INFORME TÉCNICO

Huancayo,10 de noviembre del 2011

INFORME : LABORATORIO DEAGREGADOS

INTEGRANTES :

FLORES OCHOA, JOEL IVAN

BREÑA SARAVIA ,JHOJAN JOEL

,HOSLER

EJECUTOR: LABORATORIODE LA UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

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RESUMEN:

ME ES GRATO DIRIGIRME A USTED INGENIERO MANUEL ERQUINIO LEON CON EL MÁS CORDIAL

SALUDO, PARA INFORMARLE ACERCA DE LAS PRUEBAS DE PERDIDAS EN TUBERIAS REALIZADOS EN LA

UNIVERSIDAD.

DESPUES DE HABER TERMINADO ESTAS PRUEBAS CORRECTAMENTE ME ES IMPORTANTE INFORMARLE

SOBRE EL ENSAYO CUMPLIENDO LAS FORMULAS DADAS EN EL REGLAMENTO.

MEDIDA DEL CAUDAL CON VENTURI

1. INTRODUCCIÓN El caudal que circula por una instalación se puede determinar de forma simpleimponiendo un

estrechamiento en la sección de paso, de modo que se genere unareducción de presión, tanto más

acusada cuanto mayor es el caudal circulante. Dentrode esta categoría de caudalímetros se encuentran

el tubo Venturi.

En esta práctica se utilizarán ambos tipos de medidores paracomprobar el caudal deagua que circula

por un circuito simple. La prácticase completará con la medida de las pérdidas de carga singulares

habidas en doselementos de ese circuito (un codo y una expansión brusca), que también aumentan

conel caudal circulante. En todos los casos se considerará flujo incompresible yestacionario.

2. Tuvo Venturi

El principio del tubo Venturi se debe al físico italiano Giovanni Battista Venturi(1746-1822), si bien su

aplicación práctica como instrumento de medida del caudal nollegó hasta mucho tiempo después, con

el norteamericano Clemens Herschel (1842-1930). Un tubo Venturi, como elmostrado en la Figura 1,

consiste en un tubo corto conun estrechamiento de su sección transversal, el cual produce un aumento

de lavelocidad del fluido y por consiguiente, puesto que la conservación de la cargaexpresada por el

teorema de Bernoulli debe satisfacerse, unadisminución de la alturapiezométrica. El estrechamiento va

seguido por una regióngradualmente divergentedonde la energía cinética es transformada de nuevo en

presión con una inevitablepequeña pérdida por fricción viscosa. La caída de presión puede relacionarse

con elcaudal de fluido que circula por el conducto, a partir de la ecuación de continuidad(caudal

constante en cualquier sección de la conducción) y de la ecuación de Bernoulli(conservación de la

energía mecánica).

Aplicando el teorema de Bernoulli entre los puntos 1, en la entrada, y 2, en lagarganta del tubo Venturi

de la Figura 1, se obtiene:

Si el Venturi se encuentra situado en posición totalmente horizontal, las alturasde posición de los

puntos 1 y 2 son iguales, es decir z 1= z 2, y estos términos secancelan en la ecuación (1), pero si el

tubo Venturi está inclinado, las alturas de posición son diferentes, z2≠z1.Por otra parte, v1 y v2 pueden

considerarse como las velocidades medias en lasección correspondiente del tubo Venturi, y como el

flujo se desarrolla en régimenpermanente y el fluido es incompresible, la ecuación de continuidad

establece que:

Sustituyendo la expresión (2) en la ecuación (1), se obtiene:

Y, por tanto, el caudal se calcula como:

En consecuencia con un tubo Venturi el problema de medir un caudal se reducea la medida de las

presiones p1 y p2, pues el resto de variables presentes en la ecuación(4) son dimensiones geométricas

fijas para cada caso. En concreto es suficiente lamedida de la presión diferencial p 1 −p 2, por ejemplo

mediante un manómetropiezométrico en U, como el mostrado en la Figura 1, con un líquido no

miscible con elfluido que circule por la conducción. Si éste es un gas, en el manómetro se puede usar

Agua; si circula agua, en el manómetro se puede usar mercurio.Estrictamente, el resultado de la

ecuación (4) es válido, como la ecuación deBernoulli, para flujos ideales en los que los efectos de la

fricción son despreciables. Enlos tubos Venturi reales, la fricción, aunque pequeña, está presente, de

modo que lacaída de presión p 1 −p 2 medida en el manómetro diferencial es debida al aumento de

Energía cinética en la garganta, pero también a una pequeña pérdida de carga. Por tantolos caudales

obtenidos con la ecuación (4) tienden a ser ligeramente mayores que loscaudales reales, y por ello se

introduce un factor de corrección, denominado coeficientede descarga o de derrame, Cd. En cada

caso habrá de calibrarse elVenturi para obtener el valor adecuado de este coeficiente. Para un tubo

Venturi ConvencionalCd suele adoptar valores en el rango 0.90-0.96.

Los tubos Venturi resultan ser medios simples y precisos para medir caudalesen conductos.

Frente a los otros medidores de la categoría de estrechamiento en conductos (orificios y toberas), los

Venturi presentan la ventaja adicional de induciruna pérdida de carga comparativamente más pequeña,

gracias a que las transiciones enel área de la sección de paso se hacen gradualmente. Ello es

especialmente destacableen lo que se refiere al tramo difusor o divergente, situado en la zona posterior

a lagarganta del Venturi. Se trata de un tramo troncocónico con un ángulo de apertura muysuave (~7º).

