1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA RECINTO UNIVERSITARIO PEDRO ARAUZ PALACIOS DEPARTAMENTO DE HIDRULICA Y MEDIO AMBIENTE Prctica 4. Titulo de Prctica: El Venturmetro Nombres y apellidos. 1. Jackzuel Alexander Castro Roblero 2010-33427 2. Heryild Dhamir Chavarra Montenegro2010-33201 3. Carlos Eduardo Castillo Urbina2010-35097 4. Kevin Josu Benavides Zamora2010-33159 Grupo:IC-32D Subgrupo: D1 Profesor de Teora Ing. Jos ngel Baltodano Profesor de Prctica: Ing. Mara Jos Castro Alfaro Fecha: 16-Mayo-2012 2 CONTENIDO Introduccin3 Objetivos5 Generalidades...6 Equipo Empleado10 Procedimiento Experimental.10 Tablas de Datos.11 Clculos..13 Tabla de Resultados..20 Desempeo de Comprensin.22 Conclusiones..25 Anexos26 3 INTRODUCCION ElmedidorVenturi,inventadoporelingenieroestadounidenseClemansHerschel (1842-1930) y nombrado por l en honor del italiano Giovanni Venturi (1746-1822) por sustrabajospionerosacercadelasseccionescnicasdeflujo,eselfluxmetroms preciso en este grupo, pero tambin el ms caro. Su contraccin y expansin graduales evitanlaseparacindelflujoylosremolinos,ysolotieneperdidasdefriccinenlas superficies de la pared interior. LosmedidoresVenturicausanprdidasdecargamuybajas,yporlotantosedeben preferirparaaplicacionesquenopuedanpermitirgrandescadasdepresin.La prdidadecargairreversibleparalosmedidoresVenturidebidaalafriccinsoloes alrededor de 10%. ElmedidordeVenturiesutilizadoparamedirlatazadeflujodedescargaenuna tubera,osealacantidaddeaguaenvolumenqueestpasandoatravsdeuna tubera en la unidad de tiempo. Por lo general el tubo de Venturi est formado por: -Unapiezafundida(fig.1)formadaporunaporcinporunacorrientearribadel mismo tamao de la tubera, la cual est provista de una toma piezomtrica para medir la presin esttica. -Una regin cnica convergente (tobera). -Una garganta cilndrica con otra toma piezomtrica. -Unaseccincnicagradualmentedivergente,lacualdesembocadeunaseccin cilndrica del tamao de la tubera (difusor). 4 Lnea de Carga Total V12 / 2g v2n /2g v22 /2g P1 = h1 Lnea de carga Piezomtrica P2= h2Pn= h n Q (1) (2) (n) z1 Z2 Zn DATUM O NIVEL DE REFERENCIA Fig. No. 1REPRESENTACION GRAFICA DEL VENTURIMETRO. LafuncinbsicadeltuboVenturiconsisteenproducirunestrangulamientoenla seccintransversaldelatubera,elcualmodificalaspresionesenlasseccionesaguas arribayenlagarganta,lascualessonpresionesreales,demaneraqueapartirdela ecuacin de Bernoulli es posible obtener la velocidad terica en dicha garganta, que al multiplicarlaporsureapermitedeterminarladescargaterica(caudal).Para determinarelcaudalterico,solonecesitamosdoslecturaspiezomtricas,ladela entrada y la de la garganta.Los tubos piezomtricas a travs de todo el Venturmetro nos indican el comportamiento de la distribucin de las presiones a travs del mismo. 5 OBJETIVOS 1.Medir caudales con el Venturmetro.

2.Determinar el coeficiente de descarga (Cd) del Venturmetro. 3.Medir caudales con el depsito volumtrico del Banco hidrulico. 4.Aplicar la ecuacin de Bernoulli y la ecuacin de continuidad. 5.Observarelcomportamientodeladistribucindelaspresionesatravsdel Venturmetro, as como el proceso de conversin de energa. 6 GENERALIDADES 1- DETERMINACIN DEL CAUDAL TERICO Estudiaremoselcomportamientotericoquetieneelflujoatravsdelventurmetro para deducir la expresin que nos determinara el caudal. Aplicando la ecuacin de Bernoulli entre la seccin (1) y la seccin (2) y asumiendo que no hay prdida de energa entre ambas secciones, tenemos:

