LABORARIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE PRACTICA N° 6. 6. MEDIDORES DE FLUJO - VENTURÍMETRO
BUSTAMANTE CASAS DANIELA CÓD: 201420157 SUÁREZ ALCOCER BRAYAN STIVEN CÓD: 2010420221 OCHOA CAMARGO EDISSON CÓD: 201310881
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA INGENIERÍA METALÚRGICA LABORARIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE TUNJA 2017 1
LABORARIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE PRACTICA N° 6. MEDIDORES DE FLUJO - VENTURÍMETRO
BUSTAMANTE CASAS DANIELA CÓD: 201420157 SUÁREZ ALCOCER BRAYAN STIVEN CÓD: 2010420221 OCHOA CAMARGO EDISSON CÓD: 201310881
Presentado a: ING. OSCAR YESIDT CÓRDOBA ANGARITA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA INGENIERÍA METALÚRGICA LABORARIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE TUNJA 2017 2
LABORARIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE PRACTICA N° 6. MEDIDORES DE FLUJO - VENTURÍMETRO
BUSTAMANTE CASAS DANIELA CÓD: 201420157 SUÁREZ ALCOCER BRAYAN STIVEN CÓD: 2010420221 OCHOA CAMARGO EDISSON CÓD: 201310881
Presentado a: ING. OSCAR YESIDT CÓRDOBA ANGARITA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA INGENIERÍA METALÚRGICA LABORARIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE TUNJA 2017 2
CONTENIDO Pág.
INTRODUCCIÓN 1. OBJETIVOS ...................................................................................................................................5 1.1. Objetivo general .....................................................................................................................5 1.2. Objetivos específicos ............................................................................................................5 2. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD.............................................................................................6 3. MATERIALES Y/O EQUIPOS ....................................................................................................6 4. MARCO TEORICO .......................................................................................................................7 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .................................................................................... 10 6. DATOS OBTENIDOS EN LAS PRUEBAS DE LABORATORIO Y CÁLCULOS ............. 12 6.1. DATOS. ................................................................................................................................ 12 6.2. CÁLCULOS ......................................................................................................................... 13 7. CUESTIONARIO Y PREGUNTAS .......................................................................................... 18 7.1. Cuestionario ........................................................................................................................ 18 7.2. Preguntas ............................................................................................................................. 29 8. CONLUSIONES ......................................................................................................................... 29 BIBLIOGRAFÍA
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INTRODUCCIÓN Los medidores de flujo son equipos diseñados para originar una caída de presión que puede medirse y relacionarse con la velocidad de flujo, estos medidores producen un cambio de la energía cinética del fluido que se está estudiando.
Entre los diferentes medidores de flujo se encuentran el tubo de Venturi, el cual mide la diferencia de presión que existe en la parte cilíndrica a la entrada y la garganta, y a través de este se puede conocer la velocidad del fluido.
El principal objetivo de este laboratorio es practicar el manejo del venturímetro, con el fin de reconocer el comportamiento del fluido que se encuentra en movimiento, y así mismo poder determinar la constante de descarga, el caudal teórico y el caudal experimental mediante las ecuaciones de energía y continuidad.
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1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo general Reconocer y practicar el manejo del venturímetro, y su respectiva aplicación en el aforo de los fluidos en movimiento.
1.2. Objetivos específicos 1.2.1. Encontrar la constante de descarga del venturímetro e indicar su significado. 1.2.2. Hallar el valor del caudal teórico y del caudal real o experimental, y hacer una comparación entre ellos. 1.2.3. Aplicar las ecuaciones de energía y de continuidad en la obtención de los resultados.
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2. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD
Bata.
Botas o zapatos cerrados.
3. MATERIALES Y/O EQUIPOS
Banco de pruebas hidráulicas.
Venturí
Pesas.
Cronometro.
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4. MARCO TEORICO El Tubo de Venturi fue creado por el físico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1746 – 1822). Fue profesor en Módena y Pavía. En Paris y Berna, ciudades donde vivió mucho tiempo, estudió cuestiones teóricas relacionadas con el calor, óptica e hidráulica. En este último campo fue que descubrió el tubo que lleva su nombre. Según él este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión entre el lugar por donde entra la corriente y el punto calibrable de mínima sección del tubo, en donde su parte ancha final actúa como difusor.
