Centro Universitario de Oriente CUNORI Facultad de Ingeniería Laboratorio Mecánica de Fluidos Ing. Luis Sandoval
EL VENTURIMETRO
Integrantes Allan Gustavo Reyes Picén 2!! "#2!" María Fernanda $ardona L%&e' 2!2 ""(!! )scar Lu Luis *n *nri+ue Me Menénde' $a $antoral 2!2 ",2( -evin Salvador Salvad or Gil obar 2!! ",/,/
ulio Roberto 0errera $astro "12 alter $arlos Adol3o 4uiroa Pere' "1"5
2! 2!
Indice I6R)78$$I96...................................................................................................! ):;*I<)S........................................................................................................... 2 MAR$) *)RI$)................................................................................................. 5 7*SARR)=) 7*L *6SA=)...................................................................................( $AL$8L)S........................................................................................................... 1 $)6$L8SI96..................................................................................................... !2
INTRODUCCIÓN Medir el >u?o de un >uido inco@&resible dentro de una tubería es &arte 3unda@ental en el estudio de >u?os y lo @ás i@&ortante es conocer el caudal y velocidad del >uido +ue circula a través de dicBo tubo. *l venturí@etro es un ti&o de bo+uilla +ue se ensancBa gradual@ente y esto Bace +ue se dis@inuya la &érdida de energía cinética debida al ro'a@iento. Se au@enta la velocidad debido a +ue la energía se conserva y al ser inversa@ente &ro&orcional con el área transversal del tubo segCn la ecuaci%n de :ernoulli y la continuidad dentro del tubo Babiendo un au@ento en la &resi%n. *n esta &ráctica deter@inare@os eD&eri@ental@ente el caudal con un venturí@etro &ara deter@inar +ue se cu@&le el teore@a y deter@inar una ecuaci%n e@&írica &ara la descarga del venturí@etro deter@inar di3erentes caudales reales y te%ricos velocidades distribuci%n de &resiones tanto real co@o ideal y di3erentes coeEcientes de variaci%n se &retendía ta@bién a&render el uso y @ane?o del e+ui&o en este caso el venturí@etro
!
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL 4ue el estudiante deter@ine eD&eri@ental@ente el caudal con un venturí@etro.
OBJETIVOS ESECI!ICOS •
•
•
7ibu?ar la curva de caudales del venturí@etro. )btener el coeEciente de descarga caudal &ara la calibraci%n del venturí@etro. )btener la ecuaci%n e@&írica o eD&eri@ental &ara la descarga del venturí@etro a ensayar.
2
MARCO TEORICO *l ubo de
uido es decir la cantidad de >u?o &or unidad de tie@&o a &artir de una di3erencia de &resi%n entre el lugar &or donde entra la corriente y el &unto calibrable de @íni@a secci%n del tubo en donde su &arte ancBa Enal actCa co@o di3usor.
De"nici#n *s un ti&o de bo+uilla es&ecial seguido de un cono +ue se ensancBa gradual@ente accesorio +ue evita en gran &arte la &érdida de energía cinética debido al ro'a@iento. *s &or &rinci&io un @edidor de área constante y de caída de &resi%n variable. *n la Egura se re&resenta es+ue@ática@ente un @edidor ti&o
*l ubo de uido. *n esencia éste es una tubería corta recta o garganta entre dos tra@os c%nicos. La &resi%n varía en la &roDi@idad de la secci%n estrecBa así al colocar un @an%@etro o instru@ento registrador en la garganta se &uede @edir la caída de &resi%n y calcular el caudal instantáneo o bien uniéndola a un de&%sito carburante se &uede introducir este co@bustible en la corriente &rinci&al. Las di@ensiones del ubo de uido al &leno diá@etro de la tubería. *l diá@etro 5
de la garganta varía desde un tercio a tres cuartos del diá@etro de la tubería.
