UNIVERSIDAD DE LA SERENA
DEP. INGENIERÍA MECÁNICA
MECANICA DE FLUIDOS IUNIVERSIDAD DE LA SERENA
DEP. INGENIERÍA MECÁNICA
MECANICA DE FLUIDOS I
UNIVERSIDAD DE LA SERENA
DEP. INGENIERÍA MECÁNICA
MECANICA DE FLUIDOS I
UNIVERSIDAD DE LA SERENA
DEP. INGENIERÍA MECÁNICA
MECANICA DE FLUIDOS I
MEDICIÓN DE CAUDALES
Laboratorio Nº3
8 de MAYO de 2017UNIVERSIDAD DE LA SERENA8 de MAYO de 2017UNIVERSIDAD DE LA SERENAGRUPO:Rafael de la cuadra, 2502
josÉ rojas
hernán ávila, 2503GRUPO:Rafael de la cuadra, 2502
josÉ rojas
hernán ávila, 2503
8 de MAYO de 2017
UNIVERSIDAD DE LA SERENA
8 de MAYO de 2017
UNIVERSIDAD DE LA SERENA
GRUPO:
Rafael de la cuadra, 2502
josÉ rojas
hernán ávila, 2503
GRUPO:
Rafael de la cuadra, 2502
josÉ rojas
hernán ávila, 2503
RESUMEN
La presente experiencia consta de dos partes, ambas con el objetivo común que es la medición correcta de caudales. Las dos siguen los mismos pasos, primero se realizó con una placa de aforo, y se tomaron cinco mediciones donde se calculó el volumen total de agua en un contenedor (caja) y el tiempo que demoraba éste en llenarse, además usando un manómetro diferencial para calcular la diferencia de presión y el dato de las características geométricas se calculó el caudal con las debidas precauciones de los coeficientes de velocidad y caudal, el mismo procedimiento se hizo para ahora con el tubo de Venturi. De este modo, con ambos instrumentos se pudo apreciar que al ir aumentando el caudal, la velocidad media aumentaba y por ende el flujo se hizo más turbulento lo que se pudo ver también con los coeficientes de caudal y velocidad.
INTRODUCCION
Dentro de las múltiples ramas de la ingeniería es sumamente necesario conocer el caudal de un determinado flujo, para ello existen diferentes métodos, variados en términos económicos y de exactitud. Así cuando el caudal de un fluido se debe utilizar para la facturación de un tipo de consumo, tiene que ser de la mayor precisión posible, ya que conlleva un valor económico. Aquí radica la importancia de la experiencia para realizar éstas mediciones y tener claros los conceptos de caudal y medición de éste. En este contexto, el siguiente informe expone el desarrollo de la experiencia, donde se usarán expresiones matemáticas para determinar el caudal transportado de manera teórica en tuberías intervenidas con un tubo de Venturi y una placa de aforo (conociendo la geometría del sistema), posteriormente estos resultados serán contrastados con los resultados obtenidos de manera experimental en el laboratorio mediante la medición del caudal real, para rectificar o ratificar la validez de las expresiones obtenidas.
OBJETIVOS GENERALES
La familiarización con los métodos de medición de flujo de un fluido incompresible.
La correcta medición de caudales con dos tipos de caudalímetros diferentes.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinación del coeficiente de caudal para distintas presiones en el tubo Venturi y el de aforo.
Determinación del coeficiente de velocidad.
Análisis de los resultados y determinación de la relación entre estos y el número de Reynolds en tubo de Venturi y placa de aforo.
MARCO TEÓRICO
Velocidad media: En un flujo representa el promedio de la velocidad de todas las partículas de fluido que se mueven a través de una sección de área. Se calcula quedando expresado en como: = ̇
Caudal: Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Se calcula en ³/ : ̇ = =
Flujos comprensibles: Son aquellos en donde la densidad del fluido no se considera constante como por ejemplo el vapor o el aire.
Flujos incompresibles: Son aquellos en donde la densidad del fluido puede considerarse constante como lo son la mayoría de los líquidos.
En este último grupo también es necesario observar la subdivisión en dos grandes áreas de interés:
* Flujos a superficie libre: donde la superficie del fluido está a la presión atmosférica, y el flujo se produce por diferencias de altura, este es el caso de canales, drenajes, acequias y ríos.