El Tubo Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, consta de una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y hace posible calcular el caudal instantáneo”
Este elemento primario de medida se inserta en la tubería como un tramo de la misma, se instala en todo tipo de tuberías mediante bridas de conexión adecuadas. El Venturi tiene una sección de entrada de diámetro igual al diámetro de conducción de la tubería a la cual se conecta. La sección de entrada conduce hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un diámetro más reducido, se fabrica exactamente según las dimensiones que establece su cálculo, la garganta se comunica con un cono de salida o de descarga con divergencia angular fija, cuyo diámetro final es habitualmente igual al de entrada. La sección de entrada está provista de tomas de presión que acaban en un record an ular, cuyo fin es el de uniformar la presión de entrada. Es en este punto donde se conecta a la toma de alta presión del transmisor la conexión de la toma de baja presión en la garganta mediante un dispositivo similar, la diferencia entre ambas presiones sirve para realizar la determinación del caudal.
El tubo Venturi se fabrica con materiales diversos según la aplicación de destino, el material más empleado es acero al carbono, también se utiliza el latón, bronce,
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acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastómeros para paliar los efectos de la corrosión.
Figura 1. Efecto Venturí.
Fuente. Referencia 1.
El tubo Venturi 1se recomienda en casos donde el flujo es grande y que se requiera una baja caída de presión, o bien, el fluido sea altamente viscoso, se utiliza donde se requiera el máximo de exactitud, en la medición de fluidos altamente viscosos, y cuando se necesite una mínima caída de presión permanente, el tubo Venturi es difícil de construir y tiene un costo más alto que otros elementos primarios, su diseño consiste en una sección recta de entrada del mismo diámetro que la tubería, ahí se conecta la toma de alta presión, después contiene una sección cónica convergente que va disminuyendo poco a poco y transversalmente la corriente del fluido, se aumenta la velocidad al disminuir la presión, el diseño además consiste de una garganta cilíndrica, se coloca ahí la toma de baja presión, en esta área el flujo no aumenta ni disminuye, el tubo Venturi termina con un cono divergente de recuperación, aquí la velocidad disminuye y se recupera la presión, recupera hasta un 98% de presión para una relación beta del 0.75.
Generalmente los tubos Venturi 2se utilizan en conducciones de gran diámetro, de 12" en adelante, ahí las placas de orificio producen pérdidas de carga importantes y no se consigue una buena medida, el Venturi se utiliza en conductores de aire o 1 2
http://www.ecured.cu/index.php/Efecto_Venturi http://www.monografias.com/trabajos31/medidores-flujo/medidores-flujo.shtml
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humos con conductos no cilíndricos, en tuberías de cemento grandes, para conducción de agua, etc. Según la naturaleza de los fluidos de medida, se requier en modificaciones en la construcción del tubo Venturi como son: eliminación de los anillos de ecualización, inclusión de registros de limpieza, instalación de pur gas, etc.
