1

Introducción

El presente informe se realizo para presentar los resultados obtenidos en el laboratorio,

siendo la Cuarta práctica de laboratorio de hidráulica Ι, la cual tiene como nombre

Venturimetro. Esta practica fue realizada el Martes 18 de Septiembre del 2012, de 8:00

am-10:00am en el Recinto Universitario Ricardo Morales Avilés (RURMA).

En esta práctica utilizaremos el Venturimetro y también con ayuda del Banco Hidráulico

mediremos Caudales. El Venturimetro se basa de la ecuación de Bernoulli la cual afirma

que la velocidad en la parte estrecha de la canalización tiene que ser mayor que en la ancha,

y por estar ambas a la misma altura, la presión en la parte ancha es mayor que en la

estrecha. Por tanto, cuando un fluido incrementa su velocidad sin variar de nivel, su presión

disminuye.

En esta práctica utilizaremos como fluido el agua y evaluaremos con El Ventirimetro la

medición del Caudal el cual se utilizaran diversas ecuaciones para su evaluación .

2

Objetivos

Objetivo General:

Medir Caudales con Ayuda de El Venturimetro.

Objetivos Específicos:

Determinar el coeficiente de descarga del Venturimetro

Aplicar la Ecuación de Bernoulli y la Ecuación de Continuidad.

Medir Caudales con el Deposito Volumétrico del Banco Hidráulico

3

Generalidades

VENTURIMETRO

Es un tipo de boquilla especial, seguida de un cono que se ensancha gradualmente,

accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es

por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable.

EFECTO VENTURI

Fenómeno que se produce en una canalización horizontal y de sección variable por la que

circula un fluido incompresible, sin viscosidad y si la circulación se lleva a cabo en régimen

permanente.

De acuerdo con el teorema de Bernoulli, la velocidad en la parte estrecha de la canalización

tiene que ser mayor que en la ancha, y por estar ambas a la misma altura, la presión en la

parte ancha es mayor que en la estrecha. Por tanto, cuando un fluido incrementa su

velocidad sin variar de nivel, su presión disminuye.

Aplicaciones de este fenómeno son la trompa de agua, que es un aparato utilizado en los

laboratorios para hacer el vacío, los tubos de Venturi, que se emplean para medir caudales y

crear depresiones locales, los pulverizadores y el mechero Bunsen.

Tubo de Venturi

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 trabajo 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.

La función básica del tubo Venturi consiste en producir un estrangulamiento en la sección

transversal de la tubería, el cual modifica las presiones en las secciones aguas arriba y en la

garganta, las cuales son presiones reales. De manera que a partir de la ecuación de

Bernoulli es posible obtener la velocidad teórica en dicha garganta, que al multiplicarla por

su área permite determinar la descarga teóric (caudal). Para determinar el caudal teórico,

solo necesitamos dos lecturas piezométrica, la de la entrada y la de la garganta. Los tubos

piezométricos a través de todo el Venturímetro nos indican el comportamiento de la

distribución de las presiones a través del mismo.

4

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:

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 a la variación del peso

específico g con la presión. La reducción algebraica de las ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

Pero . Por consiguiente tenemos,

(3)

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 h1 e introduciendo un coeficiente de descarga C:

5

(4)

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:

(5)

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

del medidor. La figura 2 muestra una curva típica de C versus 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:

(en la tubería principal)

donde se define como el coeficiente del diámetro de la garganta y el diámetro de la

sección de la tubería principal. Esto es, .

Para un Tubo Vénturi maquinado, se recomienda que C = 0.995 para las condiciones

siguientes:

(en la tubería principal)

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.

6

Material y Equipo a Utilizar

Agua

Banco Hidráulico (F1-10)

F1-15 Aparato Medidor Venturi

Cronometro

Procedimiento Experimental

1. Se puso el aparato de la ecuación de Bernoulli sobre el banco hidráulico para que la base

este horizontal; esto es necesario para que la medida de las alturas piezométricas sean

exactas.

