CALIBRACION DEL TUBO VENTURI Y ORIFICIO EN UNA TUBERIA O DIAFRAGMA.docx

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CALIBRACION DEL TUBO VENTURI Y ORIFICIO EN

CALIBRACION DEL TUBO VENTURI Y ORIFICIO EN UNA TUBERIA O

UNA TUBERIA O

DIAFRAGMA

YOHANA CASTILLO ALMANZA

LUZ M. HERRERA CESAR

PRESENTADO A:

ING. FEDERICO RISSO

ASIGNATURA:

LABORATORIO DE HIDRAULICA

GRUPO:

UNIVERSIDAD DE LA COSTA (CUC)

FACULTAD

– –

INGENIERIA Y CIENCIAS AMBIENTALES

PROGRAMA

– –

ING. CIVIL

– –

ING. AMBIENTAL

BARRANQUILLA

2014

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INDICE.

INTRODUCCION……….

3

OBJETIVOS……….4 

OBJETIVO GENERAL



OBJETIVOS ESPECIFICOS

FUNDAMENTOS TEOR

ICOS………

5 MATERIALES Y P

ROCEDIMIENTO………

8, 10

CALCULOS……….. 1

1 ANALIS

IS………..17

CONCL

USION……….18

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INTRODUCCIÓN.

En la historia se puede apreciar que la rama de la física que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de fluidos, quien a su vez tiene dos vertientes que son: hidrostática, que orienta su atención a los fluidos en reposo e hidrodinámica, la cual envuelve los fluidos en movimiento. La hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos a la resolución de problemas de ingeniería, tales como el flujo de fluidos en canales cerrados y/o abiertos y el diseño de turbinas, embalse, turbinas, etc.

El laboratorio es una ayuda didáctica de formación que consiste básicamente en fijar conceptos teóricos aprendidos durante el curso de hidráulica y mecánica de fluidos y que nos ayudan a resolver problemas de ingeniería, para lo cual es importante saber el manejo correcto y adecuado de muchos de los dispositivos utilizados para la medición de la velocidad del flujo o caudal. En este laboratorio aprenderemos la calibración del tubo venturi y el tubo Pitot.

El tubo Pitot es un medidor de flujo, es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. Su instalación simplemente consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería.

Un tubo de Venturi es una cavidad de sección por la que fluye un fluído y que en una parte se estrecha, teniendo ahora una sección

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OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL:

Desarrollar y evaluar medidores de caudal a través de los dispositivos (tubo venturi y tubo Pitot) y aplicar métodos matemáticos para el cálculo de la velocidad de una corriente de flujo utilizando el tubo Pitot y el efecto venturi.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

 Medir la velocidad de la corriente de un fluido a través del tubo Pitot.

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS.

Tubo Venturi:

Fig. 1 Tubo Venturi

Instrumento para medir caudal en una tubería. Es una sección de tubería insertada en la línea, que asemeja a una boquilla ya que tiene una porción convergente desde el diámetro interno de la tubería hasta una garganta, seguida nuevamente por una sección divergente desde la garganta hacia el diámetro interno de la tubería. Se utiliza un manómetro diferencial para calcular la diferencia de presión entre la posiciones 1 y 2.

El medidor venturi es uno de los dispositivos más precisos para medir el gasto en tuberías y tiene la desventaja de tener un costo elevado. Causa una muy baja pérdida de carga y, con las precauciones debidas, se puede usar para líquidos con determinadas concentraciones de sólidos. En la figura siguiente se muestran las partes que integran el medidor.

El tubo venturi se compone de tres secciones, como se muestra en la figura: 1. Entrada

2. Garganta 3. Salida

La sección de entrada tiene un diámetro inicial igual al diámetro de la tubería y una sección cónica convergente que termina con un diámetro igual al de la garganta: la salida consiste en una sección cónica divergente que concluye con el diámetro de la tubería.

Es esencial que el flujo entrando al venturi sea uniforme. Por lo tanto, un largo tramo continuo con tubería recta aguas arriba y aguas abajo de la localización del

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venturi es deseable para mejorar la precisión en la medición del flujo. Los requerimientos de tubería recta dependen del accesorio aguas arriba del medidor. El tubo venturi clásico puede construirse de cualquier material, incluso de plástico. En la figura (2.5) se aprecian las dimensiones de un tubo venturi y la ubicación de las tomas de presión.