* Flujo en tuberías: donde el fluido ocupa toda la sección de la estructura que lo contiene, a una presión distinta a la atmosférica y el flujo se produce por diferencias de presión, como en tuberías o ductos de refrigeración.
Coeficiente de caudal:
Cq= QrAo2g( H)
Dónde:
Qr= caudal real.
Ao = Área de la garganta del Venturi o de la placa aforo.
H= Diferencia de altura en las presiones.
g=gravedad.
Coeficiente de velocidad:
Cv=Cq1-(AoA12)
INSTRUMENTOS UTILIZADOS
Tubo de Venturi: Instrumento utilizado para medir flujos compresibles como los incompresibles, consta de 3 partes, una convergente, una garganta y otra divergente, se mide la diferencia de presiones con un manómetro diferencial de presiones entre la parte uno que es antes de que comience el estrechamiento de la tubería y la parte dos que es el de la garganta.
Placa de Aforo: Método utilizado tanto para medir flujos compresibles como incompresibles. Consiste en una obstrucción en forma de una placa con un orificio circular con cantos agudos en su parte central, que se inserta en el interior de la tubería, donde se desea medir el flujo.
Esta obstrucción provoca una caída de presión entre los puntos que se encuentran antes y después de ella, que luego basándose en la primera ley, se puede determinar el flujo que pasa por ella.
Cronometro y Manómetro diferencial.
DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO
Para poder realizar esta experiencia fue necesario verificar y seguir los siguientes pasos:
Primero se verificó que las conexiones del instrumento estuvieran ajustadas para evitar la mayor cantidad de errores, como ya se tenían de ante mano la geometría del depósito y los diámetros del Venturímetro y la placa Orificio no fue necesaria su medición.
Luego se abrió la llave hasta formar un flujo permanente, en ése instante se cerró la salida de flujo del depósito y se midió una cierta altura el cuál con la geometría del estanque nos daría el volumen, además se registró el tiempo que tardó el agua en llenar esa cantidad de volumen para el cálculo de nuestro caudal real.
Éste proceso se repitió con distintas caídas de presión tanto para la Placa de Aforo primero y luego al Tubo de Venturi.
Luego se calcularon los valores pedidos con las cinco mediciones realizadas con cada instrumento.
PRESENTACION DE RESULTADOS
Calcular el coeficiente de velocidad, el coeficiente de caudal y el número de Reynolds tanto para la Placa Orificio como para el Venturímetro.
Datos:
Largo del estanque: 0,625 [m]
Ancho del estanque: 0,34 [m]
Área: 0,010995574 [m2]
Diámetro del aforo: 0,014
Densidad del agua: 1000 [kg/m3]
Diámetro de la garganta: 0,014 [m]
Área garganta: 0,010995574 [m2]
Área de la tubería: 0,000615752 [m2]
Área del orificio: 0,000153938 [m2]
Viscosidad cinemática a 17°C: 0,001054 [m2/s]]
Diámetro cañería: 0,028 [m]
Tabla N°1 "Mediciones de las alturas piezométricas y tiempo de llenado del estanque en la Placa de aforo"
N° MEDICIÓN
h1 (m)
h2 (m)
TIEMPO (segundos)
1
0,001,5
0,002
26,5
2
0,0075
0.012,
9,68
3
0,012
0,018
8,50
4
0,0155
0,024
7,52
5
0,02
0,031
6,54
Tabla N°2 "Valores de Velocidad media, Caudal real calculados con la geometría del estanque y datos registrados
Nº medición
Volumen (m3)
Velocidad media (m/s)
Caudal Real (m/s)
1
0,0010625
0,003646407
4,00943E-05
2
0,010625
0,09982416
0,001097624
3
0,0116875
0,125050312
0,001375
4
0,01275
0,154196468
0,001695479
5
0,023375
0,325054329
0,003574159
Tabla N°3 "Coeficientes de velocidad, coeficiente de caudal y Numero de Reynolds calculados para la placa de aforo"
Nº Medición
Coeficiente de Caudal (Cq)
Coeficiente de Velocidad (Cv)
Nº de Reynolds (Re)
1
0,314360425
0,304378178
48,434249
2
3,600123574
3,485804722
1325,9376
3
3,652007015
3,536040649
1661,0098
4
3,837483521
3,715627507
2048,1504
5
7,341209328
7,10809549
4317,6097
Para el tubo de Venturi
Tabla N°4 "Mediciones de las alturas piezométricas y tiempo de llenado del estanque en el tubo de Venturi"
N° MEDICIÓN
h1 (m)
h2 (m)
TIEMPO (segundos)
1
0,020
0,025
28,00
2
0,050
0,065
15,00
3
0,130
0,175
8,00
4
0,185
0,255
6,33
5
0,270
0,375
6,00
Tabla N°5 "Valores de Velocidad media, Caudal real calculados con la geometría del estanque y datos registrados para el tubo de Venturi.
