Hidráulica I y Laboratorio CIV - 229
El Gasto másico o Flujo másico o Caudal másico, en física e Ingeniería, Ingeniería, es la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo a través de una área específica. En el sistema Internacional se mide en unidades de kilogramos de kilogramos por por segundo. segundo. En En el sistema ingles se mide en Libras por por segundo. segundo. El símbolo común es (pronunciado "eme punto"). Matemáticamente es el diferencial de la masa con respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos — tuberías, termodinámicos, tuberías, toberas, turbinas, compresores, difusores actúan sobre un fluido un fluido que lo atraviesa. Su unidad es el kg el kg /s
Calcular el flujo másico y a partir de este conocer el caudal volumétrico dado la densidad del fluido.
Hallar los coeficientes de descarga en la placa de orificio y en el tubo de Venturi para un caudal volumétrico y para un caudal de placa de orificio.
Es la velocidad a la que la masa de una sustancia pasa a través de una superficie dada. De manera similar, el flujo volumétrico es la velocidad a la que el volumen de un líquido pasa a través de una superficie dada. Estas medidas se utilizan ampliamente en la dinámica de fluidos, y con frecuencia es necesario convertir estas medidas de flujo. Nota que ambos líquidos y gases se consideran fluidos en el contexto de la dinámica de fluidos. Cantidad de material expresado en unidades de masa, que atraviesa una sección transversal de área en un ducto por unidad de tiempo (ejemplo, kg/min).
=
El flujo volumétrico o tasa de flujo de fluidos es el volumen de fluido f luido que pasa por una superficie dada en un tiempo determinado. Usualmente es representado con la letra Q mayúscula. Algunos ejemplos de medidas de flujo volumétrico son: los metros cúbicos por segundo (m3/s, en unidades básicas del Sistema del Sistema Internacional)y el Internacional)y el pie cúbico por segundo (cu ft/s en el sistema inglés de medidas).Dada un área un área A, sobre la cual fluye un fluido a una velocidad uniforme V con un ángulo ɵ desde la dirección perpendicular a A, la tasa del flujo volumétrico es:
=∗∗
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Hidráulica I y Laboratorio CIV - 229 En el caso de que el flujo sea perpendicular al área A, es decir, volumétrico es:
=∗
=0
la tasa del flujo
Cantidad de material expresado en unidades de volumen, que atraviesa una sección transversal de área en un ducto por unidad de tiempo (ejemplo, L/min). Digamos que tenemos aguay aceite, y ambos fluyen a 10 litros por segundo. El flujo volumétrico del agua es 10 lps, el flujo másico del agua es de 10 kg/s. En cambio, aunque el flujo volumétrico del aceite también es de 10lps, su flujo másico es de 8 kg/s.
=
El caudal que circula por una instalación se puede determinar de forma simple imponiendo un estrechamiento en la sección de paso, de modo que se genere una reducción de presión, tanto más acusada cuanto mayor es el caudal circulante. Dentro de esta categoría de caudal metros se encuentran el tubo Venturi y la placa orificio. En esta práctica se utilizarán ambos tipos de medidores para comprobar el caudal de agua que circula por un circuito simple (también se empleará un rotámetro). La práctica se completará con la medida de las pérdidas de carga singulares habidas en dos elementos de ese circuito (un codo y una expansión brusca), que también aumentan con el caudal circulante. En todos los casos se considerará flujo incompresible y estacionario.
El principio del tubo Venturi se debe al físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822), si bien su aplicación práctica como instrumento de medida del caudal no llegó hasta mucho tiempo después, con el norteamericano Clemens Herschel (1842-1930). Un tubo Venturi, como el mostrado en la Figura 1, consiste en un tubo corto con un estrechamiento de su sección transversal, el cual produce un aumento de la velocidad del fluido y por consiguiente, puesto que la conservación de la carga expresada por el teorema de Bernoulli debe satisfacerse, una disminución de la altura piezométrica. El estrechamiento va seguido por una región gradualmente divergente donde la energía cinética es transformada de nuevo en presión con una inevitable pequeña pérdida por fricción viscosa. La caída de presión puede relacionarse con el caudal de fluido que circula por el conducto, a partir de la ecuación de continuidad (caudal constante en cualquier sección de la conducción) y de la ecuación de Bernoulli (conservación de la energía mecánica).