222211212 2ZPgVZpgV+ + = + +

(1) Donde: La seccin (1) corresponde a la entrada.La seccin (2) corresponde a la garganta del venturmetro. Podemosobservarquelascotastopogrficasdeambasseccionessonigualesylas alturas piezomtricas se representan matemticamente como sigue: 2211, , hPhP= = Entonces de la ecuacin de Bernoulli nos queda que: 2221212 2hgVhgV+ = + (2)

De la ecuacin de continuidad sabemos que el caudal permanece constante: Q = V1A1 = V2 A2 Despejando 12 21AA VV =y sustituyendo en la ecuacin (2): 7 222121222 2hgVhgAAV+ = +(((

||.|

\| Efectuandoytransponiendotrminosobtendremoslavelocidadtericadefluidoal pasar por la garganta: 2122 121) ( 2||.|

\|=AAh h gV (3) Almultiplicarlavelocidadterica(Ecuacin3)porelreadelagarganta(A2), obtendremos el caudal terico que esta pasando a travs del venturmetro: Qt=A2 * 2122 11) ( 2||.|

\|AAh h g (4) Donde: h1=Lectura de la altura piezomtrica en la entrada (m). h2=Lectura de la altura piezomtrica en la garganta (m). A1 =rea de la entrada (m2). A2 =rea de la garganta (m2). 2- DETERMINACION DEL CAUDAL REAL Ladeterminaciondelcaudalrealserealizaramediantelecturasdirectasdelaprobeta cilindricaygraduadadisponibleenelbancohidraulico,siguiendoelmismo procedimiento descrito en la practica No. 3 de los laboratorios de Hidraulica I. 3- DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE GASTO O COEFICIENTE DE DESCARGA (Cd) Para deducir la frmula del caudal terico (Ecuacin 4) asumimos que no se producen perdidasdeenerga,locualafectaraenlosresultados,esdecirqueelcaudalterico (Qt) va a diferir del caudal real (Qr), de manera que para que el caudal terico sea igual 8 al caudal real es necesario multiplicarlo por una constante (Cd); la que se determina de la siguiente forma: QtQrCd =(5) Donde: Cd=Coeficiente de descarga del venturmetro. Qr =Caudal real determinado por el Banco Hidrulico. Qt=Caudal terico determinado por la ecuacin (4). 4- COMPORTAMIENTO DE LA LINEA PIEZOMETRICA A TRAVES DEL VENTURIMETRO Cuandoelflujopasaatravsdelventurmetro,seproduceunprocesode transformacin de energa, de carga de piezomtrica (que en este caso es solo de carga a presin, porque el aparato est colocado horizontalmente) a carga de velocidad en el trayecto de la entrada hacia la garganta. Ocurriendo el proceso inverso, de la garganta hastalasalidadelventurmetro;estoesdebidoaqueeldimetronoesconstantea travs del venturmetro.Lo anterior implica que la velocidad tambin vara para cada seccin, esto se puede apreciar en la figura 1. Conanterioridadhemosdicho,quesolonecesitamosdoslecturaspiezomtricaspara determinar el caudal.El resto de tomas de las lecturas piezomtricas es para apreciar el proceso anteriormente expuesto. 5- DISTRIBUCION IDEAL Y REAL DE LAS PRESIONES Estas distribuciones estn expresadas por: gV Vh hnn22 211= (6) Donde: h1 =Lectura piezomtrica en la entrada. V1 =Velocidad en la entrada. Vn =Velocidad de una seccin cualquiera. 9 hn =Lectura piezomtrica en esa seccin cualquiera. Porrazonesdeclculoycomparacindelosresultadosexperimentalesconlos tericos,expresaremos(hn-h1)comounafraccindelacargadevelocidaddela garganta; es decir: 222 212212VV VgVh hn n= Sustituyendo V1 =f (V2, A2, A1)y Vn = f (V2, A2, A1) en la ecuacin anterior y efectuando las operaciones necesarias obtendremos: 222122212||.|