2. Se aseguro que el tubo de salida de equipo se posiciona sobre el tanque volumétrico para

facilitar las colecciones de volumen cronometradas.

3. Se conecto la entrada del equipo al suministro de flujo de banco; cierre la válvula del

banco y la válvula de control de caudal de aparato y encienda la bomba.

4. Se abrió Gradualmente la válvula del banco para llenar el equipo de la prueba con agua.

5. Con el fin de sacar el aire de los puntos de la toma de presión del manómetro, se cerro

tanto la válvula del banco como la válvula de control de caudal del equipo y se abrio el

tornillo de purga.

6. Se Quito la tapa de la válvula de aire adyacente. Se conecto una longitud de tubería de

pequeño diámetro de la válvula de aire al tanque volumétrico.

7. Ahora, Se abrió la válvula del banco para permitir que fluya el caudal a través de los

tubos del manómetro para purgar todo el aire de ellos.

8. Luego, Se apretó el tornillo de purga y se abrio parcialmente la válvula del banco y la

válvula de control de caudal del aparato de prueba.

9. Luego, se abrió el tornillo de purga ligeramente para permitir que el aire entre en la parte

superior de los manómetros (Puede que necesite ajustar ambas válvulas para lograr esto).

10. reapriete el tornillo cuando los niveles del manómetro alcancen la altura adecuada. El

volumen máximo del flujo de caudal será determinado por la necesidad de tener las

máximas (h1) y mínimas (h5), ambas lectura en la escala del manómetro. Si se requiere, los

niveles del manómetro pueden ser ajustados mas allá usando el tornillo de purga y la

bomba de mano proporcionadas. El tornillo de purga controla el flujo de aire a través de la

7

válvula de aire, así que cuando se use la bomba de mano el tornillo de purga debe estar

abierto. Para mantener en el sistema la presión de la bomba de mano, el tornillo debe

cerrarse después de bombear.

11. Se Anoto las alturas de cada tubo piezométrico y luego se determin0 el caudal que

proporciona la bomba por medio de la regleta graduada que tiene el banco hidráulico

(Método volumétrico).

12. Se Cerro gradualmente ambas válvulas para variar el caudal y repita el paso (11) una

vez más.

13.Se Repitio el paso (12) y solo se anotaron las lecturas piezométrica de la entrada (h1) y

de la garganta (h5) por lo menos 8 veces.

14.Se midió la de la carga total de presión (h0) atravesando la sonda de presión total en las

secciones “A “y “E” de la sección de prueba.

Formulas a Utilizar para la Realización de la Memoria de

Calculo

h= P2/γ

V1= A2/A1*V2

V2= A1/A2*V1

V2= √2g(h1-h2)/ 1-(A2/A1)²

Donde:

h1: Es la lectura de la altura del piezómetro de la entrada

h2: Es la lectura de la altura del piezómetro de la garganta

A1: Área de la entrada

A2: Area de la garganta

8

Datos Recopilados:

LECTURA VOLUMEN LST TIEMPO(SEG) HI(MM) H2(MM)

1 2 10 200 20 2 2 11 180 55 3 2 15 155 65 4 2 18 125 60 5 2 20 95 50

Memoria de Cálculo

CALCULO DE AREA.

A1=𝜋𝑑²

2

A₁=4.4179x10−³

A₂=7.854x10−⁵

CALCULO DEL CAUDAL REAL.

Q=𝑣

𝑡

Q₁=2

10= 0.2𝑙/𝑠

Q₂=2

11= 0.1818𝑙/𝑠

Q₃=2

18= 0.1333𝑙/𝑠

Q₄=2

18= 0.1111𝑙/𝑠

Q₅=1

20= 0.05𝑙/𝑠

CALCULO DEL CAUDAL TEORICO.

