórica del fluido al pasar por la garganta:

Ecuación (21)

Al multiplicar la velocidad teórica ecuación 21, por el área de la garganta (A2), obtenemos el caudal teórico que esta pasando a través del Venturímetro:

Donde: hi= Lectura de altura piezométrica en el entrada (m). M Lectura de altura piezométrica en la garganta (m). A1= Area de la entrada (mz). A2- Area en la garganta (m2).

4.2. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL REAL (Q,).

La determinación del caudal real se realizará mediante lecturas directa de la probeta cilindrica y graduada disponible en el banco hidráulico, siguiendo el mismo procedimiento descrito en la práctica No. 3 de ésta guía de laboratorios de hidráulica I.




DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE GASTO O COEFICIENTE DE DESCARGA (Cd).

Para deducir la fórmula del caudal teórico ecuación 22, asumimos que no se producen pérdidas de energía, lo cual afectaría los resultados, es decir que el caudal teórico (Q t) va a diferir del caudal real (Qr), de manera que para que el caudal teórico sea igual al caudal real es necesario multiplicarlo por una constante (Cd), la que se determina de la siguiente forma:

Ecuación 23

Donde: Cd= Coeficiente de descarga del Venturímetro.

Q;= Caudal real determinado con el Banco hidráulico. Qt= Caudal teórico determinado por la ecuación 22.

4.3. COMPORTAMIENTO DE LA LINEA PIEZOMETRICA A TRAVES DEL VENTURÍMETRO.

Cuando el flujo pasa a través del Venturímetro se produce un proceso de transformación de energía, de carga piezométrica (que en este caso es solo de carga a presión, porque el aparato está colocado horizontalmente) a carga de velocidad en el trayecto de la entrada hacia la garganta. Ocurriendo el proceso inverso, de la garganta hasta la salida del Venturímetro; esto es debido a que el diámetro no es constante a través del Venturímetro. Lo anterior implica que la velocidad también varía para cada sección, esto se puede apreciar en la figura 12.

Con anterioridad hemos dicho, que solo necesitamos dos lecturas piezométricas para determinar el caudal. El resto de las lecturas piezométricas es para apreciar el proceso anteriormente expuesto.

4.4. DISTRIBUCIÓN IDEAL Y REAL DÉ LAS PRESIONES.

Estas distribuciones están expresadas por:

Ecuación 24

Donde:

hi = Lectura piezométrica en la entrada;Vi = Velocidad en la entrada;Vn = Velocidad de una sección cualquiera;h„ = Lectura piezométrica en esa sección cualquiera.




Por razones de cálculo y comparación de los resultados experimentales con los teóricos, expresaremos (hn - hi) como una fracción de la carga de velocidad de la garganta; es decir:

Sustituyendo V¡ = f (V2, Az, y Vn = f (V2, A2, A{) en la ecuación anterior y efectuando las operaciones necesarias obtendremos.

Donde:

El término de lo izquierda de la ecuación 25 representa el comportamiento;; real de la distribución de la presión, expresada como fracción de la carga de velocidad de la garganta;

El término de la derecha de la ecuación 25 representa el comportamiento teórico o ideal de la distribución de la presión y no depende de las lecturas Piezométricas o datos experimentales.

Figura 13. Distancia de la garganta a cada toma piezométrica en mm

Tubo Piezometrico A1 B C D(2) E F G H J K L

Diámetro (mm) 26.00 23.20 18.40 16.00 16.80 18.47 20.16 21.84 23.53 25.24 26.00

4.5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Revise el nivel del agua dentro del tanque, la profundidad debe ser la adecuada. Conecte la manguera suplidora del banco hidráulico al tubo de entrada del Venturímetro, luego

conecte una manguera de drenaje a la salida del Venturímetro y dirígela al tanque del banco hidráulico.

Nivele el aparato por medio de los tornillos ajustables, haciendo uso del nivel de mano. Ponga a funcionar la bomba del banco hidráulico.

Abra la válvula de control del aparato al máximo para expulsar el aire, luego aumentar gradualmente el caudal y disminuirlo al mínimo, cuidando de mantener llena la tubería.

Cierre gradualmente las válvulas de control del Venturímetro y del banco hidráulico hasta lograr un nivel de agua estática que debe ser igual en todos los tubos piezométricos.


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A B CC D E

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Si los piezómetros no tienen la misma altura (lectura), nivélelos por medio de las válvulas ajustables del aparato (ubicado en la parte superior de los piezómetros), hasta que todos los tubos piezométricas alcancen la misma lectura.

Abra gradualmente ambas válvulas de forma tal, que la diferencia de lectura (hi - h2) sea la máxima posible. Se recomienda una diferencia de 250 mm.

Anote las alturas de cada tubo piezométrico y luego determine el caudal que proporciona la bomba por medio de la regleta graduada que tiene el banco hidráulico (Método volumétrico).

Cierre gradualmente ambas válvulas para variar el caudal y repita el paso (9) una vez más.

Repita el paso (10) y solo anote las lecturas piezométricas de la entrada y de la garganta por lo menos 8 veces.

