CALIBRACION DEL TUBO VENTURI Y ORIFICIO EN UNA TUBERIA O DIAFRAGMA
YOHANA CASTILLO ALMANZA LUZ M. HERRERA CESAR
PRESENTADO A: ING. FEDERICO RISSO
ASIGNATURA: LABORATORIO DE HIDRAULICA
GRUPO:
UNIVERSIDAD DE LA COSTA (CUC) FACULTAD – INGENIERIA Y CIENCIAS AMBIENTALES PROGRAMA – ING. CIVIL – ING. AMBIENTAL
BARRANQUILLA 2014
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INDICE.
INTRODUCCION……………………………………………………………. 3 OBJETIVOS………………………………………………………………….4
OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECIFICOS
FUNDAMENTOS TEORICOS………………………………………………5 MATERIALES Y PROCEDIMIENTO………………………………………8, 10 CALCULOS………………………………………………………………….. 11
ANALISIS……………………………………………………………………..17 CONCLUSION……………………………………………………………….18 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………19
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INTRODUCCIÓN.
En la historia se puede apreciar que la rama de la física que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de fluidos, quien a su vez tiene dos vertientes que son: hidrostática, que orienta su atención a los fluidos en reposo e hidrodinámica, la cual envuelve los fluidos en movimiento. La hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos a la resolución de problemas de ingeniería, tales como el flujo de fluidos en canales cerrados y/o abiertos y el diseño de turbinas, embalse, turbinas, etc. El laboratorio es una ayuda didáctica de formación que consiste básicamente en fijar conceptos teóricos aprendidos durante el curso de hidráulica y mecánica de fluidos y que nos ayudan a resolver problemas de ingeniería, para lo cual es importante saber el manejo correcto y adecuado de muchos de los dispositivos utilizados para la medición de la velocidad del flujo o caudal. En este laboratorio aprenderemos la calibración del tubo venturi y el tubo Pitot. El tubo Pitot es un medidor de flujo, es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. Su instalación simplemente consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería. Un tubo de Venturi es una cavidad de sección por la que fluye un fluído y que en una parte se estrecha, teniendo ahora una sección
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OBJETIVOS.
OBJETIVO GENERAL: Desarrollar y evaluar medidores de caudal a través de los dispositivos (tubo venturi y tubo Pitot) y aplicar métodos matemáticos para el cálculo de la velocidad de una corriente de flujo utilizando el tubo Pitot y el efecto venturi.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Medir la velocidad de la corriente de un fluido a través del tubo Pitot.
Analizar el funcionamiento y aplicaciones de efecto venturi y el tubo Pitot.
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FUNDAMENTOS TEÓRICOS.
Tubo Venturi:
Fig. 1 Tubo Venturi Instrumento para medir caudal en una tubería. Es una sección de tubería insertada en la línea, que asemeja a una boquilla ya que tiene una porción convergente desde el diámetro interno de la tubería hasta una garganta, seguida nuevamente por una sección divergente desde la garganta hacia el diámetro interno de la tubería. Se utiliza un manómetro diferencial para calcular la diferencia de presión entre la posiciones 1 y 2. El medidor venturi es uno de los dispositivos más precisos para medir el gasto en tuberías y tiene la desventaja de tener un costo elevado. Causa una muy baja pérdida de carga y, con las precauciones debidas, se puede usar para líquidos con determinadas concentraciones de sólidos. En la figura siguiente se muestran las partes que integran el medidor. El tubo venturi se compone de tres secciones, como se muestra en la figura: 1. Entrada 2. Garganta 3. Salida La sección de entrada tiene un diámetro inicial igual al diámetro de la tubería y una sección cónica convergente que termina con un diámetro igual al de la garganta: la salida consiste en una sección cónica divergente que concluye con el diámetro de la tubería. Es esencial que el flujo entrando al venturi sea uniforme. Por lo tanto, un largo tramo continuo con tubería recta aguas arriba y aguas abajo de la localización del
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venturi es deseable para mejorar la precisión en la medición del flujo. Los requerimientos de tubería recta dependen del accesorio aguas arriba del medidor. El tubo venturi clásico puede construirse de cualquier material, incluso de plástico. En la figura (2.5) se aprecian las dimensiones de un tubo venturi y la ubicación de las tomas de presión. Cuando el tubo venturi es pequeño (diámetros de 2 a 10 pulg) el medidor puede fabricarse mediante una pieza fundida. Para tamaños más grandes (diámetros de 8 a 48 pulg), su construcción se facilita mediante la soldadura de piezas separadas.