Para el efecto Venturi se deben tener en cuenta las siguientes ecuaciones:
Asumiendo que no hay pérdidas de energía a lo largo del tubo, y que la velocidad y las alturas piezométricas son constantes a través de cada una de las secciones consideradas, entonces de la ecuación de energía tenemos que: V 1
2
2 g
h 1
V 2
2
2 g
h 2
V n
2
2 g
hn
(1)
En donde: V1, V2 y V n son las velocidades del flujo a través de las secciones 1, 2 y n. La ecuación de continuidad para esta situación es: V 1 . A1 V 2 . A2 V n . An Q
(2)
Remplazando en la ecuación (1) para V 1 proveniente de la ecuación (2) V 2 A2 2
2
V 2
2
h h 2 g A 2 g 1
2
1
y resolviendo esta ecuación para V 2 : V 2
2 g ( h1 h2 )
A2 1 A 1
2
ℎ: ℎ:
Reemplazando (2):
Q A2 *
Q V 2 . A2 9
2 g ( h1 h2 )
A2 1 A 1
2
(3)
Se presentan pérdidas de energía entre la sección 1 y 2 y la velocidad no es absolutamente constante entre cada una de esas secciones. Como resultado, los valores de Q medidos usualmente son menores que los calculados de la ecuación (3) por lo que se introduce el concepto de un coeficiente que relaciona el caudal real con el teórico. Este coeficiente es determinado experimentalmente y varía con el tipo de venturímetro utilizado así como también con la descarga, pero usualmente está entre un rango de 0.92 a 0.99 2 g ( h1 h2 )
Q C . A2 *
A 1 2 A1
2
(4)
La distribución ideal de presiones a lo largo de la tubería convergente-divergente puede determinarse de la ecuación (1) y está dada por: hn h1 V 2
2
V 1 V n 2
V 2
2
2
2 g
Sustituyendo a en el segundo término de la expresión la re lación de áreas en lugar de la relación de velocidades proveniente de la ecuación de continuidad (2), la distribución ideal de presiones será: hn h1 V 2
2
A A
2
2
1
A A n
2 g
2
2
(5)
5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
10
En éste laboratorio, lo primero que se hizo fue una charla por parte del Ingeniero acerca de lo que se iba a realizar en este laboratorio y del funcionamiento del Venturímetro, enseguida se abrió la válvula de purga y se empezaron a registrar las lecturas manométricas, la masa y el tiempo, repitiendo este procedimiento para 10 caudales diferentes.
En la siguiente figura, se esquematizan las secciones del Venturí mencionadas en la parte de las ecuaciones en el marco teórico, la distancia entre manómetros y el diámetro en mm, datos que se deben tener en cuenta para realizar los diversos cálculos.
11
6. DATOS OBTENIDOS EN LAS PRUEBAS DE LABORATORIO Y CÁLCULOS
6.1. DATOS Tabla 1. Alturas Piezométricas (mm) ALTURAS PIEZOMÉTRICAS (mm)
Q Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
L
220 224
220 222
212 208
198 180
200 186
208 198
212 208
214 212
216 214
248 218
220 220
228 230
226 228
204 196
168 144
176 154
194 182
204 198
210 208
216 214
220 218
222 220
234 236
230 230
188 174
120 84
134 104
170 152
190 176
202 192
210 202
216 210
220 216
238 238
230 230
164 156
60 36
86 64
138 126
168 160
186 182
198 194
210 204
214 212
Tabla 2. Caudal Real.
→
Masa (Kg) Tiempo (s) Caudal
1
2
3
4
5
6
7
8
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
49,62
53,6
52,86
48,1
35,7
36,13
31,18
9,068E-05
34,64
0,00011194 0,000141884 0,00018711 0,000294118 0,00034642 0,00037365 0,00048108
Para hallar el caudal (
), utilizamos la siguiente formula: 3 = =
En donde es la densidad del agua ( 12
1000 )
Entonces:
31.5 − = = 9,06 × 10 49,62 (1000 ) 3 5,0 − = = 4,81 × 10 31,18 (1000 ) 6.2. CÁLCULOS Masa (Kg)
Tiempo (s)
Q exp (m^3/s)
VD (m/s)
(ha-hd)^0,5 (m)
Q teo A-D (m^3/s)
1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
49,62 53,6 52,86 48,1 35,7 34,61 36,13 31,18
9,06892E-05 0,00011194 0,000141884 0,00018711 0,000294118 0,000346721 0,000373651 0,000481078
0,1708217 0,26482209 0,53359993 0,93043355 1,32844466 1,2942165 1,17058492 1,2842435
0,14832397 0,20976177 0,244948974 0,293257566 0,33763886 0,389871774 0,421900462 0,449444101
0,000107869 0,000170511 0,000204343 0,00024973 0,000290791 0,000338644 0,000367816 0,000392826
Para hallar
Cd 0,84073762 0,65650016 0,69434179 0,74924977 1,011441 1,02384942 1,01586281 1,2246584
3 = = En donde es la densidad del agua (1000 ) Entonces:
3 1.5 − = = 9,06 × 10 49,62(1000 ) 13
Re 29669,0313 41814,0146 78635,7798 117528,449 139836,28 95363,3212 61609,7325 40555,0578
3 5,0 − = = 4,81 × 10 31,18 (1000 )
Para hallar
, utilizamos la siguiente formula: =
En donde A es el área, que se encuentra en la Tabla 1 y está dada en
3
9,06×105
= 0,000531 = =
Para hallar
3
0,0004810 0,00037
0,17082
=1,28424
− , utilizamos la siguiente formula: QTeo ( A D ) A
h A h D / ( 2 )( g ) 1 ( A D / A A ) 2
g = 9,8 m/s²
, = , 0,143412346
− = 0, QTeo ( A
D )(1 )
0,000531
( 2 )( 9 , 8 )
3 m 0 ,000107869 1 0,14341234 s
22 019 8 / 1000
14
QTeo ( A D )( 8 ) 0,000531
( 2 )( 9 , 8 )
238 36 / 1000 m3 0 , 000392826 1 0,14341234 s
Para hallar Re.