\|||.|

\|=nnAAAAgVh h(7) Donde: -El trmino de la izquierda de la ecuacin (7) representa el comportamiento realde la distribucin de la presin, expresada como fraccin de la carga de velocidad de la garganta. -El trmino de la derecha de la ecuacin (7) representa el comportamiento terico o idealdeladistribucindelapresinynodependedelaslecturasPiezomtricaso datos experimentales. 10 EQUIPO EMPLEADO a)Banco Hidrulico F1-10 b)Aparato medidor Venturi. c)Cronmetro. d)Nivel de mano. e)Agua. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1.Sereviselniveldelaguadentrodeltanque,laprofundidaddebeserla adecuada. 2.Seconectlamanguerasuplidoradelbancohidrulicoaltubodeentradadel Venturmetro,luegoseconectunamangueradedrenajealasalidadel Venturmetro y se dirigi al tanque pesador del banco hidrulico. 3.Se nivel el aparato por medio de los tornillos ajustables, haciendo uso del nivel de mano. 4.Se puso a funcionar la bomba del banco hidrulico. 5.Se abri la vlvula de control del aparato al mximo para expulsar el aire, luego seaumentagradualmenteelcaudalydisminuirloalmnimo,cuidandode mantener llena la tubera. 6.SecerrgradualmentelasvlvulasdecontroldelVenturmetroydelbanco hidrulicohastalograrunniveldeaguaestticaquedebeserigualentodoslos tubos piezomtricos. 7.Se abri gradualmente ambas vlvulas de forma tal, que la diferencia de lectura (h1 h2) sea la mxima posible. Se recomienda una diferencia de250 mm. 11 8.Seanotlasalturasdecadatubopiezomtricoyluegosedeterminelcaudal queproporcionalabombapormediodelaregletagraduadaquetieneelBanco hidrulico (Mtodo volumtrico). 9.Secerrgradualmenteambasvlvulasparavariarelcaudalyserepitielpaso (8) una vez ms. 10. Se repiti el paso (9) y solo se anot las lecturas piezomtricas de la entrada y de la garganta 5 veces. TABLA DE DATOS Lecturas piezomtricas Lectura N A (h1)B (h2)C (h3)D (h4)E (h5)F (h6) 125521617812095155 222820017213111347 Datos para Determinacin del caudal real y terico Lectura NV (lts.)t (s)h1h5h0 11076.2225595258 21092.15228113234 31092.2818170188 41084.5716652180 12 TABLA DE DIMETRO EN CADA PUNTO DEL VENTURMETRO Tubo Piezomtrico ABCDEF Dimetro (mm) 2513.918.810.71025 13 CLCULOS Frmulas a Utilizar -Velocidad Terica en la garganta.

(

)

-Caudal Terico.

(

)

-Caudal Real:

-Coeficiente de Descarga:

-Velocidad Experimental:

-Velocidad Real:

-Coeficiente de Velocidad:

-Distribucin Ideal (

)

14 -Distribucin Real

Clculos Matemticos

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

-Caudales Tericos en m3/s.

(

)

15

(

)

(

)

(

)

-Caudales Reales en l/s.

16 -Coeficiente de Descarga.

-Velocidad Experimental en la Entrada

(

)

(

)

(

)

(

)

17 -Velocidad Experimental en la Garganta

(

)

(

)

(

)

(

)

-Velocidad Real.

-Coeficiente de Velocidad en la Entrada

18

-Coeficiente de Velocidad en la Garganta

-Distribucin Ideal (

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

19 (

)

-Distribucin Real para la Lectura 1

-Distribucin Real para la Lectura 2

20

TABLAS DE RESULTADOS PosicinABCDEF rea490.87

151.75

109.35

89.92

78.54

490.87

LecturasLecturas Piezomtricas

Cd

TericoRealTericoReal 10.2550.0950.4

20.2280.1130.339

30.1810.0700.333

40.1660.0520.338

21 Coeficientes De Velocidad En La Entrada LecturaLecturas Piezomtricas

Cv

ExpReal 10.2550.2580.2420.2671.103 20.2280.2340.3430.7152.085 30.1810.1880.3700.9752.635 40.1660.1800.6261.3152.10 Coeficientes De Velocidad En La Garganta LecturaLecturas Piezomtricas

