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LABORATORIO DE CIRCUITOS

ELECTRICOS I

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA I

INFORME DE LABORATORIO Nº 1

TEMA: Medición del caudal

DOCENTE: Ing. JULIO CONDORI A.

SEMESTRE: V

PRESENTADO POR:

Churata Huaraya Juan

CODIGO: 081626

PUNO – PERU

2011

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA,

ELECTRONICA Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

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MEDICIÓN DEL CAUDAL

1. OBJETIVO.

El objetivo de este laboratorio es de medir el caudal y ver la importancia que

tiene la medición del fluido, conocer algunos tipos de medidores de caudal,

en este caso nos enfocaremos en la medición del caudal mediante la diferencia

de presiones en ella encontramos al venturimetro, también se conocerá sus

ventajas.

2. RESUMEN.

En este laboratorio se busca obtener a partir de una variación de presión en el

tubo de venturi, buscar los valores reales del caudal y velocidad ya que en

realidad existe perdidas de carga en el venturimetro (por contracción y

convección).

Para ello se obtendrá los valores de Cv y Cq. El Cq se tomara dato del grafico

de coeficiente de descarga vs numero de Reynolds.

3. FUNDAMENTO TEORICO.

MEDICIÓN DEL CAUDAL

El control de un proceso industrial requiere conocer la cantidad de materia que

entra y sale de los distintos aparatos y operaciones que lo componen. Con este

fin se utilizan diversos procedimientos de medición de caudales. En el caso de

los fluidos, existen dos grandes grupos de medidores de caudal: los basados en

métodos directos y los basados en métodos indirectos.

Los métodos directos consisten en la determinación del volumen de fluido que

atraviesa un dispositivo por unidad de tiempo. Este es el caso de los contadores

de paletas, de los medidores Parshall o presas y de los medidores térmicos,

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entre otros.

Los métodos indirectos se fundamentan en las variaciones de presión y

velocidad que experimenta un fluido al atravesar un obstáculo en una

conducción. Este tipo de medidores deben calibrarse previamente con un

medidor directo. Existen dos tipos de medidores indirectos:

a) De sección de paso constante. Miden la diferencia de presión entre dos

puntos de una conducción. Los diafragmas, boquillas y tubos de Venturi

miden presiones medias dentro de la conducción, mientras que los

tubos de Pitot miden la presión en un punto concreto. En ambos casos

la diferencia presión observada está relacionada con el caudal de fluido.

b) De sección de paso variable. Disponen de un flotador dentro de una

conducción vertical troncocónica que es desplazado a diferente altura

en función del caudal. El más común de estos medidores de caudal es el

rotámetro.

MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL

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Presentan una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el

fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética

y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción

equivalente, de acuerdo con el principio de conservación de la energía.

El caudal es estimado midiendo la diferencia de presión y usando un coeficiente

de corrección empírica.

Entre los medidores de presión diferencial se destacan:

· Tubos Venturi

· Tubos Dall

· Placas orificio

· Boquillas de flujo

· Tubos Pitot

· Codos

· Medidores de área variable

· Medidores de placa

VENTAJAS

· Sencillez de construcción

· Funcionamiento de fácil comprensión

· No son caros

· Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos

DESVENTAJAS

· La amplitud del campo de medición es menor que para la mayoría de los otros

tipos de medidores

· Pueden producir pérdidas de carga significativas

· La señal de salida no es lineal con el caudal

· Deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo

del medidor que, según el trazado de la tubería y los accesorios existentes,

pueden ser grandes.

· Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de

depósitos o la erosión de las aristas vivas.

· La precisión suele ser menor que la de medidores más modernos

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VENTURIMETRO

El medidor Venturímetro es un aparato inventado por Clemens Herschel, en

1881, que lleva el nombre de Venturi, filosofo italiano, que fue el primer

hidráulico que experimento tubos divergentes.

