UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE LABORATORIO DE FISICA II
FACULTAD DE TECNOLOGIA COCHABAMBA
PRACTICA N°5
“TUBO DE VENTURI” INTEGRANTES:……………………………………….
COCHABAMBA - BOLIVIA
TUBO DE VENTURI
INFORME DE LABORATORIO
TUBO DE VENTURI
1.- OBJETIVO
Determinar el caudal “Q” de aire que atraviesa un tubo de Venturi, a partir de la medición de diferencia de presión en dos partes del tubo. 2.- MATERIALES Y EQUIPO
1. Generador de viento 2. Un tubo de Venturi. 3. Un manómetro 4. Un calibrador de Vernier
MANOMETRO CALIBRADOR DE VERNIER
3.- PROCEDIMIENTO
A) Medir el diámetro de las 3 secciones del tubo de Venturi (el tubo es simétrico a ambos lados). B) Montar el generador de viento y tubo de Venturi horizontalmente.
INFORME DE LABORATORIO
TUBO DE VENTURI
C) Conectar el manómetro al tubo de Venturi en 2 secciones distintas D) Encender el generador y medir la diferencia de alturas en el manómetro con el primer caudal E) Repetir el procedimiento con 2 caudales distintos 4.-DATOS
Casos 1 2 3
Diámetro 1 [cm.] 10.05 10.05 10.05
Densidad del aire: 1,23 *10
3
Diámetro 2 [cm.] 8.44 8.44 8.44
Diámetro 3 [cm.] 5.19 5.19 5.19
h1-3 [cm.] Manómetro 1.1 2.4 4.2
gr cm3
Densidad del líquido manométrico:
0,98
gr cm
3
5.-MEDICION, CALCULOS Y GRAFICOS MEDICIONES INDIRECTAS CALCULO DEL ERROR DEL DIAMETRO 1:
Error instrumental = 0.02 mm.=0.002 cm. CALCULO DEL PROMEDIO: D1
D1
D1 D2 D3 D4 n
(10.05 * 4) 4
D1 10 .05 cm
cm
CALCULO DEL ERROR CUADRATICO n
D
i 1 ( D i
D )
n ( n 1 )
4 * ( 10 .05 10 .05 ) 2 D 4 ( 4 1 ) D 0 .00 cm .
2
INFORME DE LABORATORIO D1
Entonces:
TUBO DE VENTURI
( D1 D)cm
D1
(10 .050
cm
0.002 )
CALCULO DEL ERROR DEL DIAMETRO 2:
Error instrumental = 0.02 mm.=0.002 cm. CALCULO DEL PROMEDIO: D2
D2
CÁLCULO DEL ERROR CUADRÁTICO n
D1 D2 D3 D4
D
n
(8.44 * 4)
cm
D
4
D2 8.44 cm
Entonces:
i 1 ( D i
D )
2
n ( n 1 )
4 * ( 8 .44 8 .44 ) 2 4 ( 4 1 )
D 0 .00 cm .
D 2
( D2 D)cm
D2
(8.440
0.002 ) cm
CALCULO DEL ERROR DEL DIAMETRO 3:
Error instrumental = 0.02 mm.=0.002 cm. CALCULO DEL PROMEDIO: D 3
D3
(8.440
(5.19 * 4)
CÁLCULO DEL ERROR CUADRÁTICO
cm
n
0.002 )
D cm
4
D3
D )
n ( n 1 )
4 * ( 5 .19 5 .19 )2 D 4 ( 4 1 )
D3 5.19 cm
Entonces:
i 1 ( D i
D 0 .00 cm .
( D3 D)cm
D3
(5.190
cm
0.002 )
CALCULO DE ALTURAS: diferencia de altura + error instrumental
Error instrumental de la regla =0.1 cm.