El tubo Pitot:
Fig. 2 Tubo Pitot. El medidor Pitot está compuesto básicamente de dos tubos, uno de los cuales capta la carga de impacto o alta presión (suma de la carga dinámica y carga de presión) y el otro tubo capta la carga de referencia o baja presión. De la diferencia entre la carga de impacto y la carga de referencia o baja se obtiene la carga dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad del flujo en movimiento. Diseños alternativos se han desarrollado para medir la presión dinámica y difieren solo en los detalles de construcción del tubo Pitot tipo Cole, tipo simplex y el Pitot modificado.
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Se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica). Tiene sección circular y generalmente doblado en L. Consiste en un tubo de pequeño diámetro con una abertura delantera, que se dispone contra una corriente o flujo de forma que su eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo. En consecuencia, es un medidor indirecto de caudal a través de la cuantificación de la velocidad del flujo utilizando la ecuación de continuidad, y puede utilizarse tanto en conductos libres como a presión. Q=AxV Q= es el gasto del flujo A= es el área transversal V= es la velocidad del flujo En su extremo inferior, el tubo Pitot cuenta con dos pequeños orificios en forma de gancho que están orientados a 180 grados uno del otro, los cuales se colocan uno a favor del flujo y el otro en contra de él. Estos pequeños orificios cumplen la función de medir por un lado la carga de velocidad sumada a la carga de presión y por otro solamente la carga de presión del flujo en el tubo respectivamente. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión dentro del tubo de Pitot. Para la exitosa medición del caudal en un conducto a presión, es necesario contar con algunos aditamentos, los cuales son necesarios tanto para la simple instalación del tubo Pitot, como para la correcta lectura del instrumento.
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MATERIALES
Banco hidráulico: Es un equipo que está diseñado como mesa de trabajo en donde se pueden utilizar muchos equipos para diversas experiencias de laboratorio, donde es necesario el caudal. El equipo cuenta con dos depósitos volumétricos de diferentes tamaños para tomar la medida de pequeños y grandes caudales con una gran exactitud. El agregar los demás equipos al banco hidráulico es muy fácil y ágil.
Fig. 3. Banco Hidráulico.
Termómetro: Es un instrumento de medición de la temperatura, el metal base para crear los termómetros es el mercurio encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada la cual puede dilatarse o expandirse debido a los cambios de temperatura. El mercurio es la base de los termómetros porque es una sustancia que no solo con el calor se dilata, sino que cuando llega a una temperatura promedio se mantiene estable por bastante tiempo, por eso es que se puede determinar la temperatura no solo de las personas sino también de vegetales y sustancias. La escala mas utilizada en el mundo para determinar la temperatura es la Celsius, aquella que mide grados centígrados.
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Fig. 4. Termómetro.
Cronometro: el cronometro digital es un elemento muy utilizado en laboratorio, es una forma fácil de tomar los tiempos exactos con solo presionar un botón, en donde en su pantalla se observa la fracción que indica la unidad de medida y la cifra de tiempo que indica las mediciones máximas de tiempo transcurrido.
Fig. 5. Cronometro.
Calibrador: También denominado cartabón de corredera, pie de rey, pie de metro, forcípula (para medir árboles) o Vernier, es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro). En la escala de las pulgadas tiene divisiones equivalentes a 1/16 de pulgada, y, en su nonio, de 1/128 de pulgada.
Fig. 6. Calibrador
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PROCEDIMIENTO. PROCEDIMIENTO #1: TUBO PITOT.
1. Se tomo las medidas (diámetro interno y externo, longitud altura de nivel del agua y presión).
2. Se instalo el tubo Pitot en la parte de debajo del simulador tubo cerrado. 3. Se dejo fluir el agua, la cual comenzó a salir a través del tubo Pitot, se tomo aforo cada 10 litros.
4. Se tomo el tiempo en el que se aforo, se aumento el caudal midiendo así la altura del nivel del agua y presión del tubo Pitot con altura de 10 litros.
5. Se tomaron nuevamente los tiempos de aforo y se promediaron.
PROCEDIMIENTO #2: TUBO VENTURI.
1. Se instalo en el banco hidráulico el tubo para el efecto venturi, se vertió el agua en el tubo y se sacaron las burbujas de aire que se encontraban en los pilares del tubo o la simulación del tubo venturi.