La &resi%n +ue &recede al cono de entrada se trans@ite a través de @Clti&les aberturas a una abertura anular lla@ada anillo &ie'o@étrico. 7e @odo análogo la &resi%n en la garganta se trans@ite a otro anillo &ie'o@étrico. 8na sola línea de &resi%n sale de cada anillo y se conecta con un @an%@etro o registrador. *n algunos diseJos los anillos &ie'o@étricos se sustituyen &or sencillas uniones de &resi%n +ue conducen a la tubería de entrada y a la garganta. La &rinci&al venta?a del <énturi estriba en +ue s%lo &ierde un ! K 2 de la di3erencia de &resi%n entre la entrada y la garganta. *sto se consigue &or el cono divergente +ue desacelera la corriente. *s i@&ortante conocer la relaci%n +ue eDiste entre los distintos diá@etros +ue tiene el tubo ya +ue de&endiendo de los @is@os es +ue se va a obtener la &resi%n deseada a la entrada y a la salida del @is@o &ara +ue &ueda cu@&lir la 3unci%n &ara la cual está construido. *sta relaci%n de diá@etros y distancias es la base &ara reali'ar los cálculos &ara la construcci%n de un ubo de
a una cá@ara angular y las dos cá@aras están conectadas a un sensor de di3erencial de &resi%n.
E!ECTO VENTURI Fen%@eno +ue se &roduce en una canali'aci%n Bori'ontal y de secci%n variable &or la +ue circula un >uido inco@&resible sin viscosidad y si la circulaci%n se lleva a cabo en régi@en &er@anente. 7e acuerdo con el teore@a de :ernoulli la velocidad en la &arte estrecBa de la canali'aci%n tiene +ue ser @ayor +ue en la ancBa y &or estar a@bas a la @is@a altura la &resi%n en la &arte ancBa es @ayor +ue en la estrecBa. Por tanto cuando un >uido incre@enta su velocidad sin variar de nivel su &resi%n dis@inuye.
MEDIDORES DE !LUJO DE TUBER$AS 8n &unto 3unda@ental en el estudio de >u?os &or el interior de tuberías es el conoci@iento del caudal y la velocidad del >uido +ue circula a través de la tubería. Los di3erentes @étodos &ara la @edida de velocidades @edias en el >u?o de >uidos &ueden clasiEcarse en tres gru&osN Los basados en la di3erencia de &resi%n &rovocadas &or estrecBa@ientos de la conducci%n con secciones de >u?o constantesN dia3rag@as bo+uillas y venturí@etros. Los basados en secciones de >u?o variables &rovocadas &or las di3erencias de &resi%n constantes +ue deter@ina un >otadorN rotá@etros. Los indirectos basados en la @edida de caudales en la deter@inada secci%n de >u?oN &resas contadores @ecánicos @edidores tér@icos @edidores ultras%nicos @edidores @agnéticos etc. •
•
•
,
A&licando el teore@a de :ernoulli entre los &untos ! en la entrada y 2 en la garganta del tubo
P1 ρg
2
+
V 1 2g
=
Z 2 +
P2 ρg
2
+
V 2
!
2g
Si el u?o se desarrolla en régi@en &er@anente y el >uido es inco@&resible la ecuaci%n de continuidad establece +ueN Q=V 1 A 1=V 2 A 2 → V 1=
A2 A 1
V 2
2
Sustituyendo la eD&resi%n 2 en la ecuaci%n ! se obtieneN
V 2=
√
2g
[
][ ] ( ( ))
P 1
ρg
+
Z 1
1−
−
A 2
P 1
ρg
+
Z 2
2
A1
= &or tanto el caudal se calcula co@oN
#
Q = A 2 V 2= A 2
√
2g
[
][ ] ( ( ))
P 1
ρg
+
Z 1
1−
−
A 2
P 1 ρg 2
+
Z 2
"
A1
*n consecuencia con un tubo uido +ue circule &or la conducci%n. Si éste es un gas en el @an%@etro se &uede usar agua si circula agua en el @an%@etro se &uede usar @ercurio. *stricta@ente el resultado de la ecuaci%n " es válido co@o la ecuaci%n de :ernoulli &ara >u?os ideales en los +ue los e3ectos de la 3ricci%n son des&reciables. *n los tubos
Por tanto los caudales obtenidos con la ecuaci%n " tienden a ser ligera@ente @ayores +ue los caudales reales y &or ello se introduce un 3actor de correcci%n deno@inado coeEciente de descarga o de derra@e $d ecuaci%n ,. *n cada caso Babrá de calibrarse el
Q=C d A 2
√
2g
[
][ ] ( ( ))
P 1 ρg
+
Z 1
1−
−
A 2
P 1
ρg
+
Z 2
2
A 1
(
DESARRO%O DEL ENSA%O E&UIO UTILI'ADO •
•
8n tubo de secci%n rectangular de ancBo constante y altura variable &or el +ue circula agua con un caudal constante. 2 &ie'%@etros conectados en el tubo de
•
8n crono@etro.