4.6 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

Calcular las áreas variables a lo largo del medidor Venturi en base a los diámetros proporcionados en la tabla ubicada bajo la figura 13.

Con las áreas y las alturas piezométricas, calcular la velocidad en la sección2 (RADIO B) (garganta cilíndrica) con la ecuación 21.

Multiplicar la V2 obtenida en el inciso anterior con el área respectiva A2, para calcular el caudal teórico para todas las lecturas realizadas durante el ensayo.

SECCION

A1 A2 AREAS h1 h2 ALTURAS

VELOCIDAD CAUDAL

A 0 0 0 462 448 14 16,5700935

B 0,00053066

0,00020096

0,37869822

462 312 150 87,2979363

0,01754339

C 0,00053066

0,00022156 0,41751781 462 445 17 31,3474884

0,00694535

D 0,00053066

0,00032904 0,62005804 462 363 99 115,974172

0,03816014


A B C D EDIAMETRO(m

)0,026 0,016 0,0168 0,02016 0,026

AREA(m2) 0,00053066 0,00020096 0,00022156 0,00031904 0,00053066



* LAS COMPARACIONES SE HACEN CON EL AREA (A), YA QUE EL TUBO DE PITOT SE UBICA EN ESTE PUNTO.* NO SE CONSIDERA EL PUNTO E YA QUE TIENE LA MISMA AREA QUE EL PUNTO A.

Determine el caudal real para todas las lecturas, empleando los datos recolectados directamente de la regleta graduada del banco y aplicando la fórmula siguiente:

* LAS DIFERENCIAS CON EL OTRO CUADRO SON PORQUE SE VOLVIERON A MEDIR PARA HALLAR EL SIGUIENTE CAUDAL.* SE DEBIA ESPERAR MAS PARA QUE SE ESTABILIZARAN LAS PRESIONES EN CADA PUNTO, ESO NO SE PUDO HACER YA QUE LOS DEMAS GRUPOS SE HABIAN DEMORADO BASTANTE Y SE ACABABA EL TIEMPO DE RECOLECCION DE DATOS.

Determine el Cd del medidor Venturi según la ecuación 23.

SECCION TEORICO REAL CdB 0,0175434 -4,92 -

280,447348C 0,0069453 -1,02 -

146,861907D 0,0381601 -0,12 -

3,14464585

4. DESEMPEÑOS DE COMPRENSIÓN

¿Cuáles son las fuentes de error en el ensayo?

- El tiempo, ya que se necesitaba esperar mas para que las presiones se ubicaran de forma correcta.- Paralaje, cuando se toman las medidas del Piezómetro.

¿Qué efecto se tendría si el Venturímetro no estuviera horizontal?

- Actuaria la diferencia de alturas y la ecuación de Bernoulli seria asi:


SECCION ALTURA VELOCIDAD

V CAUDAL

A 448 432 16 0,96B 324 406 -82 -4,92C 365 382 -17 -1,02D 378 380 -2 -0,12



¿Qué otros medidores de caudal en conductos cerrados conoce?

- Tubo de Pitot.- Tubo de Pitot-Prandall.

¿Por qué el coeficiente Cd no es constante? Explique ¿a qué se debe que la pérdida total en el Venturímetro sea pequeña?

- En realidad, en el experimento nos debería salir un Cd mini, acercándose a 0, los errores nos impiden realizar con eficacia el experimento.

¿Cómo puede usarse el tubo de Venturi para bombear fluido?

- Al decrecer el área en la estrangulación, la velocidad se incrementa y s podría utilizar se aumento para bombear algún fluido con as velocidad.

¿Qué pasaría si la altura del agua en el banco hidráulico sobrepasa la altura estipulada por los requerimientos del equipo?

- Se formarían remolinos y el flujo se tornaría turbulento.

Construya una tabla de conversión de unidades de caudal que contemple las unidades de volumen de: litros, m3, y galones ver sus las unidades de tiempo de: segundo, minutos, hora y día.

Grafique:

Cd vs. Q teórico del Venturímetro.

-300 -250 -200 -150 -100 -50 00

0.0050.01

0.0150.02

0.0250.03

0.0350.04

0.045


LITROS METROS 3CAUDAL 1 0,001



(h1 - h2)1/2 vs. Q teórico del Venturímetro.

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130

2

4

6

8

10

12

Q real vs. Q teórica del Venturímetro. ¿Qué significa la pendiente de esta gráfica?

-6 -5 -4 -3 -2 -1 00

0.0050.01

0.0150.02

0.0250.03

0.0350.04

0.045

La pendiente seria la velocidad en cada tramo.

5. COMENTARIOS Y SUGERENCIAS

Los errores cometidos para este experimento se han sujeto a la falta de tiempo que se tuvo en la obtención de datos, ya que los otros grupos se habrían demorado demasiado, lo cual afecto en nuestra toma de datos.

6. ANEXO


(h1-h2)^1/23,7416573912,24744874,123105639,94987437

VENTURIMETRO EDIBON




VENTURIMETRO EDIBON

VENTURIMETRO ELABORADO POR ESTUDIANTES DE LA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

laboratorio fluidos (venturimetro)

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