2. Se tuvieron en cuanta los pilares 1, 4 Y 8, se tomo la medida de volumen 3. Se aumento el caudal y se repitió de nuevo la experiencia.
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CALCULOS. Q1.
0,342817964 0,343406593 0,343803077
Q2 Q2 Q1
368 CV 366 t1 29,28 29,25 t2 V 10 Q1 0,341530055 Q1 0,341880342 0,341705198 H
Q3
331 CV 331 t1 34,5 34,3 t2 t3 34,52 10 V Q3 0,289855072 0,29154519 Q3 Q3 0,289687138 0,290362467 Q promedio H H
Q2. Q2
380 378 28,97 29,17 29,12 10 0,345184674
H CV t1 t2 t3 V Q2
Q3.
0,341705198
366
0,343803077
378
0,290362467
331
Q Vs. H 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2
y = 0,0001x1,3552 R² = 0,9593
0.15 0.1 0.05 0 320
330
340
350
360
Grafica N°
11
370
380
390
Q1
0,0001*X^1,3252
0,297871921
Q2
0,0001*X^1,3253 0,0001*X^1,3254
0,311183734 0,259938673
Q3
Calculo de Error
| | Caudal Caudal exp. Teo. 0,3417052 0,29787192 0,34380308 0,31118373 0,29036247 0,25993867 Error 1
14,7154779
Error 2
10,48234206 11,70421988
Error 3
MINIMOS CUADRADOS. Q
H
Log Q
0,3417052 0,3438031 0,2903625
366 378 331
-0,4663484 -0,4636902 -0,5370595 -1,4670982
∑
Log K (b)
0,000666221
m
-0,191625009
Q1
0,323176024
Q2
0,321184316 0,32946111
Q3
12
Log h
Log Q*Log h
2,5634811 -1,1954753 2,5774918 -1,1951578 2,519828 -1,3532976 7,6608009 -3,7439308
(Log h)^2 6,5714353 6,643464 6,3495331 19,564432
Log Q Vs. Log H -0.45 -0.462.51
2.52
2.53
2.54
2.55
2.56
2.57
-0.47 -0.48 -0.49 -0.5 -0.51 -0.52 y = 1,3552x - 3,9497 R² = 0,9593
-0.53 -0.54 -0.55
Grafica N° 2. Q1
0,323176024
E1
3,43535E-16
Q2
0,321184316 0,32946111
E2 E3
1,72833E-16 0
Q3
TUBO VENTURI Q1
285 60 26,49 26,5 26,94 26,93 5 225
h1 h4 t1 t2 t3 t4 V H
Q1 Q1 Q1 Q1 Q Prom.
0,18875047 0,18867925 0,18559762 0,18566654 0,187173471
Q2 h1 h4 t1
13
250 50 28,54
Q2
0,17519271
2.58
2.59
28,51 28,5 5 200
t2 t3 V H
Q2 0,17537706 Q Prom. 0,175284886
Q3
206 79 34,75 34,73 5 127
h1 h4 t1 t2 V H
Q3 Q3 Q Prom.
0,14388489 0,14396775 0,143926322
Q4
170 99 48,64 48,62 5 71
h1 h4 t1 t2 V H
Q4 Q4 Q Prom.
0,10279605 0,10283834 0,102817195
Q5 Q5 Q Prom.
0,03876269 0,0387657 0,038764197
Q5
139 120 128,99 128,98 5 19
h1 h4 t1 t2 V H
Q Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
14
∆H h1 - h4 h1 - h4 h1 - h4 h1 - h4 h1 - h4
∆H 285 - 60 250 - 50 206 - 79 170 - 99 139 - 120
H 225 200 127 71 19
Q Prom
H
0,187173471
225
0,175284886
200
0,143926322
127
0,102817195
71
0,038764197
19
H 250 y = 2803.4x 1.5557 R² = 0.99
200 150 100 50 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
Grafica N° 3. ERRORES Q1
0,197712572
Error 1
5,330516299
Q2
0,183436576 0,137401305 0,094906561 0,041021493
Error 2 Error 3 Error 4 Error 5
4,443873734 4,748875424 8,335181782 5,502714943
Q3 Q4 Q5
MINIMOS CUADRADOS Q
H
Log Q
Log h
Log Q*Log h
(Log h)^2
0,197712572
225
-0,70396571
2,35218252
-1,655855846
5,5327626
0,183436576
200 127
-0,73651406 -0,86200914
2,30103 2,10380372
-1,694740954 -1,813498042
5,29473904 4,4259901
71 19
-1,02270376 -1,38698853
1,85125835 1,2787536
-1,89328888 -1,773616583
3,42715747 1,63521077
-4,71218122
9,88702818
-8,831000306
20,31586
0,137401305 0,094906561 0,041021493 ∑
15
Log K
0,099257665
m
-0,037863648
Q1
1,023753632
Q2
1,028329458 1,04616451 1,069454401 1,124189151
Q3 Q4 Q5
Q 0 0
0.5
1
1.5
-0.2 -0.4 -0.6 -0.8
y = 0.6363x - 2.2007 R² = 1
-1 -1.2 -1.4 -1.6
Grafica N° 4.
