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5/24/2018 Informe Lab 3 Fluidos
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Universidad de La Serena
Departamento de ingeniera mecnicaArea termofluidos - mecnica de
fluidos I
Medicin de caudalesLaboratorio N3
Carlos Bolados [email protected]
Resumen
En la experiencia desarrollada se realizaron mediciones de
caudal del agua que circulaba
por una tubera de dimensiones conocidas, esta tubera estaba
intervenida con un tubo de
Venturi y placa aforo, se midi el caudal de manera experimental
para luego determinar
de manera terica los coeficientes de velocidad y caudal
utilizando las mismas
expresiones para el calculo en tubo de Venturi y en placa
aforo.
mailto:[email protected]
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Introduccin
La medicin de caudales es de gran
importancia es varios aspectos de la vida
que comnmente se lleva, como por
ejemplo en la determinacin del caudal
consumido por un hogar para su posterior
determinacin econmica, es por esto que
estas mediciones deben ser lo mas precisa
posible.
En el siguiente laboratorio se
desarrollaron expresiones matemticas
para determinar el caudal transportado de
manera terica en tuberas intervenidascon un tubo de Venturi y
una placa aforo,
posteriormente estos resultados sern
contrastados con los resultados obtenidos
de manera experimental en el laboratorio
mediante la medicin del caudal real.
Objetivos
-Determinacin del coeficiente de caudal
para distintas presiones en tubo de
Venturi y placa aforo.
-Determinacin del coeficiente de
velocidad para distintas presiones en
placa aforo.
-Anlisis de los resultados y
determinacin de la relacin entre estos y
el numero de Reynolds en tubo de Venturiy placa aforo.
Alcance de la experiencia
Se realizaron cinco mediciones de
caudales a diferentes presiones en la
tubera intervenida con el tubo de Venturi
y cinco mediciones de caudales a
diferentes presiones en la tubera
intervenida con la placa aforo,
posteriormente con los datos obtenidos se
determinara tericamente los valores de
los coeficientes de velocidad y los
coeficientes de caudales para cada
medicin.
Revision bibliografica
-Frank M. White (Mecnica de fluidos)
-Merle C. Potter (Mecnica de fluidos)
-ht tp: / /proton.uct ing.udg.mx/dpto/
maestros/mateos/clase/Modulo_05/
detectores/venturi/
-http://www.monografias.com/trabajos6/
tube/tube.shtml
Recopilacin de inters
Para la medicin de caudales existen
diferentes tipos de instrumentos, en la
actualidad y gracias al desarrollo
tecnolgico existen instrumentos que no
son intrusivos en las mediciones
realizadas, por ejemplo
Caudalmetro ultrasonicolas ventajas de este caudalmetro son:
que
no ocasiona perdida de carga, no tiene
partes mviles, es ideal para la medicin
http://www.monografias.com/trabajos6/tube/tube.shtmlhttp://proton.ucting.udg.mx/dpto/maestros/mateos/clase/Modulo_05/detectores/venturi/
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de materiales txicos, su rango de
medicin es muy amplio, en tuberas de
gran tamao es el medio mas econmico
y casi el nico, no requiere de instalacin
compleja, no es intrusivo ya que se puede
medir a travs de cualquier material sin
cortar. Las desventajas de estos seria que
para la medicin en tuberas pequeas es
bastante caro ya que bordean los 10.000
dlares, su precisin no es muy alta.
Caudalmetro electromagnticoLas ventajas de estos serian: no
generan
perdida de carga, pueden ser usados tanto
para flujos laminares como turbulentos, es
apto para la medicin de barros, puede
medir caudales bi-direccionales, no tiene
partes mviles por lo que sumantenimiento es de bajo costo,
su
precisin es relativamente alta. Las
desventajas de estos aparatos es que si el
fluido a medir produce depsitos sobre
los electrodos las mediciones podran ser
errneas.
Marco teorico
Flujos compresibles: Son aquellos en
donde la densidad del fluido no se
considera constante como por ejemplo elvapor o el aire.
Flujo incompresible: son aquellos en
donde la densidad del fluido puede
considerarse constante como lo son la
mayora de los lquidos.