Cuando el tubo venturi es pequeño (diámetros de 2 a 10 pulg) el medidor puede fabricarse mediante una pieza fundida. Para tamaños más grandes (diámetros de 8 a 48 pulg), su construcción se facilita mediante la soldadura de piezas separadas.

El tubo Pitot:

Fig. 2 Tubo Pitot.

El medidor Pitot está compuesto básicamente de dos tubos, uno de los cuales capta la carga de impacto o alta presión (suma de la carga dinámica y carga de presión) y el otro tubo capta la carga de referencia o baja presión. De la diferencia entre la carga de impacto y la carga de referencia o baja se obtiene la carga dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad del flujo en movimiento. Diseños alternativos se han desarrollado para medir la presión dinámica y difieren solo en los detalles de construcción del tubo Pitot tipo Cole, tipo simplex y el Pitot modificado.

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Se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica).

Tiene sección circular y generalmente doblado en L. Consiste en un tubo de pequeño diámetro con una abertura delantera, que se dispone contra una corriente o flujo de forma que su eje central se encuentre en paralelo con respecto a la dirección de la corriente para que la corriente choque de forma frontal en el orificio del tubo.

En consecuencia, es un medidor indirecto de caudal a través de la cuantificación de la velocidad del flujo utilizando la ecuación de continuidad, y puede utilizarse tanto en conductos libres como a presión.

Q = A x V

Q= es el gasto del flujo A= es el área transversal

V= es la velocidad del flujo

En su extremo inferior, el tubo Pitot cuenta con dos pequeños orificios en forma de gancho que están orientados a 180 grados uno del otro, los cuales se colocan uno a favor del flujo y el otro en contra de él.

Estos pequeños orificios cumplen la función de medir por un lado la carga de velocidad sumada a la carga de presión y por otro solamente la carga de presión del flujo en el tubo respectivamente.

La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión dentro del tubo de Pitot.

Para la exitosa medición del caudal en un conducto a presión, es necesario contar con algunos aditamentos, los cuales son necesarios tanto para la simple instalación del tubo Pitot, como para la correcta lectura del instrumento.

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MATERIALES



Banco hidráulico:

Es un equipo que está diseñado como mesa de trabajo en donde se pueden utilizar muchos equipos para diversas experiencias de laboratorio, donde es necesario el caudal. El equipo cuenta con dos depósitos volumétricos de diferentes tamaños para tomar la medida de pequeños y grandes caudales con una gran exactitud. El agregar los demás equipos al banco hidráulico es muy fácil y ágil.

Fig. 3. Banco Hidráulico.



Termómetro:

Es un instrumento de medición de la temperatura, el metal base para crear los termómetros es el mercurio encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada la cual puede dilatarse o expandirse debido a los cambios de temperatura. El mercurio es la base de los termómetros porque es una sustancia que no solo con el calor se dilata, sino que cuando llega a una temperatura promedio se mantiene estable por bastante tiempo, por eso es que se puede determinar la temperatura no solo de las personas sino también de vegetales y sustancias. La escala mas utilizada en el mundo para determinar la temperatura es la Celsius, aquella que mide grados centígrados.

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Fig. 4. Termómetro.



Cronometro:

el cronometro digital es un elemento muy utilizado en laboratorio, es una forma fácil de tomar los tiempos exactos con solo presionar un botón, en donde en su pantalla se observa la fracción que indica la unidad de medida y la cifra de tiempo que indica las mediciones máximas de tiempo transcurrido.

Fig. 5. Cronometro.



Calibrador:

También denominado cartabón de corredera, pie de rey, pie de metro, forcípula (para medir árboles) o Vernier, es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro). En la escala de las pulgadas tiene divisiones equivalentes a 1/16 de pulgada, y, en su nonio, de 1/128 de pulgada.

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PROCEDIMIENTO.

PROCEDIMIENTO #1: TUBO PITOT.

1.

Se tomo las medidas (diámetro interno y externo, longitud altura de nivel del agua y presión).

2.

Se instalo el tubo Pitot en la parte de debajo del simulador tubo cerrado.

3.

Se dejo fluir el agua, la cual comenzó a salir a través del tubo Pitot, se tomo

aforo cada 10 litros.

4.

Se tomo el tiempo en el que se aforo, se aumento el caudal midiendo así la altura del nivel del agua y presión del tubo Pitot con altura de 10 litros.

5.

Se tomaron nuevamente los tiempos de aforo y se promediaron.

PROCEDIMIENTO #2: TUBO VENTURI.

1.