En donde:
= ×× ℎ = (1000 ) = 0,00000114
0,1708217198 = 10000,00000114 = 29669,0313 1,284243536 = 10000,00000114 = 40555,0578
Para hallar Cd, utilizamos los cálculos hallados anteriormente, y de esta forma tenemos:
= − 9, 0 689∗ 10 = 0,000107869 = 0,0840762
= 0,000481078 0,000392826 = 1,22456584 15
Tabla 4. Distribución ideal de presiones.
DISTRIBUCIÓN IDEAL DE PRESIONES E F G
A
B
C
D
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0,558956024 0,137674825 0,04528093 0,044425173 0,070209108 0,114430082 0,095071711
5,373534003 4,471648195 1,652097898 0,769775817 0,510889492 0,725494116 1,05847826 0,974485033
14,7772185 12,2970325 4,13024474 1,94708001 1,26611744 1,77863074 2,54606933 2,40056069
13,43383501 10,62016446 3,579545445 1,720675356 1,11062933 1,544600376 2,174171561 2,067809705
8,060301004 7,266428317 2,340472022 1,08674233 0,710802772 0,982927512 1,430376027 1,331003948
5,373534 4,47164819 1,6520979 0,72449489 0,48867691 0,70209108 1,00126322 0,92694918
H
J
K
L
4,0301505 3,35373615 1,23907342 0,49809023 0,35540139 0,51486679 0,74379553 0,66550197
2,686767 2,79478012 0,82604895 0,36224744 0,26655104 0,39785161 0,57215041 0,52289441
18,807369 1,67686807 0,5506993 0,27168558 0,19991328 0,30423947 0,40050529 0,40405477
0 1,117912049 0,413024474 0,226404652 0,155488106 0,23403036 0,343290247 0,308983059
16
Para calcular la distribución ideal de presiones utilizamos la siguiente formula:
ℎ ℎ 2 Los demás cálculos se encuentran anexos en la anterior tabla (4).
Tabla 5. Cabeza de Velocidad (m) CABEZA DE VELOCIDAD (m/s) A
B
0,1708 21696
0,2145 47524
C
D
E
0,3410 0,4509 0,4096 65206 6588 17155
F
G
H
J
K
L
0,3385 0,2841 0,2420 0,2085 0,1816 0,1708 18993 1415 962 769 6915 21696
Para calcular la distribución ideal de presiones utilizamos la siguiente formula:
ℎ ℎ 2 Los demás cálculos se encuentran anexos en la anterior tabla (4).