Coeficiente de caudal:
Donde:
Qr = caudal real
Ao= area de la garganta del Venturi o del
aforo.(h1-h2)= diferencia de altura en las
presiones
Coeficiente de velocidad:
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Descripcin del experimento
Instrumentos utilizados:Tubo de Venturi: instrumento
utilizado
tanto para medir flujos compresibles
como los incompresibles, consta de 3
partes, una convergente, una garganta y
otra divergente, se mide la diferencia de
presiones con un manmetro diferencial
entre la parte uno que es antes de que
comience el estrechamiento de la tubera
y la parte dos que es el la garganta o
seccin mnima del Venturi.
Placa aforo: es una placa con un orificio
circular concntrico a la tubera en el cual
se genera una disminucin abrupta del
rea transversal generando una diferencia
de presiones entre la seccin 1 y la
seccin 2, esta diferencia de presiones se
mide con un manmetro diferencial.
Pasos del experimento:-Verificar que las conexiones del Loop
hidrulico estn ajustadas.
-Medir la geometra del deposito para
conocer el caudal real y verificar los
radios del tubo de Venturi y de la placa
aforo.
-Abrir la llave hasta que se forme un flujo
permanente.
-Cerrar la salida del flujo del deposito y
comenzar a medir el volumen y le tiempo.
-Repetir las mediciones 5 veces condiferentes cadas de presin
indicadas en
el manmetro diferencial y a diferentes
volmenes.
Presentacin de los resultados
Dimensiones de los instrumentos
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Coeficiente de caudal vs N de Reynolds en tubo de venturi
CoeficientedecaudalCq
1,6
1,663
1,725
1,788
1,85
1,913
1,975
2,038
2,1
N de Reynolds
3250 6500 9750 13000 16250 19500 22750 26000
Coeficiente de velocidad VS N de Reynolds en tubo de venturi
Coeficientedevelocidad
Cv
1,500
1,563
1,625
1,688
1,750
1,813
1,875
1,938
2,000
N de Reynolds
0 3250 6500 9750 13000 16250 19500 22750 26000
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Coeficiente de caudal VS Reynolds en placa aforo
Coeficientede
caudalCq
1,450
1,488
1,525
1,563
1,600
N de Reynolds
0 3750 7500 11250 15000 18750 22500 26250 30000
Coeficiente de velocidad VS N de Reynolds en placa aforo
Co
eficientedevelocidad
Cv
1,41
1,425
1,44
1,455
1,47
1,485
1,5
1,515
1,53
N de Reynolds
0 3750 7500 11250 15000 18750 22500 26250 30000
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Discusin de los resultados
Lo primero que se nota al graficar los
resultados obtenidos tericamente del
coeficiente de velocidad y el coeficiente
de caudal es que no presentan una
tendencia clara lo que podra indicar un
error en la toma de los datos en el
laboratorio o un defecto en las maquinas
utilizadas, ya que en ninguno de los dos
trabajos (venturimetro y placa aforo) se
presenta una tendencia, tambin se hace
evidente la existencia de un error en que
el coeficiente de velocidad debera tomarvalores entre 0.95 y un
poco mas que 1,
por el contrario los valores del Cv
calculados con los datos tomados oscilan
aproximadamente entre 1,5 a 1,9.
Cabe destacar que al momento de
comenzar la experiencia se tuvieron
problemas con el manmetro diferencial,
ya que este presentaba una mala conexin
con las mangueras y uno de los tubos por
donde se apreciaba la presin en el agua
se mantuvo esttico en las primeras
mediciones por lo que tuvieron que
repetirse y comenzar la experiencia
nuevamente, lo que hace suponer que el
error podra darse en la toma de los
valores de h1 y h2, este mismo problema
se aprecio en la experiencia N4 deDETERMINACION EN LA
PERDIDA
DE CARGA, en donde uno de los tubos
que mostraba la presin en el manmetro
se mantuvo esttico durante toda la
experiencia y posiblemente tambin haya
error en la toma de datos de dicho
laboratorio, se presume que el problema
se da por la mala mantencin de los
aparatos, una de las posibles causas puede
ser que debido a la mala mantencin de
los venturimetros y las placas aforo estas
generan una capa de hongos en sus
canales por lo que podran estar tapadas y
alterar los datos obtenidos.
La tendencia que se esperaba en esta
experiencia era que al aumentar el caudal
real medido directamente aumentara
tambin el coeficiente de caudal debido a
las diferencias de presiones, es decir, queexistiera una
proporcionalidad directa
entre Cq y Qr, tendencia que no pudo
apreciarse.Se esperaba el mismo comportamiento
entre el coeficiente de velocidad y el
caudal real pero tampoco pudo ser
apreciado debido a los posibles errores
anteriormente mencionados.
