LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

TUBO DE VENTURI

TABLA DE CONTENIDO

1. JUSTIFICACIÓN

1. OBJETIVO

1. MARCO TEÓRICO

1. MATERIALES

1. PROCEDIMIENTO ( DIAGRAMAS DE FLUJO,  CÁLCULOS         Y PORCENTAJES DE ERROR)

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

2. OBJETIVOS

• Estudiar la forma de patronamiento o calibración del tubo venturi, como un aforador de caudal.

• Comparar los datos experimentales con los técnicos y determinar las causas de las posibles diferencias.

• Encontrar la ecuación de calibración del tubo venturi o del orificio.

1. JUSTIFICACIÓN

Este laboratorio tiene como objetivo principal estudiar el efecto, funcionamiento y las aplicaciones tecnológicas del Tubo Vénturi, del cual su invención data de los años 1.800, donde su creador luego de muchos cálculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo.

Principalmente su función se basó en esto, y luego con posteriores investigaciones para aprovechar las condiciones que presentaba el mismo, se llegaron a encontrar nuevas aplicaciones como la de crear vacío a través de la caída de presión.

El Tubo Vénturi es una tubería corta, recta o garganta, entre dos tramos cónicos. Luego otro científico mejoró este diseño, deduciendo las relaciones entre las dimensiones y los diámetros para así poder estudiar y calcular un Tubo Vénturi para una aplicación determinada.  El estudiante o científico que conozca los fundamentos básicos y aplicaciones que se presentan en este informe debe estar en capacidad para calcular un tubo para sus propias aplicaciones y así aumentar su uso en el mundo real y tecnológico así como con investigaciones y nuevos diseños mejorar su fundamento y crear nuevos usos de acuerdo a sus necesidades.

3. MARCO TEÓRICO

La medición de caudales tanto en conductos cerrados como en tuberías o como también en conductos abiertos es una de las principales preocupaciones en todo lo relacionado con el flujo de fluidos.

El aforo de caudal es el método que permite calcular el caudal que circula por una tubería o canal, estos métodos son indirectos y están en función de otras variables que muy fácilmente son medibles.

Ecuación de Bernoulli

Daniel Bernoulli, científico suizo,  vivió en el siglo XVIII, a este científico debemos la ecuación de bernoulli que es una derivación de la ecuación de Euler, la ecuación de bernoulli básicamente describe el comportamiento de los fluidos con respecto a la presión, Daniel Bernoulli descubrió que si la velocidad de un fluido aumenta la presión disminuye.
El principio de Bernoulli es más fácil de entender a través del uso de un tubo Venturi, el venturi es un tubo en el cual el radio en el centro del tubo es menor que el de los extremos. Cuando el fluido pasa por la boquilla este acelera y pierde presión.

FLUJO

Entre los medidores llamados diferenciales encontramos clasificados a los medidores diferenciales de presión. Entendiéndose por medidor diferencial aquel, de cuyos principios de medición se infiere (de ahí el nombre) el resultado final.  El medidor diferencial de presión se identifica, por la característica de su elemento primario, crea una diferencia o caída de presión que depende de la velocidad y densidad del fluido. Esta diferencia es medida por un segundo elemento, llamado secundario.

Muy diversos tipos de elementos primarios han sido usados para producir la diferencia de presión, pero los más comunes.

1. La placa de orificio.
2. La boquilla o tobera.
3. Tubo venturi.
4. Tubo Pitot.

Aplicación a un Tubo Venturi

Teoría

Un flujómetro es un dispositivo de medición de la tasa de flujo que pasa por una tubería, la que presenta variaciones por la existencia de pérdidas. El presente laboratorio tiene por finalidad puntualizar las pérdidas de tres tipos de flujómetros: El flujómetro de Venturi, el flujómetro de tobera y flujómetro de orificio.

[pic 1]

Para ello determinaremos la corrección del caudal que experimenta cada tipo de dispositivo. Esta corrección se realiza obteniendo el coeficiente de corrección de caudal Cq de la siguiente manera:

Cq = Qr/Qt

Donde Qt es el caudal teórico y Qr el caudal real. Valores que calcularemos para obtener Cq en base a una serie de datos que se tomarán en el laboratorio, según lo explicado a continuación.

A partir de la ecuación de Bernoulli y el principio de continuidad es posible obtener la velocidad en la garganta del dispositivo, y conocida el área de la sección, se determina la descarga teórica  Qt (Vg · A) en la garganta del dispositivo. La relación de Bernoulli esta dada por:

v1² /2g + p1/g = v2² /2g + p2/g 

donde v1 y v2 son las velocidades en las secciones 1 y 2 respectivamente, los términos de altura no se incluyen, pues son iguales. A partir de la ecuación de continuidad v1·d1ª = v2·d2ª se tiene que

v1ª /2g = v2ª /2g · (d2/d1)

Sustituyendo esta relación en la anterior la expresión para v2 resulta ser

v2 = {(2g · D p/g agua) / (1 - (d2/d1)ª )}½ 

Entonces sabiendo:

D p/g agua = 13,6 · D p/g Hg

y remplazando los valores para las densidades, el caudal teórico queda:

Qt = (¼ ·p ·d2²) · {(2g · 13,6 · D p/g Hg)/ (1 - d24/d14)}½ 

El caudal real Qr lo obtenemos midiendo el volumen V que llena el fluido en un intervalo T de tiempo

Qr = V / T

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Esquema de la Experiencia

[pic 2]

Descripción del Método

Por un arreglo de tubería se dispone de 3 manómetros conectados a los tres dispositivos instalados en el interior del arreglo, una válvula al inicio del que regula el caudal, y un estanque circular de diámetro 0,9 m con un medidor de altura del nivel del fluido.

Mediante la válvula se asegura un caudal determinado para la tubería, luego por medio de los manómetros del esquema mide la diferencia de presión en mmHg presente en los diferentes dispositivos, para obtener el caudal teórico Qt. Enseguida se toma el tiempo T que demora el agua en subir una altura de 0,05 m en el medidor del estanque, para posteriormente determinar el caudal real Qr.

Después de haber registrado y anotado los datos, se cambia el caudal de la tubería abriendo o cerrando más la válvula y se dispone a tomar otra serie de datos. Finalmente este procedimiento se repite hasta tener registros para cinco caudales distintos.

TUBO VENTURI

El Tubo Venturi fue creado por el físico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1.746 – 1.822). 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.

Definición

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es 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 puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.

Las dimensiones del Tubo de Venturi para medición de caudales, tal como las estableció Clemens Herschel, son por lo general las que indica la Figura 1. La entrada es una tubería corta recta del mismo diámetro que la tubería a la cual va unida.

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