9

Qt=√2𝑔(ℎ1−ℎ2)

1−𝐴₂

𝐴₁

Qt₁=0.1476l/s

Qt₂=o.1220l/s

Qt₃=0.1055l/s

Qt₄=0.0921l/s

Qt₅=0.0754l/s

CALCULO DEL COEFICIENTE DE DESCARGA.

Cd=𝑄𝑅

𝑄𝑇

Cd₁=1.35

Cd₂=1.49

Cd₃=1.26

Cd₄=1.21

Cd⁵=0.66

10

Tabla de Resultados:

lectura Areas A1 A2 Cd

Lecturas piezometricas. Caudal(m³/s) Caudal lps

H₁(m) H₂(m) H₃(m) Real Teorico Real Teorico

1 0.2 0.02 0.18 2x10−⁴ 1.47x10-⁴ 0.2 0.1476 1.35

2 0.18 0.057 0.123 1.81x10-⁴ 1.22x10-⁵ 0.1818 0.1220 1.49

3 0.155 0.063 0.092 1.33X10-⁴ 1.05x10-⁴ 0.1333 0.1055 1.26

4 0.12 0.05 0.07 1.11x10-⁴ 9.20x10-⁵ 0.1111 0.0921 1.21

5 0.095 0.048 0.047 5x10-⁵ 7.54x10-⁵ 0.05 0.0754 0.66

11

Conclusión

Como se puede apreciar en la tabla de resultados se calcularon los caudales

por medio del Venturimetro el cual varia con respecto al tiempo el volumen

del agua, así como también se medido la taza de flujo de descarga, es decir la

cantidad de volumen que está pasando atreves de una tubería en una unidad de

tiempo. Estos caudales varían con respecto a las alturas de presión.

12

Cuestionario:

1. ¿Cuáles son las fuentes de error?

Las principales fuentes de error son la imprecisión de las lecturas

piezometricas y de tiempo.

2. ¿Qué efecto tendría si el Venturi metro no estuviera horizontal?

Puede incluirse la necesidad de energía en el sistema debido a su ángulo de

inclinación y las alturas piezometricas variarían mucho más.

3. Investigue. ¿Cuál es el ángulo incluido nominal de la sección convergente y

divergente de un tubo de Venturi? Explique porque existe esta diferencia

El tubo de Venturi típico tiene una admisión cilíndrica de cono convergente

y una garganta de cono divergente. El cono convergente tiene un ángulo de

21 grados y el divergente de 7 a 8 grados.

La ventaja del tubo de Venturi esta en que solo pierde un 10%-20% de la

diferencia de presión entre la entrada y la garganta esto se da por el cono

divergente que desacelera la corriente, la relación que existe entre los

distintos diámetros que tiene el tubo ya que a través de ellos se obtendrá la

presión deseada en la entrada y salida del mismo para que pueda cumplir por

la que fue construido.

4. ¿Qué otros medidores de caudal en conductos cerrados conoce?

Medidor de orificio y tubo de Pitote.

5. ¿Por qué el coeficiente de descarga (cd) no es constante? Explique a que se

debe que la pérdida total en el Venturimetro sea pequeña.

Porque depende de la relación A1/A2 el tipo de transmisión, la velocidad y

la viscosidad del fluido.

6. ¿Cómo puede usarse el tubo de Venturi para bombear fluidos?

El tubo es un medidor de área constante de caída de presión variable. La

energía necesaria para bombear un líquido a través de una tubería depende

de una multitud de factores tales como: la fricción creada en cambios de

área, uniones de tubería, cambios de dirección y rozamientos para el

transporte del líquido.

7. ¿Qué pasaría si la altura del agua en el banco hidráulico sobrepasa la altura

estipulada por requerimientos del equipo?

Entonces el caudal que pasa seria demasiado y la presión seria muy grande,

las alturas piezometricas se elevarían mas allá del máximo causando

derramamiento del fluido.