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Aplicando el teorema de Bernoulli entre los puntos 1, en la entrada, y 2, en la garganta del tubo Venturi de la Figura 1, se obtiene:
Si el Venturi se encuentra situado en posición totalmente horizontal, las alturas de posición de los puntos 1 y 2 son iguales, es decir 1 z = z , y estos términos se cancelan en la ecuación, pero si el tubo Venturi está inclinado, como se muestra en la Figura 1, las alturas de posición son diferentes, z ≠ z . Por otra parte, v1 y v2 pueden considerarse como las velocidades medias en la sección correspondiente del tubo Venturi, y como el flujo se desarrolla en régimen permanente y el fluido es incompresible, la ecuación de continuidad establece que:
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El ensayo se realizó llenando primeramente la mesa hidráulica con agua Se realizó mediciones de tiempo mediante un cronometro para pesos de 2 Kg constantes. Se hicieron mediciones de 6 tiempos diferentes para cada caudal. Se abrió la válvula de agua para q llene el tanque interno de la mesa hidráulica. Se procedió a poner pesos de 2 Kg cada uno para ir equilibrando y cada vez superados los 2 Kg se hace una lectura de tiempo. Una vez finalizada las mediciones con cada peso se procede a vaciar el tanque para realizar la práctica nuevamente. Con los datos obtenidos se procederá a calcular el caudal másico dado por el peso dividido entre el tiempo. Obtenido este caudal podemos calcular el caudal volumétrico dado como la división entre el caudal másico entre la densidad del agua para 12 grados. Luego para obtener el caudal teórico se toman datos de las alturas de presiones leídas del manómetro para diferentes secciones del equipo así como del tubo de Venturi. Dichas presiones son calculadas teóricamente mediante la ecuación de la energía Luego de leídas estas alturas del manómetro se procede a calcular los caudales teóricos tanto volumétrico como de la placa de orificio y a partir de estos el coeficiente de descarga a partir de formulas
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=∗
Peso Colgado [Kg]
Peso en el tanque [Kg]
Tiempo [seg]
Caudal másico [Kg/s]
Caudal Vol. [m³/s]
2
6
14,8
0,405405
0,000406
2
6
16
0,375000
0,000375
2
6
16,3
0,368098
0,000368
2
6
17,1
0,350877
0,000351
PROMEDIO
0,000375
= , VENTURIMETRO
Pa/γ=h
PLACA DE ORIFICIO
Pa/γ
Pb/γ
Pe/γ
Pf/γ
UNIDAD
240
98
235
54
mm
0,24
0,098
0,235
0,054
m
DIAMETRO DE SECCIONES a
b
e
f
UNIDAD
26
16
51,9
20
mm
0,026
0,016
0,0519
0,02
m
SECCIONES TRANSVERSALES AREA a
AREA b
AREA e
AREA f
UNIDAD
0,000531
0,000201
0,002116
0,000314
m2
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= ∗ = −∗ ) ∗∗ − ∗ 2∗9. 8 ∗ 0,24 − 0,098 = 0,0005312 1−0,0,0000201 00531 =, = ∗ =∗ [(−∗ ) ∗∗ − ∗ ] 2∗9. 8 =0,601∗ 0,0003142 0,000314 ∗ 0,235 − 0,054
1−0,002116 =, = =. = ,, , = , =.
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De la práctica se logró obtener el flujo másico y a partir de este el caudal volumétrico o caudal real igual a:
= , =, =, =.=.
Se logró obtener los caudales teóricos tanto volumétrico como de la placa iguales a:
Teniendo estos resultados se calculó los coeficientes de descarga tanto para el caudal volumétrico como para el caudal de la placa iguales a:
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