•
8n reci&iente cubeta de 5 litros.
CALCULOS Se calcula la di3erencia de altura &ie'o@étricas entre B! y B2 to@adas del venturi@etro del laboratorio co@o se @uestra en la siguiente tablaN A(t)ra de ie*o+etros ,- .c+/ -0 -0 1123 /.5 !5.! 0420 /., /.# 0425 !! 1.# 16 !2." (.# 1627 !5.# #./ 1021 !,.2 # 1025 !#., ,.! 1123 !1.! ".5
1
Para cada lectura en los &ie'%@etros deberá a3orarse el caudal real 4r. e@&leando el @étodo volu@étrico.
No 0 1 : 3 7 5 ; <
Datos de La8oratorio Tie+9o de Vo(2 ((enado t0 t1 5 c@Q 1.1, 1.(! 5 c@Q /./! !./ 5 c@Q !."! !.5( 5 c@Q !!.5 !!.1 5 c@Q !!./" !2 5 c@Q !2."5 !2.#1 5 c@Q !5.5! !5.## 5 c@Q !".## !,
Se &rocede a calcular el caudal te%rico y real +ue circulan &or el siste@a &ara cada di3erencia de alturas &ie'o@étricas.
/
Vent)r=+etro C>(c)(os N &te#ric &rea(0 o o 5"1.21" 551./15 0 ", ,! 2/1.!"# 52.(2", 1 , 2! 212.!/# 211.!1"" : 12 51 2#,.2((5 2(!./1," 3 /2 /" 2,2.(#,# 2,!.2,#2 7 !! 1! 25,.(,! 2"!.5,!, 5 "1 #/ 2!(.5/" 22,.5/"" ; / " !//.,51/ 2".#51" < "" (2
&rea(1
&rea(
Log.,-/
5""."5!# 11 2/(.52" 15 21/.2/# "# 2(.(,1! 25
5"!.((5 #/ 5.2"5 2 211.("2 "2 2(!.5(!1 1 2,.#21! 2, "! 25#.,/5 251./(25 # !" 2!/.#!/5 222.,#1 2( 15 22.5!/2 2 5#
!.!!(2(! 5 ./122(! 25 ./5""/1 ", .111!5 ,/ .1511"/ / .((1!,! 2, .((,( !1 .#55"#1 "#
Log.&re a(/ 2.,55#," 5" 2."((!,# "5 2."#,( 52 2."55,#" (5 2.5//2/ 15 2.5(15"( ,/ 2.5"(5"5 ", 2.5#5( !1
$on los datos anteriores constrCyase la curva de caudales del venturi &loteando en el e?e vertical la di3erencia de alturas &ie'o@etricas B y en el e?e Bori'ontal los caudales te%ricos y reales.
Ca)da(es ? ,-
$audales
!" !2 ! 1 # " 2 !1
2
22
2"
2#
21
5
52
5"
5#
B $audal eorico
$audal Real
7eter@inaci%n del coeEciente $7 del venturi &ara ello &lotee los valores de $audal Real sobre el e?e vertical y los valores de $audal e%rico sobre el e?e Bori'ontal. !
$audal Real
" 5, 5 2, 2 !,
3D !.!D
! , !1 2 22 2" 2# 21 5 52 5" 5#
$audal eorico
Se &lotean los valores de los Logarit@os del caudal real en la vertical y el logarit@o de B en la Bori'ontal.
!.!
!.2
LogB
Por lo +ue se deter@in% el valor de n."(," y el valor de -2.1, &or lo +ue -!!./( Se reali'a una co@&araci%n de los caudales obtenidos en una gráEca.
!!
Co+9araci#n de Ca)da(es !" !2 ! 1 $audales
# " 2 !1
2
22
2"
2#
21
5
52
5"
5#
B $audal Real
$audal Modelado $7
$audal Modelado -
!2
CONCLUSIÓN $o@o 3uturos ingenieros es i@&ortante tener los conoci@ientos relacionados con los >uidos en @ovi@iento ya +ue con la ayuda de un ubo de
!5