Tabla 5. Cabeza de Velocidad (m) CABEZA DE VELOCIDAD (m/s) A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
L
0,1708 21696 0,2108 50063 0,2672 52256 0,3524 39607 0,5539 98205 0,6530 80808 0,7038 06189 0,9061 54858
0,2145 47524 0,2648 22093 0,3356 61752 0,4426 54807 0,6958 07067 0,8202 52191 0,8839 61925 1,1381 06491
0,3410 65206 0,4209 86455 0,5335 99934 0,7036 863 1,1061 21275 1,3039 51113 1,4052 30183 1,8092 42625
0,4509 6588 0,5566 3997 0,7055 4064 0,9304 3355 1,4625 4424 1,7241 2034 1,8580 3434 2,3922 308
0,4096 17155 0,5056 02071 0,6408 50147 0,8451 22796 1,3284 44657 1,5660 37041 1,6876 72565 2,1728 88951
0,3385 18993 0,4178 43593 0,5296 16359 0,6984 32949 1,0978 63558 1,2942 16502 1,3947 39477 1,7957 35774
0,2841 1415 0,3506 9016 0,4444 9944 0,5861 848 0,9214 212 1,0862 1742 1,1705 8492 1,5071 3538
0,2420 962 0,2988 2621 0,3787 6194 0,4994 9329 0,7851 5122 0,9255 7555 0,9974 6585 1,2842 435
0,2085 769 0,2574 5239 0,3263 2066 0,4303 3622 0,6764 4353 0,7974 2549 0,8593 6225 1,1064 3425
0,1816 6915 0,2242 3938 0,2842 232 0,3748 2009 0,5891 7798 0,6945 5249 0,7484 9901 0,9636 9714
0,1708 21696 0,2108 50063 0,2672 52256 0,3524 39607 0,5539 98205 0,6530 80808 0,7038 06189 0,9061 54858
Para calcular la cabeza de velocidad en (m), utilizamos la siguiente formula:
= 9,06892E 05
= 0,000531 = 0,170821696 17
Tabla 6. Pérdida de Energía (m)
A-B
B-C
C-D
D-E
0 0,881736048 0,548836907 0,315585217 0,255446142 0,275723307 0,316548234 0,190959475
3,406426686 3,912692171 3,827146074 3,200926332 1,700308365 1,631358088 1,655514118 1,11975237
2,358898608 3,096548282 2,478146846 2,058264689 1,089330072 1,037470991 1,03227277 0,718527998
0,19275191 0,37954086 0,31499379 0,22640465 0,12828211 0,13187149 0,1476121 0,09589765
ENERGÍA TOTAL (m) E-F F-G 0,934522547 0,920067371 0,859044379 0,7683772 0,399826559 0,38361294 0,357835179 0,257378756
0,684147875 1,122609149 0,698768452 0,642875115 0,325229048 0,280836432 0,302267281 0,206656999
Para hallar las pérdidas de energía, usamos la siguiente formula:
ℎ ℎ = 2 Entonces:
220 220 1000 = 0 = 0,177 29,8 212204 1000 = 0,620618295 = 0,493 29,8 7. CUESTIONARIO Y PREGUNTAS 7.1. Cuestionario
18
G-H
0,4856242 0,63748344 0,59520268 0,57040979 0,27702625 0,26579238 0,25746768 0,1898341
H-J 0,66882132 0,438984 0,81973723 0,47135487 0,25435451 0,22878752 0,23639661 0,14260757
J14,41 1,182 0,736 0,423 0,257 0,246 0,318 0,160
7.1.1. Análisis de cada uno de los términos de la ecuación de Bernoulli explicando el tipo de energía que representa cada uno de ellos El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
La siguiente ecuación conocida como "ecuación de Bernoulli" (trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.
Donde:
= Velocidad del fluido en la sección considerada. = Densidad del fluido. = Presión a lo largo de la línea de corriente. = Aceleración gravitatoria = Altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia
En esta ecuación, se debe considerar que la energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:
Cinética: Es la energía debida a la velocidad que posea el fluido; Potencial o gravitacional: Es la energía debido a la altitud que un fluido posea. Energía de presión: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.
Por tanto, para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:
19
Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido. Caudal constante Flujo incompresible, donde ρ es constante. La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo laminar.
7.1.2. Revisión bibliográfica breve sobre los siguientes instrumentos utilizados para determinar la velocidad de un fluido en movimiento: Tubo de Pitot, tubo de Prandtl, orificio en un depósito, anemómetros (tipos), Molinete (o correntómetro), anemómetro de hilo caliente, sifón, eyector. a) Tubo de Pitot 3 Un tubo de Pitot es un instrumento de medición de la presión se utiliza para medir la velocidad del flujo de fluido. El tubo de Pitot fue inventado por el ingeniero francés Henri Pitot en el siglo 18 y fue modificada a su forma moderna en el siglo 19 por el científico francés Henry Darcy. Es ampliamente utilizado para determinar la velocidad de una aeronave y para medir velocidades de aire y gas en las aplicaciones industriales. El tubo de Pitot se utiliza para medir la velocidad local en un punto dado en la corriente de flujo y no a la velocidad media en la tubería o conducto.
