90454671 laboratorio 1 venturimetro

7/25/2019 90454671 Laboratorio 1 Venturimetro

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Introduccin

En primer instancia el motivo de este laboratorio, es que el alumno interactue con conceptos

previamente estudiados en clase con el motivo de poner en prctica la medicin de caudales

con el venturimetro, aplicar la ecuacin de bernoulli y la continuidad, observar el

comportamiento de las presiones y el proceso se conversin de energa.

Esta prctica de laboratorio, es de suma importancia para el desempeo del alumno en la

materia de Mecnica de Fluidos, ya que se deja a un lado el conocimiento terico (previamente

estudiado) y entramos directamente al emprico el cual terminara de afianzar nuestros

conocimientos en la clase. Cabe mencionar que este laboratorio es indispensable para aquellos

Ingenieros Industriales que se desarrollen en el mbito de Hidrulica, Hidrosttica e

Hidrodinmica.


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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.

- Observar el comportamiento de la distribucin de las presiones a travs del

venturimetro, as como el proceso de conversin de energa.


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Marco Terico

Conceptos Bsicos

Presin: Es una magnitud fsica escalar que mide la fuerza en direccin perpendicular porunidad 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 identificacon el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo

Principio de Bernoulli

El principio de Bernoulli, tambin denominado ecuacin de Bernoulli, describe elcomportamiento 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: Es la presin esttica a la que est sometido el fluido, debida a las molculas que lo

rodean

2. 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.

Para llegar a la ecuacin de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos limitan el

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.


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El tubo de Venturi

Definicin

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una prdida de presin al pasar por l un fluido.

En esencia, ste es una tubera corta recta, o garganta, entre dos tramos cnicos. La presinvara en la proximidad de la seccin estrecha; as, al colocar un manmetro o instrumento

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

el caudal de un fluido es constante pero la seccin disminuye, necesariamente la velocidad

aumenta. Por el teorema de conservacin de la energa, si la energa cintica aumenta, 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

en numerosos dispositivos en los que la velocidad de un fluido es importante y constituyen la

base de aparatos como el carburador.


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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.

Se Conect la manguera suplidora del banco hidrulico al tubo de entrada delventurmetro, despus se conect la manguera de drenaje a la salida del venturmetro

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. Se Abri la vlvula de control del aparato al mximo con el fin de expulsar el aire,

despus se aumento y disminuyo el caudal con mucho cuidado para mantener llena la

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 diferenciade lectura (k1h2) 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.


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Resultados y Discusin

Determinacin del caudal terico (Qt)

Aplicando la ecuacin ha Bernoulli entre la secciones de la entrada y la boquilla asumiendo que

no hay prdida de energa entre ambas secciones. Tendremos:

22

2

21

1

2

1

22Z

P

g

VZ

p

g

V

(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:

2

2

21

2

1

22h

g

Vh

g

V

De la ecuacin de continuidad sabemos que el caudal permanece constante:

Q = V1A1 = V2 A2

Despejando1

221

A

AVV y sustituyendo en la Ecuacin :

2

2

2

1

2

1

2

2

22h

g

Vh

g

A

AV

Efectuando y transponiendo trminos obtendremos la velocidad terica de fluido al pasar por la

garganta:

22

041030.5

041001.21

)66.0285.0(2

x

x

gV (3)


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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 2

1

2

21

1

)(2

A

A

hhg (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

cual consiste en recolectar un volumen de agua en un tiempo determinado (mtodo

volumtrico).

t

KgWQr

*

)(

)15.12(*)1000(

)(2 KgQr

Q= 1.64x10-4

Donde:

W = Peso colectado de agua en Kg;

= Peso especifico del agua en Kg/m3;


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t = Tiempo de coleccin en seg.

Determinacin del coeficiente de gasto o coeficiente de descarga (Cd).

Qt

QrCd

041029.5

041064.1

x

xCd

Cd= 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.

Por razones de clculo y comparacin de los resultados experimentales con los tericos,

expresaremos (hn - h1) como una fraccin de la carga de velocidad de la garganta; es decir:

22

22

1

22

1

2

V

VV

g

V

hh nn

Sustituyendo V1= f (V2, A2, A1) y Vn= f (V2, A2, A1) en la ecuacin anterior y efectuando las

operaciones necesarias obtendremos.

2

2

2

1

2

2

2

1

2

n

n

A

A

A

A

g

V

hh


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Secciones

A B C D E F

1 1. -0 .028= -0 .084 1. -0 .62 = -0 .8631 1. -0 .25 = -0 .69 1. -0 .18 = -0 .45 1. -0 .15 = -0 .26

2 2. -0 .042= -0 .084 2. -0 .56 = -0 .8631 2. -0 .24 = -0 .69 2 . -0 .19 = -0 .45 2 . -0 .14 = -0 .26

3 3. -0 .03 = -0 .084 3. -0 .664 = -0 .8631 3. -0 .24 = -0 .69 3 . -0 .18 = -0 .45 3 . -0 .1 5= -0 .26

4 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 .26

5 5. -0 .0 14 = -0 .084 5. -0 .18 = -0 .8631 5. -0 .085 = -0.69 5. -0 .05 = -0 .45 5. -0.04 = -0 .2 6