Tampoco se puede apreciar la tendencia
clara entre los coeficiente de caudal y
velocidad y el numero de Reynolds ya
que al aumentar este hacia un flujo mas
turbulento los coeficientes aumentan y
disminuyen sin una tendencia fija.
Se aconsejara repetir las mediciones.
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Conclusiones
Si las conclusiones dependieran de los
datos obtenidos en laboratorio se podra
decir que no existe una relacin clara
entre el coeficiente de caudal y el numero
de Reynolds ni entre el coeficiente de
velocidad y el numero de Reynolds ya
que al graficar ambos valores obtenidos
se dispersan de manera prcticamente
aleatoria en el mapa lo que supondra que
estos valores no dependen entre si.
En el caso de que los datos obtenidos
estuvieran correctos se podra concluirentonces que que el caudal
depende
principalmente de la presin de altura del
fluido y del volumen que se desee medir
cada vez, esto explicara la arbitrariedad
de los resultados obtenidos, ya que en el
caso del tubo de Venturi al disminuir la
altura de presin la velocidad va
disminuyendo casi sin percibirse, lo
mismo ocurre en la placa aforo, por lo
tanto los dos coeficientes disminuirn.
Se puede concluir independiente de los
datos obtenidos que las mantenciones a
los equipos en el momento adecuado es
de vital importancia para una toma de
datos fidedignas sobre los cuales se pueda
analizar el comportamiento de los fluidos
en base a los parmetros solicitados.
Trabajos de investigacin
Manmetro diferencial de raz
cuadrada para flujos cerrados
(medidor de presin): Son manmetros
a los cuales se le incorpora un convertidor
de raz cuadrada y en los cuales se puede
determinar el caudal mediante la siguiente
expresin :
Q=K"(h) ; donde h es la diferencia entre
las alturas que midan los manmetros.
Tubo de Pitot y Tubo de Prandtl:
Tubo de pitot: se utiliza para calcular la
presin total, tambin denominada
presin de estancamiento, generalmente
se utiliza para medir la presin del viento
en aparatos areos.
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Tubo de Prandtl: este instrumentos
funciona como la combinacin entre un
tubo de Pitot y un tubo piezomtrico, en
donde en el primero se mide la presin
total, en el segundo la presin esttica y
en el tubo de Prandtl se mide la diferencia
entre las dos.
Anemmetros: es un aparato
meteorolgico que se usa para la
prediccin del clima y, especficamente,
para medir la velocidad del viento.
Anemometro
caudalmetros electromagnticos:
Aplicamos un campo magntico a una
tubera y medimos la diferencia de
potencial de extremo a extremo de un
dimetro de la tubera. Este sistema es
muy poco intrusivo pero solo funciona
con lquidos que tengan algo de
conductividad elctrica.
caudalmetros ultrasnicos: consiste en
medir la diferencia entre el tiempo que le
toma a dos seales atravesar una misma
distancia, pero en sentido contrario
utilizando como medio un fluido.
Rotmetros: medidor de caudal en
tuberas de rea variable, de cada de
presin constante.
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Canales: construccin destinada al
transporte de fluidos y que, a diferencia
de las tuberas, es abierta a la atmsfera.
Tambin se utilizan como vas artificiales
de navegacin.
Toberas:es un dispositivo que convierte
la energa trmica y de presin de unfluido en energa cintica. El
fluido sufre
un aumento de velocidad a medida que la
seccin de la tobera va disminuyendo, por
lo que sufre tambin una disminucin de
presin y temperatura al conservarse la
energa. Diagrama de una tobera
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Vertederos de pared delgada y gruesa:
es una estructura hidrulica destinada a
permitir el pase, libre o controlado, del
agua en los escurrimientos superficiales,
los vertederos de pared delgada se
utilizan para la medicin de caudales de
dios generalmente mientras que los
vertederos de pared gruesa se utilizan a
modo de diques o presas para mantener
los niveles de las represas.
Vertederos triangular y rectangular
para flujos a la presin atmosfrica:
para medir caudales muy pequeos, se
obtiene mejor precisin utilizando
aliviaderos de pared delgada de seccin
triangular, para todos los otros casos es
recomendable utilizar los vertederos de
seccin rectangular en la medicin de
caudales.
Limnmetros: es un instrumento que
permite registrar y transmitir la medida de
la altura de agua o de nieve (en un punto
determinado) de un ro, una cuenca.