h1-3 [cm.] Manómetro 1.1 2.4 4.2
Error de las h1-3 [cm.] Manómetro (2.4 0.1) (2.4 0.1) (4.2 0.1)
2
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TUBO DE VENTURI
CALCULO DE MEDICIONESINDIRECTAS: CÁLCULO DEL PROMEDIO PARA A1: A1 A1
4
* D 1
2
A2
* (10.05)
4
CÁLCULO DEL PROMEDIO PARA A2:
A2
2
ERROR CUADRATICO:
dA1 A1 D 1 * dD 1
0 .002 cm A1
2
A2
2
D 1 * 0 .002 cm 2
A1
0 .032 cm 2
A1
0 .03 cm 2
A3
4
4
3
2
A2
0 .027 cm 2
A2
0 .03 cm 2
( A1 A1 )cm 2
A1
( 79 .33 0 .03 )cm 2
A2
( A2 A2 )cm 2
A1
( 79 .33 0 .03 )cm 2
A2
( 55 .95 0 .03 )cm 2
* D 3
ENTONCES:
2
* ( 5 .19 ) 2
* 0 .002 cm
ENTONCES:
2
A3
( A3 A3 )cm 2
2
A3 * 5 .19 cm * 0 .002 cm 2 A3
2
A1
ERROR CUADRATICO: D 3 0 .002 cm A3
0 .002 cm
2
A3 21.16 cm 2
D 2
D 2
D * 0 .002 cm 2
CÁLCULO DEL PROMEDIO PARA A3:
* ( 8 .44 ) 2
A2 * 8 .44 cm * 0 .002 cm 2
2
A3
2
ERROR CUADRATICO:
A1 * 10 .05 cm * 0 .002 cm 2
ENTONCES:
4
* D 2
4 A2 55 .95 cm 2
A1 79 .33 cm 2
D 1
0 .0163 cm 2
A3 0 .02 cm 2
A3
( 21.16 0 .02 )cm 2
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CALCULO DE VELOCIDAD POR BERNOULLI PUNTOS 1 Y 3:
1
P 1 aire
V 12 2 g
1 Z
P 3 aire
V 3 2 2 g
3 H P 13 Z
PORECUACION DE CONTINUIDAD: “Q” (caudal) es constante “T” (temperatura) es constante Q 1 Q 3
D V 1 V 3 * 3 D 1
2 3
Q A * V
POR MANOMETRÍA:
4
2
D 2 V 3 2 V 3 3 D 1 P 1 P 3 2 g aire
REEMPLAZANDO 4 EN 3 2
V 3
D 4 V 3 2 1 3 D 1 P 1 P 3 2 g aire
V 3
2 g
2
REEMPLAZANDO 2 EN 1
V 3
P 1 P 2 L.M . * h
* D V 3 * * D 4 4 V 1 * * D 12 V 3 * * D 3 2 4 4 V 1 *
2 1
aire
V 3 2 V 12
P 1 Liqu .manometric o * h P 3
V 1 * A1 V 3 * A3
P 1 P 3
2 g P 1 P 3
D 4 aire * g 1 3 D 1 2 P 1 P 3
D 4 aire * 1 3 D 1
3
2 l .m . * h
D 4 aire * 1 3 D 1
1
INFORME DE LABORATORIO
TUBO DE VENTURI
CALCULO DE LA VELOCIDADES PARA UNA H1-3 DE 1.1 cm: CALCULO DE VELOCIDAD 3: DATOS: Peso especifico de el agua destilada = 0.98 gr/cm3 * 980cm/seg.2= 960.4 dinas/cm 3 h= 1.1 cm Diámetro 1= 10.05 cm 2 l .m . * h V 3 Diámetro 3 = 5.19 cm D 4 aire * 1 3 D 1 V 3
2 * 960 .4 * 1.1
5 .19 4 1.23 * 10 * 1 10 .05 3
V 3
2112 .88 1.23 * 10 3 1.23 * 10 3 0 .52
4
V 3 1849316 .044 V 3 1359 .9
CALCULO DE VELOCIDAD 1: REMPLAZANDO EN ECUACION 2:
cm seg 2
CALCULO DE VELOCIDAD 1: COMO EL CAUDADAL ES IGUAL ENTONCES: Q 1 Q 2 Q 3
2
D V 1 V 3 * 3 D 1
V 2 * A2 V 3 * A3 2
5 .19 V 1 2008 .7 * 10 .05 V 1 535 .7
cm 2
seg
V 2 *
4
* D 2 2 V 3 *
4
* D 3 2
2
D V 2 V 3 * 3 D 2
2
5 .19 V 2 1359 .9 * 8 .44 cm V 2 514 .23 seg 2
INFORME DE LABORATORIO
TUBO DE VENTURI
CALCULO DE LA VELOCIDADES PARA UNA H1-3 DE 2.4 cm DATOS:
Peso especifico de el agua destilada = 0.98 gr/cm3 * 980cm/seg.2= 960.4 dinas/cm 3 h= 2.4 cm Diámetro 1= 10.05 cm Diámetro 3 = 5.19 cm CALCULO DE VELOCIDAD 3:
CALCULO DE VELOCIDAD 1: 2
V 3
V 3
V 3
D V 1 V 3 * 3 D 1
2 l .m . * h
D 4 aire * 1 3 D 1
2
5 .19 V 1 2008 .7 * 10 .05 V 1 535 .7
2 * 960 .4 * 2 .4
5 .19 4 3 1.23 * 10 * 1 10 .05
Q 1 Q 2 Q 3 2
3
D V 2 V 3 * 3 D 2 2 5 .19 V 2 2008 .7 * 8 .44
4
1.23 * 10 1.23 * 10 0 .52
V 3 4034871.37 V 3 2008 .7
seg 2
COMO EL CAUDAL ES IGUAL ENTONCES:
4 .609 .92 3
cm
cm seg 2
V 2 759 .57
CALCULO DE LA VELOCIDADES PARA UNA H1-3 DE 4.2 cm
cm seg 2
CALCULO DE VELOCIDAD 3: DATOS: Peso especifico de el agua destilada = 0.98 gr/cm3 * 980cm/seg.2= 960.4 dinas/cm3 h= 4.2 cm Diámetro 1= 10.05 cm Diámetro 3 = 5.19 cm CÁLCULO DE VELOCIDAD 1: 2
V 3
V 3
V 3
D V 1 V 3 * 3 D 1 2 5 .19 V 1 2657 .26 * 10 .05
2 l .m . * h
D 4 aire * 1 3 D 1 2 * 960 .4 * 4 .2 5 .19 4 3 1.23 * 10 * 1 10 .05
V 1 708 .66 V 3 7061024 .9
8067 .36 1.23 * 10 3 1.23 * 10 3 0 .52
4
V 3 2657 .26
cm seg 2
cm seg 2
INFORME DE LABORATORIO
TUBO DE VENTURI
COMO EL CAUDAL ES IGUAL ENTONCES: D V 2 V 3 * 3 D2
2
2
5 .19 V 2 2008 .7 * 8 .44 V 2 1004 .81
cm seg 2
6.-CUESTIONARIO
1. Con los datos obtenidos determinar el caudal “Q”. CALCULO DEL CAUDAL DEL AIRE PARA UNA H1-3 DE 1.1 cm. TEORICAMENTE: V 1 362 .67
V 2 514 .23
V 3 1359 .9
cm 2
seg
cm seg 2 cm
A1
( 79 .33 0 .03 )cm 2
A2
( 55 .95 0 .03 )cm
A3
Q sistema Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 V 1 * A1 28770 .61
2
cm 3 seg
Q 2 V 2 * A2 28771 .17
( 21.16 0 .02 )cm 2
2
seg
Q 3 V 3 * A3 28775 .48
CALCULO DE “Q” PROMEDIO: Q
Q Q
Q 1
cm 3 seg
cm 3 seg
Q 2 Q 3
n
ENTONCES:
28770 .61 28771.17 28775 .48 3 3 cm 28772 .42 seg
Q sistema 28772 .42
CALCULO DE VELOCIDADES PARA UNA H1-3 DE 2.4 cm. V 1 535 .7
cm
A1
2
seg
V 2 759 .57
cm 2
seg
cm V 3 2008 .7 seg 2
( 79 .33 0 .03 )cm 2
cm 3 seg
TEORICAMENTE Q sistema Q 1 Q 2 Q 3 Q 1 V 1 * A1 42497 .08
A2
( 55 .95 0 .03 )cm 2
cm 3 seg
Q 2 V 2 * A2 42497 .94 A3
( 21.16 0 .02 )cm
2
cm 3 seg
cm 3 Q 3 V 3 * A3 42504 .092 seg
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TUBO DE VENTURI
CALCULO DE “Q” PROMEDIO: Q Q 2 Q 3 Q 1 n 42497 .08 42497 .94 42504 .092 Q 3 Q
ENTONCES: Q sistema 42499 .7
cm 3 42499 .7 seg
CALCULO DE VELOCIDADES PARA UNA H1-3 DE 4.2 cm. V 1 708 .66
cm 2
seg cm V 2 1004 .81 seg 2 cm V 3 2657 .26 seg 2
Q 1
seg
TEORICAMENTE:
A1
( 79 .33 0 .03 )cm 2
Q 1 V 1 * A1 56217 .998
A2
( 55 .95 0 .03 )cm 2
Q 2 V 2 * A2 56219 .12
A3
( 21.16 0 .02 )cm 2
Q 3 V 3 * A3 56227 .62
cm 3
seg cm 3 seg cm 3 seg
ENTONCES:
CALCULO DE “Q” PROMEDIO: Q
cm 3
Q 2 Q 3
Q sistema 56221 .58
n
cm 3 seg
56217 .998 56219 .12 56227 .62 3 3 cm Q 56221 .58 seg Q
2. Haga un gráfico de v = f(A). Con h de 1.1 Cm: Velocidad [m/seg.]
Área [ cm2]
362.67 514.23 1359.9
79.33 55.95 21.16
POR REGRESION LINEAL A = -15,47 B = 29272,03 r =1
GRAFICO
VELOCIDAD EN FUNCION DEL AREA 90
) 2 80 g e70 s /60 m ( 50 D40 A 30 D I C20 O10 L E 0 V
ECUACION:
Y = -15,47 + 29272,03X
0
200
400
600
800
A R E A
1000
1200
1400
1600
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Con h de 2.4 Cm:
GRAFICO
Velocidad [m/seg.]
Área [ cm2]
1/Área=a [ cm2]
362.67 514.23 1359.9
79.33 55.95 21.16
0.013 0.018 0.047
POR REGRESION LINEAL A = -23.04 B = 43241.01 r=1 ECUACION:
VELOCIDAD EN FUNCION DEL AREA 2500
) g e2000 S / m 1500 ( D A D I 1000 C O L 500 E V 0 0
20
40
60
80
100
A R E A
Y = -23,01 + 43241,01X Con h de 4.2 Cm: Velocidad [m/seg.]
Área [ cm2]
1/Área=a [ cm2]
708.66 1004.81 2657.26
79.33 55.95 21.16
0.013 0.018 0.047
POR REGRESION LINEAL: A = -30.24 B =57197.92 r =1 ECUACION:
Y = -30.24 + 57197.92X
VELOCIDAD EN FUNCION DEL AREA 90
) 80 g70 e S / 60 m50 ( D40 A D I 30 C O20 L E10 V 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
A R E A
3. ¿Qué aplicaciones prácticas reales conoce del tubo de Venturi? Dado que la mayoría de las aplicaciones de los instrumentos de medición de caudales se hacen con tubos Venturi, pues el uso de tubos Venturi esta mucho mas plasmado en muchas más áreas como industrias, mecánica, y ahorro de energía; mientras que los medidores de placa orificio y de tobera de flujo son usados mayoritariamente para, valga la redundancia, medir caudales.
Tubo Venturi EL uso de los tubos Venturi es variado. Este puede servir en mecánica, maquinaria industrial, laboratorios etc.
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Por ejemplo, se usan tubos Venturi aprovechando el efecto, estudiado anteriormente, de provocar diferencias elevadas de presión. Dentro de las aplicaciones para el tubo Venturi, se encuentra su gran uso en mecánica automotriz, donde los tubos Venturi forman parte del carburador del auto.
El Carburador. Preparador de la Mezcla. Es bien sabido que un auto requiere de combustible para funcionar. Sin embargo, el combustible debe mezclarse con aire para producir la combustión dentro de los pistones. La gasolina es llevada desde el estanque donde mediante una bomba de alimentación*. En la figura 4.1 se muestra el sistema de bomba de alimentación. Este puede variar según el tipo de motor, pero por lo general está conformada por los elementos que se muestran. Una vez que el combustible es inyectado por la bomba de alimentación, ésta sale hacia el carburador. El carburador es el sistema de de regulación de mezcla y de cantidad de mezcla que será utilizada en los cilindros del motor. Es lógico pensar que si entregamos mas mezcla a los cilindros, la combustión genera más potencia y vise versal pero es necesario entregar la mezcla justa de manera que no se detenga el motor. La razón entre aire y combustible en los motores debe ser alrededor de 10.000 litros de aire por uno de gasolina, que además debe estar libre de impurezas que puedan afectar negativamente la combustión. Cuando la proporción es mayor, se dice que la mezcla es demasiado rica y cuando es mas baja, se dice que la mezcla es pobre.
Reductores limitadores Limita el caudal con ahorros superiores al 30% de agua y energía y disminúyela presión aumentado la vida de la manguera de las duchas, si no se quiere cambiar por una economizadora.
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Dispositivo anti-fugas Si el manguito de toma de agua sufre una rotura, este dispositivo evitará una inundación. Se instala en la toma de agua de lavadoras, lavavajillas, máquinas de vending, cafeteras a presión, etc. La válvula interna corta el paso cuando se produce una alta depresión.
Interruptor de ducha Durante el enjabonado, permite cortar el caudal manteniendo la temperatura de uso. Muy recomendable en griferías de doble mando.
