Informe Laboratorio Medidores De Caudal

Informe de laboratorio

Medidores de caudal

Profesor

Juan Fernando Barros Martínez

Elaborado por

Miguel Arango Sarmiento

Santiago Correa Cote

Escuela de ingeniería de Antioquia

Ingeniería civil

Envigado

Febrero de 2015

Tabla de contenido

Descripción de la práctica. 3

Datos encontrados. 3

Caudal experimental. 3

Rotámetro 3

Cálculos 3

Tubo Venturi 3

Caudal teórico 3

Caudal experimental 5

Grafico 3: Caudal experimental vs pérdidas 6

Errores 6

Placa orificio. 6

Caudal teórico. 6

Caudal experimental 7

Grafico 6: Caudal experimental vs perdidas 9

Errores 9

Cálculo de Cd. 9

Tubo Venturi. 9

Placa orificio. 10

Conclusiones. 11

Descripción de la práctica.

La práctica consistirá en la medición de caudales bajo distintas herramientas con el fin de encontrar las pérdidas de energía, las diferencias entre mediciones y el error de cada método. Para el procedimiento ya mencionado se utilizará el equipo Armfield F1-21, el cual consiste de un sistema de bombeo de agua, el cual tiene un medidor de la cantidad de agua que está almacenando el cual se muestra en la Ilustración 1

Ilustración 1. Tanque equipo Armfield

Ilustración 2. Equipo Armfield

En la Ilustración 2 se puede apreciar el equipo que se usará para medir los caudales, el cual consiste principalmente de un tubo Venturi, de un rotámetro y de una placa orificio, todos conectados por un sistema de tuberías, el equipo cuenta con una placa en el centro, la cual va conectada con diferentes puntos del sistema por medio de tubos delgados que llegan a su respectivo piezómetro. El sistema tiene dos puntos de control de caudal, el primero es el que le llega de la bomba de la Ilustración 1 y el segundo está localizado en la parte superior derecha, que controla la salida del agua, una variación en cada uno de los dos controles ya mencionados afecta el sistema entero, ya que puede verse un incremento de la velocidad, o una disminución según sea el caso, lo cual se ve reflejado en un cambio en la presión del sistema. La bomba tiene su medidor de volumen que es el que le entra al sistema, por medio de cronómetros se estableció el caudal, realizando una relación entre el volumen y el tiempo, el rotámetro estaba en un tubo transparente el cual contenía unos indicadores del caudal que estaba pasando, para la placa orificio y el tubo Venturi, los caudales debían ser calculados con la ayuda de los piezómetros, al final del laboratorio se realizó a modo demostrativo el funcionamiento de un ariete hidráulico el cual genera diferencias de presiones, y actúa como si fuese un motor, realizando procesos cíclicos de apertura y cerrado.

Datos encontrados.

Caudal experimental.

Tabla 1. Toma de datos.

Ensayo Volumen (mL) Tiempo 1 Tiempo 2 Tiempo promedio Caudal (Q) L/s

1 455 7,43 7,41 7,42 0,0613

2a 2000 20,64 20,44 20,54 0,0974

2b 2000 20,07 20,74 20,405 0,0980

3a 2000 10,37 10,53 10,45 0,1914

3b 3000 17,53 17,36 17,445 0,1720

4a 3000 14,15 14,18 14,165 0,2118

4b 3000 14,56 14,43 14,495 0,2070

5a 3000 12,37 12,29 12,33 0,2433

5b 3000 12,5 12,43 12,465 0,2407

6a 3000 8,6 8,6 8,6 0,3488

6b 4000 12,19 12,21 12,2 0,3279

Rotámetro

Tabla 2. Caudal rotámetro

Ensayo Rotámetro (L/min)

1 3

2 5

3 10

4 12

5 14

6 20

Cálculos

Tubo Venturi

Caudal teórico

Para el cálculo del caudal teórico en el tubo Venturi utilizamos la fórmula que nos da las especificaciones técnicas:

Q_"v" = (C_d A_2)/√(1-(A_2/A_1 )^2 ) √((2 ∆p)/ρ) C_d=0.98

√(2∆p/ρ)=√2g∆h

Aplicando la formula anterior para cada ensayo obtenemos los siguientes resultados:

Tabla 3. Caudales teóricos tubo Venturi.

Caudales teóricos

Área 1 0.000792

Área 2 0.000177

Ensayo ∆h (mm) Q (L/s)

1 8 0.070

2 16 0.099

3 54 0.183

4 77 0.218

5 96 0.244

6 186 0.339

Para el cálculo de las áreas que se encuentran en la tabla anterior utilizamos los diámetros que nos dan las especificaciones del constructor.