El aparato comprende tres secciones principales: una pieza convergente, otra

divergente (difusor) y una sección intermedia, que constituye la garganta o

estrechamiento.

El diámetro de la garganta generalmente está comprendido entre ¼” y ¾” del

diámetro de la tubería. Los aparatos Venturi son fabricados en dos tipos:

a) Venturi largos (Herschel)

b) Venturi cortos (Orivent)

Las extensiones de los tubos Venturi largos generalmente están comprendidas

entre 5 y 12 veces el diámetro de la tubería. Los Venturi cortos se presentan

con extensiones entre 3.5 y 7 veces el diámetro nominal de la tubería. El

medidor Venturi debe ser precedido de un tramo rectilíneo de por lo menos 6

veces el

Diámetro de la tubería.

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Aguas abajo del aparato se puede instalar cualquier pieza especial, porque la

extensión de la sección divergente (difusor) es suficientemente grande para

asegurar las condiciones de medida. En la toma de presión, existen cámaras

anulares (coronas), conectadas al tubo por una serie de orificios

convenientemente dispuestos en su periferia.

El Tubo de 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.

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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.

FUNDAMENTO TEÓRICO DEL VENTURIMETRO

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace

acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la

presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente

al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la

sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se

encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos se encuentran unidos a

los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es

una indicación de la diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden

utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para

derivar la relación a través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo.

Utilizando las secciones 1 y 2 en la formula 2 como puntos de referencia,

podemos escribir las siguientes ecuaciones:

𝑃1

𝛾+ 𝑍1 +

𝑉12

2𝑔− ℎ𝐿 =

𝑃2

𝛾+ 𝑍2 +

𝑉22

2𝑔 … … . . (1)

𝑄 = 𝐴1𝑉1 = 𝐴2𝑉2 … … … . (2)

Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso

de los líquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atención con la

presión. La reducción algebraica de a la variación del peso específico las

ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

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Se pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento. Primero, la

diferencia de elevación (z1-z2) es muy pequeña, aun cuando el medidor se

encuentre instalado en forma vertical. Por lo tanto, se desprecia este termino.

Segundo, el termino hl es la perdida de la energía del fluido conforme este

corre de la sección 1 a la sección 2.

El valor hL debe determinarse en forma experimental. Pero es más conveniente

modificar la ecuación (3) eliminando hL e introduciendo un coeficiente de

descarga C:

La ecuación (4) puede utilizarse para calcular la velocidad de flujo en la

garganta del medidor. Sin embargo, usualmente se desea calcular la velocidad

de flujo del volumen.

Puesto que , tenemos:

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El valor del coeficiente C depende del número de Reynolds del flujo y de la

geometría real del medidor. La siguiente figura muestra una curva típica de C

Vs número de Reynolds en la tubería principal.

La referencia 3 recomienda que C = 0.984 para un Tubo Vénturi fabricado o

fundido con las siguientes condiciones:

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La referencia 3, 5 y 9 proporcionan información extensa sobre la selección

adecuada y la aplicación de los Tubos de Venturi.

La ecuación (14-5) se utiliza para la boquilla de flujo y para el orificio, así como

también para el Tubo de Venturi.

GRAFICA PARA OTRO TIPOS DE VENTURIMETROS

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4. ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO (CARACTERÍSTICAS, RANGOS)

Las disensiones del venturimetro de la bomba A es:

5. PROCEDIMIENTO.

Para medir la diferencia de altura en el laboratorio se seguio los siguientes

pasos:

Conexión de corriente al sistema donde se encuentra la bomba A.

Debido al no uso frecuente de la bomba, la bomba no contenía agua dentro de

los elise para que pueda ponerse en funcionamiento. Se puso agua hasta los

niveles correspondientes.

Luego se procedió con el encendido de la bomba de agua

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Finalmente se puedo observar la variación de altura igual a 9.2cmHg

6. CÁLCULOS Y RESULTADOS.

En este caso como ya se tiene una variación de altura de mercurio se tendrá

que adecuar las formulas para los cálculos.