Se instalo en el banco hidráulico el tubo para el efecto venturi, se vertió el agua en el tubo y se sacaron las burbujas de aire que se encontraban en los pilares del tubo o la simulación del tubo venturi.

2.

Se tuvieron en cuanta los pilares 1, 4 Y 8, se tomo la medida de volumen

3.

Se aumento el caudal y se repitió de nuevo la experiencia.

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CALCULOS.



Q1.

Q1 H 368 CV 366 t1 29,28 t2 29,25 V 10 Q1 0,341530055 Q1 0,341880342 0,341705198 

Q2.

Q2 H 380 CV 378 t1 28,97 t2 29,17 t3 29,12 V 10 Q2 0,345184674 Q2 0,342817964 Q2 0,343406593 0,343803077 

Q3.

Q3 H 331 CV 331 t1 34,5 t2 34,3 t3 34,52 V 10 Q3 0,289855072 Q3 0,29154519 Q3 0,289687138 0,290362467 Q promedio H 0,341705198 366 0,343803077 378 0,290362467 331

Grafica N°

y = 0,0001x1,3552 R² = 0,9593 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 320 330 340 350 360 370 380 390

Q Vs. H

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Q1 0,0001*X^1,3252 0,297871921 Q2 0,0001*X^1,3253 0,311183734 Q3 0,0001*X^1,3254 0,259938673

Calculo de Error

|

_{ |}

Caudal

exp.

Caudal

Teo.

0,3417052

0,29787192

0,34380308

0,31118373

0,29036247

0,25993867 Error 1 14,7154779 Error 2 10,48234206 Error 3 11,70421988

MINIMOS CUADRADOS.

Q

H

Log Q

Log h

Log

Q*Log h

(Log h)^2

0,3417052

366 -0,4663484 2,5634811 -1,1954753 6,5714353

0,3438031

378 -0,4636902 2,5774918 -1,1951578 6,643464

0,2903625

331 -0,5370595 2,519828 -1,3532976 6,3495331 ∑ -1,4670982 7,6608009 -3,7439308 19,564432 Log K (b) 0,000666221 m -0,191625009 Q1 0,323176024

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Grafica N° 2.

Q1 0,323176024 E1 3,43535E-16 Q2 0,321184316 E2 1,72833E-16 Q3 0,32946111 E3 0

TUBO VENTURI

Q1 h1 285 h4 60 t1 26,49 Q1 0,18875047 t2 26,5 Q1 0,18867925 t3 26,94 Q1 0,18559762 t4 26,93 Q1 0,18566654 V 5 Q Prom. 0,187173471 H 225 Q2 h1 250 h4 50 t1 28,54 Q2 0,17519271 y = 1,3552x - 3,9497 R² = 0,9593 -0.55 -0.54 -0.53 -0.52 -0.51 -0.5 -0.49 -0.48 -0.47 -0.46 -0.45 2.51 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56 2.57 2.58 2.59

Log Q Vs. Log H

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t2 28,51 Q2 0,17537706 t3 28,5 Q Prom. 0,175284886 V 5 H 200 Q3 h1 206 h4 79 t1 34,75 Q3 0,14388489 t2 34,73 Q3 0,14396775 V 5 Q Prom. 0,143926322 H 127 Q4 h1 170 h4 99 t1 48,64 Q4 0,10279605 t2 48,62 Q4 0,10283834 V 5 Q Prom. 0,102817195 H 71 Q5 h1 139 h4 120 t1 128,99 Q5 0,03876269 t2 128,98 Q5 0,0387657 V 5 Q Prom. 0,038764197 H 19

Q

∆H ∆H

H

Q1

h1 - h4 285 - 60 225

Q2

h1 - h4 250 - 50 200

Q3

h1 - h4 206 - 79 127

Q4

h1 - h4 170 - 99 71

Q5

h1 - h4 139 - 120 19

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Q Prom H 0,187173471 225 0,175284886 200 0,143926322 127 0,102817195 71 0,038764197 19 Grafica N° 3. ERRORES Q1 0,197712572 Error 1 5,330516299 Q2 0,183436576 Error 2 4,443873734 Q3 0,137401305 Error 3 4,748875424 Q4 0,094906561 Error 4 8,335181782 Q5 0,041021493 Error 5 5,502714943 MINIMOS CUADRADOS