El tubo de Pitot básicamente consiste en un tubo apuntando directamente en el flujo de fluido. Como este tubo contiene fluido, una presión se puede medir; el fluido en movimiento es llevado a descansar ya que no hay salida para permitir el flujo de continuar. Esta presión es la presión de estancamiento del fluido, también conocida como la presión total o la presión del tubo de Pitot.
b) Tubo de Prandtl4 El tubo de Prandtl es una variante del tubo de Pitot en donde las tomas de presión estática se realizan directamente en el instrumento en vez de hacer otra toma de 3
http://docsetools.com/articulos-utiles/article_123487.html http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/djean/index_archivos/INST_Flujo/medidoresflujovolumetrico/tub odeprandtl.html 4
20
presión en la tubería. De hecho el tubo de Prandtl es el instrumento que comúnmente se usa para medir velocidad de un fluido, siendo el tubo de Pitot usado principalmente para medir la presión de estancamiento. Pero en la práctica se le suele llamar a este instrumento tubo de Pitot, siendo el nombre de tubo de Prandtl menos conocido.
De esta construcción normalizada el punto más importante a tomar en cuenta es la distancia en donde se realizan la toma de presión estática, la cual debe ubicarse suficientemente lejos para que el flujo no esté perturbado por el contacto con la punta del tubo. Por las mismas razones la distancia en donde se debe ubicar el tubo que sale perpendicular a la tubería también debe respetar cierta distancia de las tomas de presión. Las otras dimensiones y formas son solo recomendaciones que pueden o no tomarse en cuenta en la construcción. De hecho existen diversas formas posibles para estos instrumentos en donde la variación principal se encuentra en la forma de la punta para que esta afecte en menor medida la dirección del flujo, y así obtener una medida de la presión estática más precisa.
c) Anemómetros (tipos)5 Un anemómetro es un instrumento para medir la velocidad o rapidez de los gases ya sea en un flujo contenido, como el flujo de aire en un conducto, o en flujos no confinados, como un viento atmosférico. Para determinar la velocidad, un anemómetro detecta el cambio en alguna propiedad física del fluido o el efecto del fluido en un dispositivo mecánico insertado en el flujo. Anemómetro portátil con registro de datos
Un anemómetro puede medir la magnitud de la velocidad total, la magnitud de velocidad en un plano, o el componente de velocidad en una dirección específica.
Diferentes tipos de anemómetro Existe una amplia selección de anemómetros para medir directamente la velocidad del aire y del viento. Un anemómetro normalmente mide flujos de gas que están en condiciones de flujo turbulento. El anemómetro de álabes, el anemómetro 5
http://es.omega.com/prodinfo/anemometros.html
21
térmico y el anemómetro de copas (que se usa típicamente en estaciones meteorológicas) se usan principalmente para medir la velocidad media, mientras los anemómetros de hilo caliente normalmente se usan cuando se están midiendo las características de turbulencia, como las mediciones transversales en una sección transversal (el término "anemómetro térmico" se usa con frecuencia para indicar cualquier anemómetro que usa una relación entre la tran sferencia de calor y la velocidad para determinar la velocidad).
d) Molinete (o correntómetro)6 Este medidor se puede utilizar para determinar con precisión la velocidad de la corriente en cursos de agua, canales, ríos y en el mar. Las mediciones se realizan mediante una hélice montada en el tubo o tubos o conectada a un cable que si es necesario puede llevar un peso. El conjunto completo incluye un medidor de velocidad de corriente aerodinámico con hélice de plástico, un contador digital, alargos con división en tamaños, cable, accesorios y una maleta. En lugar de utilizar un contador digital, se puede optar por una PDA (Hydrological Digital Assistant) que se puede conectar directamente al medidor de velocidad de corriente. Con el software suministrado se pueden almacenar las señales de impulsos del medidor y se puede convertirlas en datos y gráficos que permitan analizar la escorrentía directamente en el campo.