Cisternas eficientes El uso de cisternas con dispositivos que permiten interrumpir la descarga, consigue un uso más racional del agua. La normativa europea limita la capacidad de las cisternas a 9 litros, aunque varios importantes fabricantes han lanzado al mercado modelos de 6 litros de volumen y con pulsador de corte de descarga a 3 litros, o bien doble pulsador. El éxito de estos modelos se basa en la capacidad del sifón de arrastrar con menos agua.
Duchas de alta eficiencia. En continua innovación: *Mediante desarrollos del tubo de Venturi se aumenta la velocidad del chorro de salida con un reducido caudal de entrada. El efecto de sobrepresión proporciona un suave masaje de millones de gotitas de todos los tamaños. *Además de ahorrarse agua caliente, se corrigen problemas de incrustaciones, embolsamiento, falta de presión y confort, y derroche de agua. *Algunos modelos permiten disponer de varias formas de chorro. *En caudales de 6, 9 y 12 litros/minuto, algunas duchas ahorran, con igual o mayor confort, del 50 al 60% de agua y de la energía utilizada para calentarla.
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4. ¿En qué punto del tubo de Venturi la presión es mayor y menor. Demostrar el resultado.
Esquema del efecto Venturi.
Primeramente El efecto Venturi consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta . Por el teorema de conservación de la energía si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente. COMPARANDO LOS DATOS:
A diferencia manométrica de 1.1 cm. D 4 aire * V 1 3 D 1 P 1 P 3 2 2 3
5 .19 4 1.23 * 10 * 1359 .9 1 10 .05 P 1 P 3 2 3
P 1 P 3 1056 .447
P 1 P 3 L.M . * h P 1 P 3 960 .4 * 1.1
2
P 1 P 3 1056 .44
P 1 1056 .447
P 3
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A diferencia manométrica de 1.1 cm. D 4 aire * V 3 2 1 3 D 1 P 1 P 3 2
P 1 P 3 L.M . * h
5 .19 1.23 * 10 3 * 2008 .7 2 1 10 .05 P 1 P 3 2
4
P 1 P 3 960 .4 * 2 .4 P 1 P 3 2304 .96
P 1 2304 .96 P 3
P 1 P 3 2304 .962
A diferencia manométrica de 1.1 cm. D 4 aire * V 3 2 1 3 D 1 P 1 P 3 2
P 1 P 3 L.M . * h
5 .19 4 1.23 * 10 * 2657 .26 1 10 . 05 P 1 P 3 2
P 1 P 3 960 .4 * 4 .2
P 1 P 3 4033 .683
P 1 4033 .68
3
2
P 1 P 3 4033 .68
P 3
Ahora podemos decir que en el punto 1 del tubo la presión es mayor sin tener el riesgo que la presión 3 sea negativa por el hecho que el aire es un gas y no un líquido. Y el punto 3 es de menor presión. Es decir que en la parte más ancha la presión es mayor porque en ese lugar hay mayor área que en la parte angosta donde la presión es menor. 7.-CONCLUSIONES
Concluimos que en el tubo de Venturi, el punto 1 es la región más ancha o el de mayor diámetro que por consiguiente es la de mayor área que tiene una velocidad del flujo del aire menor respecto a los puntos 2 y 3 del tubo y el punto 3 es la región más angosta o la garganta que tiene menor diámetro que por consiguiente menor área tiene una velocidad del flujo de aire mucho mayor respecto a los puntos 1 y 2 de dicho tubo. ES DECIR: A MAYOR VELOCIDAD MENOR AREA. A MAYOR AREA MAYOR PRESION.
Determinamos que el caudal en las tres distintas alturas mostradas por la diferencia de
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presiones del manómetro es ligeramente constante, este se debe porque suponemos que la temperatura es constante para que así mantenga el gas (aire) su caudal constante. 8.-RECOMENDACIONES
Después de utilizar el generador de viento se debe siempre apagar o colocar el suich apagado, debido a que si se prende puede quemarse. Antes de colocar el manómetro se tiene que medir los diámetros del tubo. Al conectar el generador de viento al enchufe asegurarse que este bien colocado, y así evitar problemas. 9.-BIBLIOGRAFIA LIBROS:
*Galarza Francisco – Física II - 2007-S/ED-CBBA-Bolivia (Pág. 318-320) PAGINAS WEB:
*www.quiminet.com.mx/pr7/TUBO%2BDE%2BVENTURI.htm - 127k – *maxventuri0.tripod.com/aplicaciones .html - 18k -