La velocidad teórica del punto 2 es : V2t

𝑉2𝑡 = 1

√1−(𝐴2

𝐴1⁄ )

2 √2𝑔[ℎ1 − ℎ2] ………… (1)

Esta ecuación se cumple cuando la variación de altura ( h1-h2 ) , sea una altura

pizometrica.

L es la variación medida

Ahora bien, el caudal Q, que pasa por en Venturi será:

𝑄 = 𝐴2𝑉2𝑡

1

2

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El caudal real Q será igual a v2A2, siendo v2 la velocidad real:

𝑉2𝑟 = 𝐶𝑣𝑉2𝑡

Donde CV : coeficiente de velocidad, que se obtiene experimentalmente.

La relación del Cv y Cq es:

Con esa relación se obtiene el caudal real que mede el venturimetro:

La variación de altura 9.2cmHg en metros de agua será:

1 𝑚 𝐻2𝑂 = 13.6 m Hg

Por lo tanto : 0.092mHg = 0.0068 m H2O

El h1 –h2 =1.6

Reemplazando los valores en la ecuación (1):

𝑉2𝑡 = 1

√1 − (𝐴2

𝐴1⁄ )

2 √2𝑔[ℎ1 − ℎ2]

Se obtiene la velocidad teórica en el punto 2.

𝑉2𝑡 = 6.1𝑚/𝑠

La velocidad real es: 𝑉2𝑟 = 𝐶𝑣𝑉2𝑡

El caudal real Q es:

El valor de Cq (NR , m) donde el

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m = = A2

A1= 0.16

v es viscosidad cinética. 𝑣 = 1.3 ∗ 10−6𝑚2/𝑠

𝑁𝑅 = 𝑉2 ∗ 𝐷2

𝑣= 79769 = 0.79 ∗ 105

De la tabla se obtiene Cq

𝐶𝑞 = 0.99

Además Cv = 0.91

Finalmente el caudal real será:

𝑄 = 0.013𝑚3/𝑠

7. OBSERVACIONES.

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A lo largo del proceso que se a seguido, se observo que los datos ideales con los

reales obtenidos la diferencia a sido mínima, también diremos que cada

instrumento de medición de caudal tiene un fundamento teórico diferente.

Para que el ensayo de la medición de caudal sea mejor para el análisis, sería

perfecto que la variación de altura fuera un poco mayor de lo obtenido.

8. CONCLUSIONES.

En conclusión se puedo obtener los valores reales del instrumento de medición

del caudal como se esperaba, todo esto debidamente con un previo análisis de

las ecuaciones o principios de la conservación de masa (ecuación de

continuidad), conservación de energía (ecuación de Bernoulli). Además se

concluye que es muy importante conocer los instrumentos de medición de

caudal; saber de alguna manera diferenciarlos de las demás ya que su

aplicación en la industria es muy importante e indispensable.

9. BIBLIOGRAFÍA.

Mecanica de fluidos – Robert L. Mott

Resie autotidacta de medición -Tubos de venturi, dall y toberas- Grupo

de Hidráulica Rural y Urbana (IMTA)

Grupo de Medición e Inspección : (CNA)

MANUAL PARA ENSAYO DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN ACCESORIOS DE

TUBERÍA DEL LABORATORIO DE HIDRÁULICA, - TRABAJO DE

GRADUACIÓN - UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA-

FERNANDO PONCE VICTORIA.

TEORÍA DE LA MEDICIÓN DE CAUDALES Y VOLÚMENES DE AGUA E

INSTRUMENTAL NECESARIO DISPONIBLE EN EL MERCADO - Luis GARCÍA

GUTIÉRREZ.

www.efunda.com/designstandards/sensors/flowmeters/flowmeter_i

ntro.cfm (imagen).

MEDICIÓN DE CAUDAL- Capítulo del Trabajo final de los Ing. M. López

García y M. Ramón.