MEDICION VOLUMETRICA DE CAUDALES R. Andrade, k. Ruiz Laboratorio de Hidráulica Departamento de ingeniería civil, Universidad del Norte
INTRODUCCION En el presente informe se encuentran consignados los cálculos, análisis, discusión de los resultados, entre otros, obtenidos a partir de una prueba de laboratorio, la cual consistió en medir de manera experimental la magnitud de caudales, a través de diferentes ensayos y con la ayuda de equipos especiales que permiten medir de manera más precisa y comprobar dichos cálculos. A partir de esto se puede determinar la precisión o el porcentaje de error de los datos obtenidos durante dicha experiencia.
OBJETIVOS -
Determinar caudales usando métodos volumétricos Evaluar el error en la medición obtenido con este método de medición de caudales Analizar y discutir los resultados
MARCCO TEORICO
IMPLEMENTOS -
Banco de pruebas (Incluye tanque, bomba, medidor de volumen, manguera de suministro y drenaje) Cronometro
PROCEDIMIENTO Lo primero que hay que hacer es asegurar la manguera de descarga en el deflector antes de encender la bomba.
Luego se destapo el drenaje en el banco de pruebas, levantando la esfera que obstaculiza la salida, para permitir el flujo de agua. En ese momento procedimos a encender la bomba. Se abrió la válvula del banco de pruebas para iniciar el experimento con la medición de un caudal muy bajo. Se determinó con la ayuda del cronometro el tiempo que toma el medidor de volumen del banco de pruebas en llenar 3 litros. Hay que tener en cuenta que el medidor de volumen del banco de pruebas tiene dos escalas de medición; cada escala corresponde a un tanque interno. Se usa la escala superior (correspondiente al tanque de mayor capacidad) para este experimento. En esta prueba se inicio la toma del tiempo como es recomendado, no cuando el medidor de volumen arranque en 0 L, sino cuando marque 1 litro y parar el cronometro cuando este llegue a los 4 L, para completar de esta manera un volumen de 3 L. Este mismo procedimiento fue repetido hasta obtener 10 mediciones de tiempo para el mismo caudal. Los datos han sido registrados en la tabla 1. Para medir un caudal medio y uno alto se abrió la válvula para permitir el flujo de un mayor volumen de agua y se repitió el mismo procedimiento explicado en el paso anterior.
DATOS EXPERIMENTALES Las siguientes tablas contienen la información correspondiente a los tiempos medidos para cada uno de los tres caudales, así como también las mediciones obtenidas de los piezómetros.
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Para Q = 9.5 L/min
Vol (L)
t (s)
t (min)
3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
20,52 20,64 19,06 20,54 20,05 21,13 20,89 20,63
0,34 0,34 0,32 0,34 0,33 0,35 0,35 0,34
Q (L/MIN) ORDENADO 8,77 8,72 9,44 8,76 8,98 8,52 8,62 8,73
8,52 8,62 8,62 8,72 8,73 8,76 8,77 8,94
3,00 3,00
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20,89 20,13
0,35 0,34
Vol (L)
t (s)
t(min)
3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
15,70 15,89 16,04 15,70 16,74 15,88 15,60 16,63 15,20 16,52
0,26 0,26 0,27 0,26 0,28 0,26 0,26 0,28 0,25 0,28
Vol (L)
t (s)
t(min)
3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
9,64 8,90 10,11 8,99 9,91 9,36 9,39 9,54 9,57 9,56
0,16 0,15 0,17 0,15 0,17 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16
8,62 8,94
8,98 9,44
Para Q = 13 L/min
Q (L/MIN) ORDENADO 11,46 11,33 11,22 11,46 10,75 11,34 11,54 10,82 11,84 10,90
10,75 10,82 10,90 11,22 11,33 11,34 11,46 11,46 11,54 11,84
Para Q = 21 L/min
Q (L/MIN) ORDENADO 18,67 20,22 17,80 20,02 18,16 19,23 19,17 18,87 18,81 18,83
17,80 18,16 18,67 18,81 18,83 18,87 19,17 19,23 20,02 20,22
CÁLCULOS A continuación se presentan algunos datos estadísticos para cada caudal. Estos valores fueron arrojados por el programa Microsoft Excel.
PROMEDIO MEDIANA DESV. EST. Q 25 Q 50 Q 75 MIN MÁX IQR LI LS
CAUDAL 1 8,81 8,74 0,26 8,64 8,74 8,90 8,52 9,44 0,26 8,26 9,28
CAUDAL 2 11,2667724 11,3314459 0,34830395 10,9773991 11,3314459 11,4649682 10,7526882 11,8421053 0,48756904 10,2460456 12,1963217
CAUDAL 3 18,9792043 18,8481882 0,74111382 18,7063437 18,8481882 19,2154092 17,8041543 20,2247191 0,50906546 17,9427456 19,9790074
A partir de los anteriores datos se construye para cada prueba un boxplot o diagrama de caja y bigote para analizar la simetría de los datos.
Para determinar el porcentaje de error asociado con cada medición de caudal hay que comparar el promedio de los 10 caudales con el caudal esperado, que en este caso sería el que nos proporciona el medidor de caudales. De esta forma: -
Para primer caudal (Q1)
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Para segundo caudal (Q2)
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Para tercer caudal (Q3)
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ANÁLISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS -
¿Cómo difiere la desviación estándar de los tres caudales medidos? Explique las posibles causas de alguna diferencia. La desviación estándar es un buen indicador de que tan homogénea se presenta la distribución de los datos. Para este experimento la diferencia entre las deviaciones estándar de los tres caudales medidos radica en que a medida que aumenta la magnitud de los caudales registrados, el porcentaje de error es superior y por tanto la desviación estándar es mayor. Esto refleja una pérdida considerable en la precisión de las mediciones al momento de realizar el experimento y que básicamente se debe a factores como por ejemplo error humano a la hora de tomar el tiempo de forma manual mediante un cronometro, los equipos pudieron haber presentado alguna fuga o tal vez los equipos no están calibrados adecuadamente. Una posible causa de la diferencia entre las desviaciones estándar en cada prueba es que a medida que se trabaja con caudales mayores, se tiene un volumen de agua mucho mayor, que viaja por la misma sección de tubería, por tanto la velocidad a la cual se mueve es mucho mayor y el flujo se vuelve más turbulento, lo que supone una mayor dificultad a la hora de medir el tiempo y por ende el porcentaje de error será mayor. Es decir, se hace más difícil de controlar caudales mayores, puesto que debido a la turbulencia que se genera, a simple vista no es posible determinar con exactitud el momento en el que el agua pasa por cierta medición de volumen.