Aplicaciones
Determinación precisa de la velocidad de la corriente en cursos de agua, canales, ríos y en el mar. También se puede aplicar en corrientes de agua contaminados. Medidor con alargos para utilizarlo en arroyos o ríos poco profundos.
Ventajas
6
Únicamente materiales anticorrosivos.
http://www.maser.com.co/producto.php?idProducto=735&color=33&categorias_id=135
22
La superficie de contacto, casi sin fricción, incrementa la precisión del instrumento. Fácil de usar y con un mantenimiento muy sencillo. Se puede hacer descender con un tubo o un hilo. Si se utiliza PDA, permite analizar los datos de la medición directamente en el campo.
e) Anemómetro de hilo caliente7 Los anemómetros a veces reciben el nombre de medidores de velocidad del viento o de rapidez del aire, y en general se clasifican como de hilo caliente o álabe. El anemómetro de hilo caliente es mejor para medir con exactitud el flujo de aire a velocidades muy bajas (por ejemplo, menos de 2000 pies/min). Algunos modelos están diseñados para medir velocidades hasta de 15,000 pies/min pero siguen teniendo una capacidad de medición muy precisa a velocidades mucho más bajas. Un termoanemómetro es cualquier anemómetro de hilo caliente que tenga la función adicional de medición de temperatura del aire. Los higrotermoanemómetros incluyen las funciones de un termoaneomómetro y un sensor de humedad, lo que da a los clientes una información ambiental completa. Un anemómetro de registro de datos está diseñado para almacenar mediciones para su revisión posterior. Algunos descargarán lecturas de velocidad del aire registradas a su computadora para que se puedan ver, trazar y analizar con más detalle.
f) Sifón8 Un sifón es un dispositivo hidráulico que se utiliza para trasvasar un líquido de un recipiente a otro. Consiste simplemente en un tubo en forma de U invertida, en la que una de las ramas es más larga que la otra.
g) Eyector 9
7
http://es.omega.com/prodinfo/anemometros.html http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena9/4q9_sabermas_1ab1.htm 9 http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/leonardo/MatApoyo/Dise%F1oI/EYECTORES.pdf 8
23
Son equipos capaces de incrementar la presión de un líquido o un gas mediante el arrastre del fluido en cuestión por un fluido motriz a alta velocidad a través de una boquilla. Los eyectores no tienen piezas móviles, pero son menos eficientes que las bombas o compresores. Se usan cuando se dispone de grandes cantidades de vapor o gas como fluidos motrices a bajo costo. Su uso más amplio es para producir vacío.
7.1.3. Calcular la distribución ideal de presiones como una fracción de la h h cabeza de velocidad en la garganta n 2 1 . V 2 2 g
R/ Estos datos se encuentran desarrollados en la parte de los cálculos.
7.1.4. Graficar para cada caudal experimental: la distribución ideal de presiones vs distancias a las que se encuentran los diferentes piezómetros.
Distribución de presiones Vs Separación piezometros 25 Series1
20
) a P 15 ( s e n 10 o i s e r 5 p e d 0 n ó i c -5 u b i r t -10 s i D
Series2 Series3 Series4 Series5 0
50
100
150
Series6 Series7 Series8
-15 -20
200
Series9
Separación piezometros (mm)
24
Series10
7.1.5. Calcular el Caudal Teórico (QT). R/ Estos datos se encuentran desarrollados en la parte de los cálculos. 7.1.6. Graficar Q experimental Vs Q teórico. Ajustar la curva y obtener el coeficiente C.
−
9,3897E-05 0,00011752 0,00011962 0,00015443 0,00017413 0,00020398 0,00022508 0,00024631 0,00026961 0,00029268
0,00021 0,00023 0,00021 0,00026 0,00028 0,00028 0,00031 0,00032 0,00034 0,00036
Q experimental Vs Q teorico 0,0006 y = 1,1922x - 0,0001 R² = 0,9762
0,0005 ) s / 0,0004 3 ^ m ( l 0,0003 a t n e m i r 0,0002 e p x e Q 0,0001
0 0
0,00005
0,0001
0,00015
-0,0001
0,0002
0,00025
0,0003
Q teorico (m^3/s) Series1
Lineal (Series1)
25
0,00035
0,0004
0,00045
C = -0,0002
7.1.7. Calcular el coeficiente C para con cada uno de los caudales a partir de Q y (h1- h2)1/2. Q (m^3/s) 9,0689E-05
(ha-hd)^0,5 (m) 0,14832397
0,00011194
0,20976177
0,00014188
0,244948974
0,00018711
0,293257566
0,00029412
0,33763886
0,00034642
0,389871774
0,00037365
0,421900462
0,00048108
0,449444101
Los respectivos datos de cómo se calcula C se encuentran en la parte de los cálculos.
