practica 1 venturi salon
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ENSENADA
ING. JOSÉ REYES CABRERA
INSTITUTO TECNOLÓGICO
DE ENSENADA
PRÁCTICA DE VENTURI
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
ING. JOSÉ REYES CABRERA
“POR LA TECNOLOGÍA DE HOY Y DEL FUTURO”
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ENSENADA
ING. JOSÉ REYES CABRERA
PRACTICA # 2
Cálculo de caudal por medio de un tubo Venturi
1. Objetivo
Calcular y obtener el caudal de un fluido en una sección transversal por medio de un tubo
Venturi utilizando el equipo H-5 TQ equipment del laboratorio de ingeniería
electromecánica.
2. Introducción
Un tubo Venturi que se muestra en la figura 1, es un elemento cuya función es provocar una
diferencia de presiones. Siendo el caudal Q una función de dicha diferencia, por tal motivo
midiendo ésta diferencia se puede calcular el valor de Q.
Consta de tres partes (ver figura1).
1) una parte convergente.
2) sección mínima o garganta.
3) y una parte divergente.
Figura1.- Venturi conectado a un manómetro diferencial. (el tubo de Venturi sirve para
medir caudales con gran precisión y pocas perdidas)
El medidor estándar de Venturi consiste de una longitud corta de tubería unida es sus
extremos a las líneas de tubería por una sección cónica. Las proporciones recomendadas
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(A.S.M.E. PTC,op,cit., p. 17) para el ángulo del cono a la entrada (α) es de 21 ± 2 grados, el
ángulo del cono a la salida (β) es de 5 a 15 grados. La longitud de la garganta igual a un
diámetro de la misma, la toma de lectura corriente aguas arriba deberá de localizarse 0.25 a
0.5 veces el diámetro de la tubería conectada al cono. Ver figura 1.
Cuando el fluido está circulando o fluyendo dentro de una tubería (sección 1) y al llegar a la
garganta aumenta la velocidad del fluido provocando una caída de presión en este punto
(que generalmente es presión de vacío) por la reducción del área, entonces podemos
utilizar un manómetro diferencial entre la sección 1 y 2, se puede calcular el caudal que
fluye por el tubo de Venturi.
La sección transversal del Venturi suele ser circular, pero puede tener cualquier otra forma.
Es un aparato que se ha utilizado a través de los años para medir el caudal que fluye a
través de una tubería.
Aplicando la ecuación de Bernoulli entre las secciones convergente y divergente:
V12 / 2g + h1 + = V2
2 / 2g + h2 = Vn 2 / 2g + hn (1)
En el que V1 y V2 y Vn son las velocidades de flujo en la sección 1,2 y n en m/seg. La
ecuación de continuidad es la siguiente:
V 1a1 = V 2a2 = V nan = Q (2)
Donde: a1, a2, an, son las áreas de las secciones 1,2 y n correspondientes en m2.
En el que Q es el flujo o caudal de descarga. Sustituyendo en la ecuación (1) V1 de la
ecuación (2):
V22 / 2g (a2 / a1)
2 + h1 = (V22 / 2g) + h2 (3)
Y despejando V2 de esta ecuación:
V2 = 2g (h1 - h2) / (1 - (a22 / a1
2)) (4)
de modo que el caudal en la garganta, se obtiene multiplicando la velocidad V2 por el por el
área de la garganta (a2):
Q = a2 2g (h1 - h2) / (1 - (a22 / a1
2)) (5)
En la realidad de la práctica en campo, hay una cierta pérdida de energía entre la sección 1
y 2. Y la velocidad no es absolutamente constante a través de cualquiera de estas
secciones. Como resultado, los valores medidos de Q suele, caer un poco por debajo de los
calculados a partir de la ecuación (6):
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Q = Cv a2 2g (h1 - h2) / (1 - (a22 / a1
2)) (6)
Donde:
Cv es el coeficiente de velocidad o descarga y depende del tipo de medidor.
h1 y h2 lecturas manométricas en las secciones 1 y 2 en metros.
g es la fuerza de gravedad a la altitud especificada.