Cv

ExpReal 10.0950.2581.7870.2671.149 20.1130.2341.540.7150.464 30.070.1881.5210.9750.641 40.0520.1801.5841.3150.830 Distribucin Ideal Y Real De Presiones Como Fraccin De La Energa Cintica En La Garganta LecturaABCDEF 1Ideal0-0.358-0.558-0.713-0.8400 Real0-0.237-0.468-0.821-0.9730.018 2Ideal0-0.358-0.558-0.713-0.8400 real0-0.237-0.474-0.821-0.9730.050 22 DESEMPEO DE COMPRENSIN - Cules son las fuentes de error en el ensayo? Enesteensayeconsideramosquelasposiblesfuentesdeerrorsedeben principalmentepordosrazones:a.Enelmomentoderealizarlaslecturas piezomtricassepuedeincurrirenerroresdadoquelacolumnadefluidono permanecaconstanteyporendeesnecesariorealizarlasmedicionesdemanera rpida pero observando bien el valor y teniendo cuidado de no equivocarse de cual es la toma piezomtrica que se esta leyendo, ya que son 11 tomas y todas estn cerca una delaotra.b.Lasegundacausadeerrorcomoelexperimentoanteriorpodra presentarseenelmomentoenquesetomaronlaslecturascorrespondientesalos tiempos en lo que fluyen los valores de volumen a registrarse; esto se debe a la falta de habilidadde los practicantes en lo que concierne a la medida de los tiempos. - Qu efecto se tendra si el Venturmetro no estuviera horizontal? Enestecasosernecesarioconsiderarquelaalturadeposicinocargaestticano serialamismaenelaentradanienlagarganta,porlotantoalvariarelngulode inclinacin del dispositivo habr una variacin de altura la cual debe tenerse en cuenta al momento de efectuar los clculos. - Investigue,Culeselnguloincluidonominaldelaseccinconvergentedeun tubo Venturi? La entrada convergente tiene un ngulo incluido de alrededor de 21. - Investigue, Cul es el ngulo incluido nominal de la seccin divergente de un tubo Venturi? La expansin cnica o seccin divergente de este dispositivo oscila entre 7O y 15O. - Porquexisteestadiferenciaentrelosngulosdelasseccionesconvergentey divergente para un tubo Venturi? Para que la prdida sea mnima el dimetro debe variar gradualmente y no de forma brusca, por lo que es importante el valor de los ngulos. El valor para el cual la prdida decargaesmnimason13y7.Utilizandoestosnguloslalongituddeltubode 23 Venturi puede ser grande por lo que en ocasiones se pueden aumentar los ngulos con el fin de abaratar su fabricacin. - Qu otros medidores de caudal en conductos cerrados conoce? Placas de orificios: -Toberas -Tubos Pitot-Tubos Annubar -Medidores de rea variable -Medidores de placa -Medidores de pistn oscilante -Medidor de turbina -Rotmetro -Medidor de flujo laminar -Medidor de paletas deslizantes -Medidores de caudal electromagntica 24 - Explique,aquesedebequelaprdidatotalenelVenturmetrosea pequea? y Por qu el coeficiente de descarga no es constante? LacausaprincipaldequelaprdidaenelVenturmetroseapequease debe empleo de una contraccin lisa y gradual en la garganta y una extensin lisaygradualdespusdeesta.Elcoeficientededescargaestaen dependencia del dispositivo empleado, del material del que esta hecho y del nmero de Reynolds.- Cmo puede emplearse el tubo de Venturi para bombear un fluido? SielcaudalquecirculaporeltubodeVenturiessuficientementealto,el aumento de la velocidad del fluido en la garganta ser tal que provocar una cadadelapresinpordebajodelapresinatmosfrica.Enestas condicioneslapresinproducidaenlagargantadeltubodeVenturies suficiente como para aspirar fluidos del exterior que se encuentren a presin atmosfricaeincorporarlosalaconduccin.Lacantidaddefluidoaspirado depende del caudal que circula por el tubo de Venturi y puede predecirse. - Qupasarasilaalturadelaguaenelbancohidrulicosobrepasala altura estipulada por los requerimientos del equipo? Si esta altura del banco hidrulico sobrepasa lo estipulado probablemente la bomba no podra aspirar el agua hasta dicha altura. - Construya una tabla de conversin de unidades de caudal que contemple lasunidadesdevolumende:litros,m3 ygalonesversuslasunidadesde tiempo segundo, minuto, hora y da. lts/seglts/minm3/segGal/hrsGal/da lts/seg160.00.00100951.12022,826.948 lts/min0.016671 1.6667 x 10-5 15.8520380.449 m3/seg1,00060,0001951,12022,826,940 Gal/hrs 1.0514 x 10-3 0.06308 1.0514 x 10-6 124.00 Gal/da 4.3808 x 10-5 26.283 x 10-4 4.3808 x 10-8 0.041671 25 CONCLUSIONES Elequipoutilizadoestabaenperfectascondicionesparasumanejo, aunquealahoradetomarlasmedidasnoesmuypreciso,adems queenelmomentodeintroducirlaagujaseobservabafugadel lquido utilizado (agua). Elcoeficientededescarga(Cd)delVenturnnoesafectado,nohubo prdidasdeenerga,yhubounmejorcontroldelcaudalenel momento de llenado. 26 ANEXOS Banco Hidrulico F1-10Aparato medidor Venturi

CronmetroNivel de Mano