7.1.8. Graficar Q vs (h1- h2)1/2. Ajustar la curva y obtener C.
CAUDAL EXPERIMENTAL VS (ha-hd)^0,5 0,0006 0,0005 y = 0,618x R² = 0,9718
0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0 0
0,1
0,2
0,3
26
0,4
0,5
C = -0.002
7.1.9. Graficar los diferentes coeficientes vs diferentes caudales (C vs Q) Ajustar.
Coeficiente Vs Q exp 1,5
y = 1527,4x + 0,1085 R² = 0,9945
C e t 1 n e i c i f e 0,5 o C
Series1 Lineal (Series1)
0 0
0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006
Q exp (m^3/s)
C = 0,3167
7.1.10. Para uno de los caudales con que se presente presión negativa en la garganta dibujar la línea piezométrica y la línea de energía.
V(m/s)
h (m)
0 20 32 46 61 76 91
piezometrica (mm) 256 254 228 190 196 218 230
0,27564789 0,34620644 0,55036278 0,72770494 0,66098222 0,54625406 0,45846323
0,256 0,254 0,228 0,19 0,196 0,218 0,23
h energia (mm) 0,25987662 0,26011525 0,24345404 0,217018086 0,218290688 0,233224158 0,240723905
106 121 136 156
238 242 246 248
0,39066061 0,3365719 0,29315197 0,27564789
0,238 0,242 0,246 0,248
0,245786516 0,247779625 0,250384596 0,25187662
N°
X
A B C D E F G H J K L
27
h piezometrica Vs Separación piezometros 300 ) 250 m m ( 200 a c i r t 150 e m o z 100 e i p h 50
Series1
0 0
50
100
150
200
Separación piezometros (mm)
h energia Vs Separación piezometros 0,265 0,26 0,255 ) 0,25 m m0,245 ( a i 0,24 g r 0,235 e n 0,23 e h 0,225 0,22 0,215 0,21
Series1
0
50
100
150
200
Separación piezometros (mm)
7.1.11. Obtener las pérdidas de energía del fluido al pasar por todo el venturímetro. R/ Estos datos se encuentran desarrollados en la parte de los cálculos.
7.1.12. Obtener las pérdidas de energía entre cada par de piezómetros. 28
R/ Estos datos se encuentran desarrollados en la parte de los cálculos.
7.2. Pregunta 7.2.1. ¿Qué sugerencias harían para mejorar el aparato? R/ En general me parece que el aparato está muy bien diseñado, pero si existiera un mecanismo digital que arrojara las lecturas de las alturas piezométricas sería perfecto, puesto que muchas veces los errores que se encuentran a la hora de realizar los cálculos, se deben principalmente a que estas alturas quedaron mal tomadas debido a la falta de precisión que se tiene en la vista a la hora de tomarlas correctamente. 7.2.2. ¿Cuál sería el efecto en los resultados si el venturímetro estuviera horizontal? ¿Habría que hacer corrección a las lecturas del piezómetro si la escala de medida estaba montada con su eje vertical? R/ De hecho, si el venturímetro estuviera en forma horizontal, creeríamos que no se podría llevar a cabo el experimento, ya que el fluido seguiría de forma continua hasta encontrar algo que lo detenga , en cambio montado sobre su eje vertical el fluido sube hasta determinada altura y se detiene, lo que permite tomar las determinadas lecturas piezométricas.
8. CONLUSIONES
Se pudo determinar que hubo algunos errores en la lectura de las alturas piezométricas, debido a que se presentaron algunas discrepancias en los cálculos a la hora de confrontarlos entre sí. 29