Q H Log Q Log h Log Q*Log h (Log h)^2 0,197712572 225 -0,70396571 2,35218252 -1,655855846 5,5327626 0,183436576 200 -0,73651406 2,30103 -1,694740954 5,29473904 0,137401305 127 -0,86200914 2,10380372 -1,813498042 4,4259901 0,094906561 71 -1,02270376 1,85125835 -1,89328888 3,42715747 0,041021493 19 -1,38698853 1,2787536 -1,773616583 1,63521077 ∑ -4,71218122 9,88702818 -8,831000306 20,31586 y = 2803.4x1.5557 R² = 0.99 0 50 100 150 200 250 0 0.05 0.1 0.15 0.2

H

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Log K 0,099257665 m -0,037863648 Q1 1,023753632 Q2 1,028329458 Q3 1,04616451 Q4 1,069454401 Q5 1,124189151 Grafica N° 4. ERRORES Q1 1,023753632 E1 2,16893E-16 Q2 1,028329458 E2 0 Q3 1,04616451 E3 2,12246E-16 Q4 1,069454401 E4 0 Q5 1,124189151 E5 0 y = 0.6363x - 2.2007 R² = 1 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5

Q

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ANALIS DE RESULTADOS.

Para una mejor comprensión y entendimiento de la experiencia es necesario

conocer el principio de funcionamiento y la forma de operación del tubo de Venturi y de Pitot.

Se puede notar que a medida que el caudal aumenta existe un aumento en la diferencia de altura, esto se puede observar con más facilidad en una curva de calibración del equipo.

Se pueden observar los caudales experimentales, obtenidos mediante la integración numérica del perfil de velocidades dado por el tubo Pitot, y los caudales teóricos en función de las caídas de presión registradas en el medidor de Venturi. En ambos casos, se sigue la tendencia esperada, en lo que respecta a que los caudales deben disminuir al disminuir la caída de presión (pues la caída de presión es proporcional al cuadrado del caudal).

Se puede verificar que para diferentes caudales se obtienen densidades distintas, esto porque cuando aumenta el caudal aumentan las caídas de presión y por ende aumenta la densidad, ya que esta es directamente proporcional, además se puede decir que la velocidad se hace mayor a medida que se acerca al centro de la tubería ya que cerca de las paredes adyacentes a esta, existe fricción disminuyendo la velocidad y a medida que se acerca al centro de la tubería este efecto disminuye incrementando la velocidad.

La curva de calibración del tubo de venturi presenta un comportamiento lineal, cumpliéndose y ajustándose a lo esperado, obteniéndose un valor de R2 = 0.9, lo cual da una idea que los datos obtenidos experimentalmente están muy bien ajustado a una recta. Esta curva de calibración ajustada es una recta que pase por el origen ya que se puede afirmar que existe una proporcionalidad entre el caudal del aire y la raíz cuadrada de la altura del líquido manométrico se puede verificar que para diferentes caudales se obtienen densidades distintas, esto porque cuando aumenta el caudal aumentan las caídas de presión y por ende aumenta la densidad, ya que esta es directamente proporcional, además se puede decir que la velocidad se hace mayor a medida que se acerca al centro de la tubería ya que cerca de las paredes adyacentes a esta, existe fricción disminuyendo la velocidad y a medida que se acerca al centro de la tubería este efecto disminuye incrementando la velocidad.

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CONCLUSION.

De la practica anterior se puede concluir que el tubo venturi y el regulador Pitot, son herramientas practicas de las más utilizadas cuando se refiere a hallar la velocidad de la corriente de un tubo

Por otra parte se puede decir que, el tubo venturi tiene mucha aplicabilidad tanto en la tecnología como en nuestro diario vivir, ya que es utilizado como limpiador del ambiente. De igual manera se puede decir que gracias a la utilización del tubo Pitot hoy en día podemos movernos en trayectos largos a menor tiempo, ya que el tubo Pitot es utilizado en las alas de los aviones, ya que la diferencia de presión existente entre el suelo y el aire le permite que se mantenga en el aire.

En general el tubo venturi y el Pitot son dos dispositivos utilizados como herramienta que se emplean de forma diferente pero con un mismo objetivo medir presiones y velocidades de un flujo respectivamente.

Los caudales teóricos son mayores que los experimentales debido a que no se mide la caída de presión existente en la sección transversal de la tubería y el equipo empleado no es el adecuado.

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BIBLIOGRAFIA.

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peP4OlbPs9w&hl=es&sa=X&ei=KCH0U-fOFK7lsASEm4CgBg&ved=0CCwQ6AEwAzgo#v=onepage&q=tubo%20pito t&f=false>[Consultado 20 de agosto de 2014].

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MECANICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA

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