El sistema de unidades a utilizar es el sistema internacional de medidas[masa en
kilogramos (kg) , longitud en metros (m) y tiempo en segundos (seg). La unidad de fuerza es
el newton (New) cuando se, la aceleración de la gravedad (g) es 9.81 m/seg2.
La unidad de presión es el pascal (Pa):
1 Pa = 1 New/m2.
1 kgf/cm2 = 98, 067 Pa.
1 bar = 100,000 Pa.
1 kgf = 9.81 New.
La densidad se define como la masa por unidad de volumen.
= m/v = Kg/m3
El caudal (Q) de la bomba expresada en m3/seg.
La carga neta del sistema expresada en m.
La velocidad angular ω en radianes/ segundos.
El torque T en New – m.
La potencia P en Watt.
El tiempo s en segundos.
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3. Material y equipo necesario.
Descripción del equipo:
La figura 2 Y 3 muestra el arreglo del tubo Venturi para esta práctica. El tubo Venturi es de
aluminio; el agua que esta fluyendo desde la bomba del banco de pruebas H-1 a través de
la manguera flexible entra al medidor por la parte izquierda y sale por la parte derecha a
través de la válvula de control y finalmente llega al banco de pruebas H-1. El fluido pasa por
varios puntos durante su recorrido dentro del medidor (estos puntos pueden ser en la zona
convergente o divergente).
Figura 2.- Diseño del medidor Venturi.
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El medidor cuenta con tubos piezométricos verticales montados sobre la pared del medidor
cuya escala de medición es en milímetros. Cada tubo piezométrico está conectado a una
sección en particular del medidor. Este medidor consta de diámetros constantes y
diámetros que varían en dimensión a lo largo del medidor, tiene un múltiple de vidrio donde
se conecta el otro extremo de tubo piezométrico y que la función principal es mantener una
presión constante en la superficie libre del líquido.
Figura 3.- Dimensiones del medidor Venturi (ver placa en la base) y las posiciones de los
tubos piezométricos.
Este medidor cuenta además con bases de hule ajustables.
Material a utilizar:
Medidor -Venturi H5
Lápiz y papel
Calculadora
Termómetro
Sustancias:
Agua.
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4. Procedimiento:
1.- Colocar el aparato H-5 en una parte plana y firme.
2.- conectar la manguera de subministro del banco H-1 a la entra del tubo Venturi (parte
izquierda).
(i) (ii) (iii)
Figura 5.- (i) bomba sumergible en la mesa H1, (ii) manguera de suministro de la bomba
sumergible, (iii) tubo de entrada al Venturi.
3.-conectar la manguera de descarga de la válvula de control del equipo H-5 a la entrada de
la tapa del banco de pruebas H-1.
Figura 4.- medidor de Venturi
Figura 6.- Válvula de descarga del
medidor y tapa orificio de entrada a
la mesa H1
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4. Verificar que la válvula de aire del múltiple de vidrio (parte superior) se encuentre
perfectamente apretada.
5.- Abrir la válvula de descarga del banco H-1 y la válvula de control del medidor Venturi
aproximadamente 1/3 (un tercio) de toda su carrera.
6.- Encienda la bomba del suministro del agua. Para reducir la cantidad de aire que se
encuentra en los tubos manométricos, aplique unos ligeros golpes con el dedo índice a los
tubos.
7.- Cierre la válvula de control del tubo Venturi (parte derecha). Ahora el aire quedara
atrapado entre la parte superior de los tubos y el múltiple. Si se requiere aplicar unos
pequeños golpes con los dedos para eliminar el aire que haya quedado atrapado en el
liquido manométrico.
Figura 9.- Interruptor de encendido
(rojo apagado, negro encendido)
Figura 7.- Múltiple de vidrio del
medidor Venturi.
Figura 8.- Válvula de descarga de la
bomba sumergible y válvula de
control del tubo Venturi
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8.- Para este punto pregunte primero al instructor. De lo contrario ir al punto 10 de
este procedimiento. Afloje ligeramente la válvula de purga del aire del múltiple para
permitir que el agua se eleve aproximadamente hasta la mitad de la escala manométrica de
los tubos, si es necesario.