6 6. -0 .008 = -0 .084 6. -0 .102 = -0 .8631 6. -0 .05= -0 .69 6 . -0 .04 = -0 .45 6 . -0 .03 = -0 .26

7 7. -0 .0 05= -0 .084 7. -0 .076= -0 .8631 7. -0 .034 = -0 .69 7. -0 .04 = -0 .45 7. -0.019 = -0 .26

Seccin A

Los resultados siempre sern

0 = 0


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Conclusiones

A la izquierda de de todas la lecturas se representa el comportamiento real de la

distribucin de la presin

A la derecha se representa el comportamiento ideal de la distribucin de la presin y no

depende de las lecturas Piezomtricas o datos experimentales


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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.


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Anexos

Grafica

Cd vs. Q del venturimetro.

Cuestionario

Cules son las fuentes de error?

En algunos casos la fuentes de error podran ser que al observar las lecturas de los tubos

piezmetricos

Qu 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

de una placa intercalada en la tubera. El paso del fluido a travs del orificio, cuya rea es

constante y menor que la seccin transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento

apreciable de la velocidad (energa cintica) a expensa de una disminucin de la presin

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Q CD

Columna2

Columna3

Columna4


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esttica (cada de presin). Por esta razn se le clasifica como un medidor de rea constante y

cada de presin variable.

TUBO DE PITOT

Es uno de los medidores ms exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una

tubera. El equipo consta de un tubo cuya abertura est dirigida agua arriba, de modo que el

fluido penetre dentro de sta y suba hasta que la presin aumente lo suficiente dentro del

mismo y equilibre el impacto producido por la velocidad. El Tubo de Pitot mide las presiones

dinmicas y con sta se puede encontrar la velocidad del fluido, hay que anotar que con este

equipo se puede verificar la variacin de la velocidad del fluido con respecto al radio de la

tubera (perfil de velocidad del fluido dentro de la tubera).

ROTAMETROS

Es un medidor de caudal en tuberas de rea variable, de cada de presin constante. El

Rotmetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo

vertical ligeramente cnico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte

inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el rea anular entre l y la pared del

tubo sea tal, que la cada de presin de este estrechamiento sea lo suficientemente para

equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la

cual la posicin del flotador indica el gasto o caudal.


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MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Son el fundamento o la base de muchos elementos de control. El medidor de desplazamiento

positivo es un instrumento sensible al flujo. Este responde a variaciones en el valor del flujo y

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

Una obstruccin chata colocada en la corriente del flujo provoca la creacin de vortices y se

derrama del cuerpo a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo. Un sensor enel fluxometro detecta los vortices y genera una

indicacin en la lectura del dispositivo medidor.

Esta figura muestra un bosquejo del fenmeno de derramamiento de vortice. La forma del

cuerpo chato, tambin llamada elemento de derramamiento de vortice, puede variar de

fabricante a fabricante. Conforme el flujo se aproxima a la cara frontal del elemento de

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.


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La diferencia en velocidad provoca que se 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 laLey de Faraday, la cual expresa que al pasar un fluido

conductivo a travs de uncampo magntico,se produce una fuerza electromagntica (F.E.M.),

directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducir tambin el

caudal.

Est formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntos

diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metlicos, entre los

cuales se genera la seal elctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivospara generar el campo magntico, y todo se recubre de una proteccin externa, con diversos

grados deseguridad.

El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluido debe

ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de que cuando un

conductor en movimiento corta un campo magntico, se induce un voltaje.

Por qu el coeficiente cd no es constante. Explique a que se debe la prdida total en el

venturmetro sea pequea?

Dado que se est tratando con diferentes lecturas y la prdida es pequea dado que se trata

con un medidor de flujo cerrado
http://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/magne/magne.shtml#cahttp://www.monografias.com/trabajos/seguinfo/seguinfo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/seguinfo/seguinfo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/magne/magne.shtml#cahttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtml


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Cmo puede usarse el tubo de ventur para bombear fluido?

El Tubo Vnturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar:

En laIndustria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de ste se pude observar en lo que

es laAlimentacin de Combustible.

Losmotores requierenaire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina necesita

aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algn mecanismo

dosificador que permita el ingreso de la mezcla almotor en la proporcin correcta. A ese

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)

H1 H2 H3 H4 H5 H6 Vol(lt) T(s)

285 275 66 194 220 230 2 12.15

280 265 80 192 211 228 3 18.88

229 215 30 141 165 176 2 13.91200 190 90 150 160 175 3 30

175 170 110 145 155 158 4 116

163 160 127 144 148 152 3 46.82

157 155 130 145 148 150 1 22.42

TUBO

PIEZOMET. A (1) B C (2) D E F

DIAM.

(m.m) 26 23.20 16.00 16.80 18.47 20.16
http://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtmlhttp://www.monografias.com/Salud/Nutricion/http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtmlhttp://www.monografias.com/Salud/Nutricion/http://www.monografias.com/trabajos16/industria-ingenieria/industria-ingenieria.shtml

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