ERRORES Q1
1,023753632
E1
2,16893E-16
Q2
1,028329458 1,04616451 1,069454401 1,124189151
E2 E3 E4 E5
0 2,12246E-16 0 0
Q3 Q4 Q5
16
2
2.5
ANALIS DE RESULTADOS. Para una mejor comprensión y entendimiento de la experiencia es necesario conocer el principio de funcionamiento y la forma de operación del tubo de Venturi y de Pitot. Se puede notar que a medida que el caudal aumenta existe un aumento en la diferencia de altura, esto se puede observar con más facilidad en una curva de calibración del equipo. Se pueden observar los caudales experimentales, obtenidos mediante la integración numérica del perfil de velocidades dado por el tubo Pitot, y los caudales teóricos en función de las caídas de presión registradas en el medidor de Venturi. En ambos casos, se sigue la tendencia esperada, en lo que respecta a que los caudales deben disminuir al disminuir la caída de presión (pues la caída de presión es proporcional al cuadrado del caudal). Se puede verificar que para diferentes caudales se obtienen densidades distintas, esto porque cuando aumenta el caudal aumentan las caídas de presión y por ende aumenta la densidad, ya que esta es directamente proporcional, además se puede decir que la velocidad se hace mayor a medida que se acerca al centro de la tubería ya que cerca de las paredes adyacentes a esta, existe fricción disminuyendo la velocidad y a medida que se acerca al centro de la tubería este efecto disminuye incrementando la velocidad.
La curva de calibración del tubo de venturi presenta un comportamiento lineal, cumpliéndose y ajustándose a lo esperado, obteniéndose un valor de R2 = 0.9, lo cual da una idea que los datos obtenidos experimentalmente están muy bien ajustado a una recta. Esta curva de calibración ajustada es una recta que pase por el origen ya que se puede afirmar que existe una proporcionalidad entre el caudal del aire y la raíz cuadrada de la altura del líquido manométrico se puede verificar que para diferentes caudales se obtienen densidades distintas, esto porque cuando aumenta el caudal aumentan las caídas de presión y por ende aumenta la densidad, ya que esta es directamente proporcional, además se puede decir que la velocidad se hace mayor a medida que se acerca al centro de la tubería ya que cerca de las paredes adyacentes a esta, existe fricción disminuyendo la velocidad y a medida que se acerca al centro de la tubería este efecto disminuye incrementando la velocidad.
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CONCLUSION.
De la practica anterior se puede concluir que el tubo venturi y el regulador Pitot, son herramientas practicas de las más utilizadas cuando se refiere a hallar la velocidad de la corriente de un tubo Por otra parte se puede decir que, el tubo venturi tiene mucha aplicabilidad tanto en la tecnología como en nuestro diario vivir, ya que es utilizado como limpiador del ambiente. De igual manera se puede decir que gracias a la utilización del tubo Pitot hoy en día podemos movernos en trayectos largos a menor tiempo, ya que el tubo Pitot es utilizado en las alas de los aviones, ya que la diferencia de presión existente entre el suelo y el aire le permite que se mantenga en el aire.
En general el tubo venturi y el Pitot son dos dispositivos utilizados como herramienta que se emplean de forma diferente pero con un mismo objetivo medir presiones y velocidades de un flujo respectivamente. Los caudales teóricos son mayores que los experimentales debido a que no se mide la caída de presión existente en la sección transversal de la tubería y el equipo empleado no es el adecuado.
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TUBO
VENTURI
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TUBOPITOT
TUBO PITOT APLICADO EN LA AVIACION
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MECANICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA
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MECANICA DE FLUIDOS APLICADA- Robert L. Mott
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