9.- Cerrar la válvula de purga del aire.
10.- Ajuste las válvulas de control y suministro del aparato H-5 y H-1 para obtener un flujo
deseado según lo indique el instructor.
11.- Observe los niveles del agua en los tubos por un momento para asegurar que la válvula
de purga del aire está perfectamente cerrada (los niveles de agua no se deberán de elevar
si la purga del aire se encuentra cerrada).
12.- Inicie con la toma de lecturas en al menos 4 puntos del medidor en función de las
instrucciones que le dé el maestro. Ver tabla 1.
Tabla 1.- tabla requerida para la toma de datos.
DIÁMETRO DE
LA SECCIÓN
TRANSVERSAL
(mm)
No. DEL TUBO
PIEZOMÉTRICO
.
LECTURA
MANOMÉTRICA
h-1 (mm).
LECTURA
MANOMÉTRICA
h-2 (mm).
COEFICIENTE
DE DESCARGA
©,
ADIMENSIONAL
.
CAUDAL
“Q”
(m3 / seg)
Cálculos:
Una vez que se toman los datos, se procede a realizar los cálculos pertinentes utilizando la
ecuación (6):
Q = Cv a2 2g (h1 - h2) / (1 - (a22 / a1
2))
Donde:
Q= caudal en m3 / s.
Cv es el coeficiente de velocidad o descarga y depende del tipo de medidor.
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h1 y h2 lecturas manométricas en las secciones 1 y 2 en metros.
g es la fuerza de gravedad a la altitud especificada. A cero metros sobre el nivel del
mar es 9.81 m/ s2.
a2 y a1 = diámetros de las secciones transversales donde se realizan las mediciones
en milímetros cuadrados (mm2).
5. Sugerencias didácticas
El alumno investigara la importancia que tiene la utilización de un sistema Venturi en
la aplicación del área de los fluidos.
El equipo analizara la información obtenida en el laboratorio mediante los siguientes
gráficos:
Caudal (Q) contra el coeficiente de Venturi (C).
Caudal (Q) contra la variación (h1- h2)½ .
El equipo comparara la información obtenida en clase y laboratorio con el apoyo
bibliográfico.
6. Reporte del equipo
Se entregará un solo reporte por equipo con las observaciones obtenidas durante el
desarrollo de la práctica, con las conclusiones de los integrantes en base a una lluvia de
ideas y resumido en una sola conclusión así como los gráficos relacionados con esta
práctica.
7. Evaluación de prácticas
Las prácticas se evaluarán bajo los siguientes puntos:
El reporte se deberá entregar una semana después de haberse realizado la práctica
en función del programa de la materia.
La práctica deberá contener por lo mínimo: portada, introducción, desarrollo,
conclusión, anexos y bibliografía.
Se tomara en cuenta la redacción y ortografía.
En caso de no realizar la práctica en la fecha programada por el instructor de la
materia, el practicante deberá realizarla lo más pronto posible y antes de la próxima
práctica (tiempo entre prácticas de 1 semana), para lo anterior se deberá dirigir con
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el responsable del laboratorio de ingeniería electromecánica.
Para aprobar el laboratorio es indispensable y obligatoria la asistencia a todas las
prácticas y cumplir con el punto anterior.
La práctica se deberá realizar en computadora con letra tipo Arial y de tamaño 12 o
14.
8. Bibliografía
a) Manual de bombas. Autores: Igor J. Karassik, Joseph P. Messina, Paul Cooper y
Charles C. Heald. Ed. Mc Graw Hill.
b) Mecánica de los fluidos y maquinas hidráulicas. Autor: Claudio Mataix. Ed Oxford.
c) Mecánica de los fluidos. Autor: Victor L. Streeter, Benjamin Wylie y Keith W. Bedford.
Ed. Mc Graw Hill.
d) Un primer curso en Hidráulica. Autor: E. Markland, editado por TQ división
capacitación y entrenamiento.