Nº medición
Volumen (m3)
Velocidad media (m/s)
Caudal Real (m/s)
1
0,0010625
0,003451064
3,79464E-05
2
0,0031875
0,019325957
0,0002125
3
0,0095625
0,10870851
0,001195313
4
0,036125
0,521494088
0,005734127
5
0,0223125
0,338204254
0,00371875
Tabla N°6 "Coeficientes de velocidad, coeficiente de caudal y Numero de Reynolds calculados para el tubo de Venturi"
Nº Medición
Coeficiente de Caudal (Cq)
Coeficiente de Velocidad (Cv)
Nº de Reynolds (Re)
0,003673427
0,003667662
45,8395573
0,012868169
0,012847976
256,701521
0,044446574
0,044376827
1443,94606
0,201945693
0,201628793
6926,86644
0,095087597
0,094938383
4492,27662
CONCLUSIONES INDIVIDUALES
HERNÁN ÁVILA
Analizando los resultados obtenidos en el experimento puedo concluir que en todo sistema existen perdidas de carga, por lo que al medir el caudal que circula por una tubería, también existen los coeficientes de velocidad y de descarga, que absorben y nos ayudan a entender lo que está pasando dentro de la tubería.
Comprendí que las variables que intervienen en la determinación de caudales son el Nº de Reynolds, y las diferencias de presión (altura de presión en tuberías), el volumen a medir y el tiempo.
Por una parte se podría decir que la expansión del caudal en el venturímetro es más regulada que en la placa orificio, por lo que diminuyen las pérdidas de carga, lo que se puede verificar en los datos obtenidos por tabla.
Además, podría decir que el Nº de Reynolds aumenta de manera considerable al aumentar el caudal, hecho que concuerda perfectamente con la teoría en estudio.
Por otra parte , como sabemos, el coeficiente de velocidad Cv debe oscilar aproximadamente en torno a 1, pero, al observar la tabla y los gráficos podemos darnos cuenta que este valor no se acerca tanto, probablemente debido a la escasa precisión de los instrumentos que fueron utilizados en experiencia, lo que impide datos inequívocos que permitan análisis numéricos más exactos.
RAFAEL DE LA CUADRA
Como pudimos corroborar en los distintos experimentos, ya sea Venturi o placa y orificio, al disminuir la sección del tubo y aumentar la velocidad, la presión tiende a disminuir, por otra parte podríamos ver a estos aparatos como unos restrictores, los cuales nos permiten tener diferencias de presiones y caudales en sus extremos, pudiendo así utilizarlos como reguladores del caudal o bien generando una caída de presión para poder inyectar otra sustancia al flujo que circula adentro, esto se aprecia en abundancia en un carburador, donde utilizan el principio de Venturi para bajar la presión al aire succionado y poder mezclarlo con la bencina y así generar la mezcla inflamable.
JOSÉ ROJAS
Si los datos obtenidos estuvieran correctos se podría concluir que el caudal depende principalmente de la altura de presión y del volumen que se desee medir. En el caso del tubo Venturi se puede concluir que al disminuir la altura de presión del fluido la velocidad va disminuyendo con una diferencia mínima casi sin percibirse, algo muy similar ocurre con la placa de aforo. Por otro parte se debe tener en cuenta que para tener una toma de datos con el menor margen de error posible es necesario mantener los equipos en constantes mantenciones para así tener una toma de datos fidedignas sobre los cuales se puede analizar el comportamiento de los fluidos en base a las reglas solicitadas.
Cv v/s Re para el venturímetro
N° de Reynolds
Coeficiente de velocidad Cv
Cq v/s Re para el Venturímetro
N° de Reynolds
coeficiente de caudal Cq
Cq v/s Re para la Placa Orificio
N° de Reynolds
Coeficiente de caudal Cq
Cv v/s Re para la Placa Orificio
N° de Reynolds
Coeficiente de velocidad Cv
[Título del documento]
[Subtítulo del documento]