Grafico 1: Caudal teórico vs cambio de altura

Caudal experimental

Calculando un promedio entre los caudales del mismo ensayo obtenemos los siguientes datos

Tabla 4. Caudales experimentales tubo Venturi.

Caudales experimentales

Ensayo ∆h Q( L/s)

1 8 0.0613

2 16 0.0977

3 54 0.1817

4 77 0.2094

5 96 0.2420

6 186 0.3384

Grafico 2: caudal experimental vs cambio de altura

Grafico 3: Caudal experimental vs pérdidas

Errores

Tabla 5. Errores tubo Venturi.

Caudales prácticos Caudales teóricos

Ensayo ∆h Q( L/s) Ensayo ∆h (mm) Q (L/s) Perdidas Error %

1 8 0.0613 1 8 0.070 0.009 12.8

2 16 0.0977 2 16 0.099 0.002 1.8

3 54 0.1817 3 54 0.183 0.001 0.6

4 77 0.2094 4 77 0.218 0.009 4.1

5 96 0.2420 5 96 0.244 0.002 0.7

6 186 0.3384 6 186 0.339 0.001 0.3

Placa orificio.

Caudal teórico.

Para calcular el caudal teórico aplicamos la siguiente fórmula.

Q_"v" = (C_d A_2)/√(1-(A_2/A_1 )^2 ) √((2 ∆p)/ρ) C_d=0.63

Aplicando la formula anterior para cada uno de los ensayos se obtienen los siguientes resultados.

Tabla 6. Caudal teórico placa orificio.

Caudales teóricos

Área 1 0.000763

Área 2 0.000314

Ensayo ∆h (mm) Q (L/s)

1 6 0.074

2 10 0.096

3 35 0.180

4 50 0.215

5 64 0.243

6 130 0.347

En el cálculo de las áreas que se presentan en la tabla anterior se utilizaron los valores de los diámetros proporcionados por el fabricante.

Grafico 4: caudal teórico vs cambio de altura

Caudal experimental

Dividiendo el volumen en el tiempo obtenemos los caudales experimentales.

Tabla 7. Caudal experimental placa orificio.

Caudal experimental

Ensayo Q (L/s)

1 0.061

2 0.098

3 0.182

4 0.209

5 0.242

6 0.338

Grafico 5: caudal experimental vs cambio de altura

Grafico 6: Caudal experimental vs perdidas

Errores

Tabla 8. Errores placa orificio.

Caudal experimental Caudal teórico

Ensayo Q (L/s) Ensayo ∆h (mm) Q (L/s) Perdidas Error %

1 0.061 1 6 0.074 0.013 21.45

2 0.098 2 10 0.096 0.002 1.59

3 0.182 3 35 0.180 0.002 1.00

4 0.209 4 50 0.215 0.006 2.68

5 0.242 5 64 0.243 0.001 0.51

6 0.338 6 130 0.347 0.008 2.45

Cálculo de Cd.

Tubo Venturi.

〖1. Q〗_"v" = (C_d*A_2)/√(1-(A_2/A_1 )^2 ) √(2*g*∆h)

2. ∆h=1616.4* Q^2

〖3. C〗_d= (Q*√(1-(A_2/A_1 )^2 ))/(A_2*√(2* g* ∆h))

Reemplazando 2 en 3

C_d= √(1-(A_2/A_1 )^2 )/(A_2* √(2* g* 1616.4 ))

Evaluando la ecuación

C_d=0.980485

Placa orificio.

〖1. Q〗_"v" = (C_d*A_2)/√(1-(A_2/A_1 )^2 ) √(2*g*∆h)

2. ∆h=1081.8* Q^2

〖3. C〗_d= (Q*√(1-(A_2/A_1 )^2 ))/(A_2*√(2* g* ∆h))

Reemplazando 2 en 3

C_d= √(1-(A_2/A_1 )^2 )/(A_2* √(2* g* 1081.8 ))

Evaluando la ecuación

C_d=0.630341

Al despejar tanto la fórmula de la placa orificio como la del tubo Venturi, nos damos cuenta que esta no depende del caudal sino que depende de las áreas, las cuales son constantes y no varían, por lo tanto, podemos decir que Cd es una constante y su grafica siempre será una constante.

Conclusiones.

Para poder contar con mediciones más precisas de caudales, es necesario que el equipo cuente con medidores de presión luego de que la tubería sufra un cabio brusco de área, de esta manera se puede calcular los cambios de presiones y medir los caudales en cada punto de la tubería.

A medida que aumenta el caudal las perdidas aumentan.

El Cd solo depende de las áreas, y como estas las conocemos y no varía, podemos confiar en este para el cálculo de los caudales.

Entre mayor tiempo se cronometre el volumen de salida de la bomba para calcular su caudal de entrada al sistema, habrá mayor relación con el caudal mostrado por el rotámetro.

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