Prelaboratorio Practica 7

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Laboratorio de ingeniería II Practica 7: Determinación del caudal y la velocidad de un fluído mediante un tubo venturi y una placa de orificio Alumnos: Encinas Valencia Francisco Jesús Mariscal Hernández Cesar Martínez Trujillo Mario Rodríguez Rodríguez Acevedo Arturo Pons Taracena Manolo Hernández Cortes Giovanni Esteban

Objetivo 

Calcular la velocidad y el caudal de agua que circula por una tubería en régimen estacionario a partir de mediciones de caída de presión en un tubo Venturi y en una placa de orificio.

Fundamento teorico

Energía cinética 

Es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra E c o Ek



Y se calcula:

Energía potencial. 

 Es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada   en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra U o Ep



Para calcular:

m= masa  g= gravedad = 9.81 m/s²  h= altura 

Principio de Bernoulli 



Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:   

cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. 

Se calcula:



V= velocidad del fluido en la sección considerada.



p= densidad del fluido



P=presión a lo largo de la línea de corriente



g= aceleración gravitatoria Z=altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia





Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos: 

Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.



Caudal constante



Flujo incompresible, donde ρ es constante.



La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional

Un ejemplo de aplicación del principio se da en el flujo de agua en tubería.

La placa de orificio 

Una placa de orificio o diafragma consiste en un orificio calibrado ubicado dentro de un conducto. La vena fluida se contrae al atravesar el diafragma y adquiere el perfil mostrado en la figura.



La ecuación que permite el cálculo del caudal mediante el uso de un diafragma es:

Tubo Venturi 

Un tubo Venturi se conforma de una sección convergente cónica prolongada por un cuello cilíndrico y seguida de una sección divergente igualmente cónica.



La ecuación que permite el cálculo del caudal mediante el uso de un tubo Venturi es:

Unidad de dinámica de fluidos PIGNAT BDF/3000 

Objetivos pedagógicos 

Estudio experimental y teórico de la dinámica de los fluídos.



Estudio de las pérdidas de carga de los diferentes componentes de las redes hidráulicas :









Válvulas, codos, ensanchamientos y estrechamientos bruscos.



Canalizaciones de diferentes diámetros, longitudes y rugosidades.

Comparación de diferentes medidas del caudal : 

Caudalómetro a flotador.



Órganos deprimógenos (Venturi y diafragma ).



Llenado.

Comparación de los valores experimentales y teóricos : 

Cálculos teóricos de las pérdidas de carga.



Cálculos teóricos de los caudales a partir de la norma NF EN ISO 5167-1 para el tubo Venturi y el diafragma.

Visualización del régimen de derramamiento : experiencia de Reynolds.

Algoritmo de desarrollo experimental

General identificar cada una de las válvulas en el equipo de dinámica de fluidos PIGNAT BDF/3000.

Verificar que el tanque de almacenamiento de fluido del equipo PIGNAT BDF/3000 esté lleno con agua por lo menos a la mitad de su capacidad

purgar el conjunto de las canalizaciones y de los flexibles de toma de presión del transmisor antes de comenzar el estudio de las velocidades y caudales

Realizar la medición del caudal mediante el caudalímetro

Obtener mediciones de caída de presión mediante el tubo de Venturi para posteriormente calcular el caudal

Obtener mediciones de caída de presión mediante la placa de orificio para posteriormente calcular el caudal

Para purgar Abrir las válvulas V6 y V7.

Imponer el caudal máximo regulando éste con la válvula V1.

Abrir la válvula V1 dando solo una vuelta para evitar que el flotador se eleve bruscamente en el interior del caudalímetro.

Poner en funcionamiento la bomba

Abrir las válvulas V2, V3, V4 y V5.

Hacer circular el agua para eliminar las burbujas de aire en las diferentes canalizaciones.

Medición del caudal mediante el caudalimetro

Abrir las válvulas V6 y V7.

Poner en funcionamiento la bomba .

Elegir un caudal en el caudalímetro regulando éste con la válvula V1.

Anotar la indicación dada por el flotador.

Tubo Venturi: calculo del caudal

Medir las pérdidas de carga en el tubo de Venturi

Al concluir las mediciones, parar la bomba desde el tablero de mando y cerrar las válvulas V1 y V6.

Renovar esta toma de presión para diferentes caudales impuestos sobre el caudalímetro.

Placa de orificio: calculo del caudal Abrir la válvula V2.

Anotar la indicación dada por el flotador.

Al concluir las mediciones, parar la bomba desde el tablero de mando y cerrar las

Poner en funcionamiento la bomba.

Elegir un caudal en el caudalímetro regulando éste con la válvula V1

Medir las pérdidas de carga en el diafragma

Renovar esta toma de presión para diferentes caudales impuestos sobre el caudalímetro.

BIBLIOGRAFÍA: 

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1. Çengel Y. A., Cimbala J. M., Mecánica de fluidos: Fundamentos y Aplicaciones, McGraw Hill, 2012. 2. Munson B. R., Okiishi T. H., Huebsch W. W., Rothmayer A. P., Fundamentals of fluid mechanics, John Wiley & Sons, Inc., 2013.



3. White F. M. Mecánica de fluidos, McGraw-Hill Interamericana, 2008.



4. Crowe C. T., Elger D. F., Roberson J. A., Mecánica de fluidos, Editorial Grupo Patria, 2007.



5. Martínez A. C., Mecánica de fluidos, Editorial Thomson, 2006.



6. Darby R. Chemical Engineering Fluid Mechanics, Second Edition, M. Dekker Inc., 2001. 7. Nakayama Y., and Boucher R. F. Introduction to Fluid Mechanics, ButterworthHeinemann, 2000.





8. Bird R.B., Stewart W.T. y Lightfoot E.N. Transport Phenomena. 2a. Edición. John Wiley & Sons. 2000.