Con lo que se busca la expansión progresiva de la corriente de fluido conla consiguiente

disminución de energía cinética y aumento de presión hastaprácticamente recuperar los valores

anteriores al Venturi.

Si en cambio esa transición fuera más brusca (con un ángulo de apertura elevado),en la zona

posterior de la garganta quedaría en realidad un chorro libre, con lo que elexceso de energía

cinética se disiparía por turbulencia y apenas si aumentaría la presiónpor encima del valor del

punto 2 .Una relación de áreas A2 / A1 pequeña, contribuye a aumentar la precisión en

elmanómetro, pero también va acompañada de una mayor pérdida por fricción (menorCd) y

además puede dar lugar a una presión demasiado baja en la garganta.

Si circulaun líquido es posible que llegue a producirse liberación del aire disuelto en el líquido

eincluso vaporización del líquido en este punto. Este fenómeno se conoce comocavitación y se

produce si la presión alcanza el valor de la presión de vapor del fluido ala temperatura de

trabajo. Si se generan burbujas, bien de aire liberado o bien de vapor,el flujo a través del Venturi

se modifica y las medidas de caudal pierden validez.

3. Pérdidas de carga en ensanchamientos y codos

Cualquier modificación en la forma geométrica de un conducto produce una Pérdida de carga de

carácter local cuando un fluido pasa a su través. Estas pérdidas de Carga se denominan singulares.Este

tipo de pérdidas singulares se producen, por ejemplo:

En los casos del Aumento de sección y del cambio de dirección (un codo) mostrados en la Figura 3.

En El caso del ensanchamiento, estas pérdidas de carga son debidas a que el flujo se adapta A la

nueva sección mediante una sucesión de remolinos, con lo que el exceso de energía Cinética que

hay en la sección 1 respecto a la que correspondería a la nueva sección 2, Se disipa por la acción de

la turbulencia.

En el caso de un codo brusco, la Distribución transversal de velocidad deja de ser asimétrica

(aumenta la velocidad en La zona del conducto más próxima al centro de curvatura), y nuevamente

se produce Una disipación de energía por remolinos turbulentos.

La pérdida de carga producida por estos elementos lleva a que el balance deenergía mecánica de la

ecuación de Bernoulli, que solo es válida para flujo no viscoso,deba ser corregido con el término de

pérdida de carga hf, de modo que entre los puntos1 y 2 se verifican:

En general se considera que las pérdidas de cargasingulares son proporcionalesa la energía cinética

del flujo, tomando como referencia la entrada al elemento, es decir,se consideran proporcionales al

cuadrado del caudal circulante. Este tipo dedependencia entre caudal y pérdidas de carga en un

elemento de una conducción esequivalente a la de la ecuación (5) para medidores Venturi. Así

puestambién podrían emplearse elementos tales como un codo o un ensanchamiento bruscopara medir

el caudal a partir de una diferencia de presión, aunque lógicamente dichadiferencia sería enteramente

pérdida de energía.

2. MEDIDA DEL CAUDAL CON VENTURI

4. Coeficiente de descarga del Venturi

Conocido el caudal que fluye a través de la instalación, es posible medir lapresión mediante

piezómetros, en un punto aguas arriba del Venturi, y un punto situadoen la garganta del mismo. De

este modo, la expresión (5) proporciona el coeficiente dedescarga del Venturi.

El proceso debe repetirse, al igual que ocurre con el rotámetro, para variosvalores del caudal, con

vistas a minimizar el error de medida y obtener un valor mediode Cd que se ajuste lo más posible a la

realidad.

5. Pérdidas de carga en ensanchamiento y codo.

Midiendo mediante los tubos piezométricos la presión aguas arriba y aguasabajo del ensanchamiento,

y aguas arriba y aguas abajo del codo, y conocido el caudalque fluye por el conducto, es posible

obtener la variación de la pérdida de carga queproducen dichos elementos frente al caudal, mediante la

expresión (6), tras despejar hf.En este apartado, deben calcularse dichas pérdidas de carga y debe

hacerse unarepresentación gráfica de la variación de las mismas frente al caudal.

4.1. Pérdidas localizadas en un ensanchamiento brusco de sección

Aunque la tubería se ensanche bruscamente, el flujo lo hace de forma Gradual, de manera que se forman torbellinos entre la vena líquida y lapared de la tubería, que son la causa de las pérdidas de cargalocalizadas.Aunque en la mayoría de los casos las pérdidas de carga

localizada secalculan a partir de la ecuación 1 , obteniéndose K empíricamente, en Este caso pueden deducirse de forma analítica.

Para ellos suponemos

Aplicando Bernoulli entre 1 y 2, se obtiene:

4.2. Pérdidas localizadas en un ensanchamiento gradual de sección Son los difusores, en los que se producen, además de las pérdidas decarga por rozamiento como en cualquier tramo de tubería, otras singularesdebido a los torbellinos que se forman por las diferencias de presión (alaumentar la sección disminuye la velocidad, y por lo tanto el término cinético,por lo que la presión debe aumentar).

A menor ángulo de conicidad ( ), menor pérdida de carga localizada, pero a cambio se precisa una mayor longitud de difusor, por lo que aumentan

las pérdidas de carga continuas. Se trata de hallar el valor de para el que la pérdidad de carga total producida sea mínima. Gibson (Torres Sotelo, 1996) demuestra experimentalmente que el ángulo óptimo de conicidad es de unos 6º , y proporciona la siguiente fórmula empírica para calcular las pérdidas de carga totales: