Aforador de caudal: Calibración del tubo Venturi y orificio
Integrantes: Alejandra Pardo -41161321 Alejandra Valdés - 41161320 Diana Ostos - 43151014 Laura Milena Rubiano - 41161407 Andrey Jhan Luv Becerra - 42151201 Sergio Tellez -43151005
Profesor: Ladino Peralta Rafael
Materia: Mecánica de Fluidos Día: Viernes 21 de Septiembre Hora de la práctica: 7:00 am Grupo: 03
Bogotá D.C 2017 ÍNDICE Página 1
Justificación……………………………………………………………………………….. 3 Objetivos…………………………………………………………………………………....3 Marco teórico……………………………………………………………………………..4 - 6 Elementos…………………………………………………………………………………7 - 8 Procedimiento…………………………………………………………………………….8 -10 Datos y resultados………………………………………………………………………..11-14 Análisis de resultados………………………………………………………................... 14 -16 Conclusiones………………………………………………………………………………. 16 Referencias………………………………………………………………………………… 16
JUSTIFICACIÓN El presente trabajo de ejecución de aforo de caudal por medio de tres métodos diferentes, Método Gravimétrico, método volumétrico y tubo venturi, se considero de gran importancia
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ya que estos métodos permiten obtener las mediciones experimentales de cada uno de los caudales que circulan en el caso de la práctica por una tubería y un banco hidráulico, para hallar el aforo de caudal se involucra algunos factores dependiendo de las variables empleadas teniendo en cuenta su volumen, tiempo y velocidad, esto para obtener una precisión más exacto, el tamaño del caudal (grandes o pequeñas corrientes ), lugar en donde se desea medir (canal abierto, canal cerrado), por esta razòn para la ejecución de esta práctica existe la diversidad de métodos con el fin de llevar a cabo la medición de caudal en el área establecida. Por esto en conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección es de gran importancia para los estudios hidrológicos.
OBJETIVOS ●
Estudiar la forma de calibración de tubo Venturi, como un aforador o medidor de caudal
●
Comparar cada uno de los datos experimentales con los técnicos y determinar las causas de las posibles diferencias existentes.
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Presentar cada una de las instrucciones empleadas sobre los procedimientos para la determinación del caudal o flujo de aguas naturales y artificiales
MARCO TEÓRICO ●
MÉTODO VOLUMÉTRICO: Es un método muy seguro para la medición de caudales pequeños y se basa en la definición de caudal de volumen. La forma más
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sencilla para calcular los caudales pequeños es la medición directa del tiempo que se tarda en llenar un recipiente de volumen conocido. La corriente se desvía hacia un canal o cañería que descarga en un recipiente adecuado y el tiempo que demora su llenado se mide por medio de un cronómetro. Los métodos volumétricos de análisis se basan en la medida de un volumen de la disolución de un reactivo R necesario para que la reacción con el analito A se verifique cuantitativamente. Para llevar a cabo una volumetría se añade un volumen, medido con gran exactitud, de una disolución cuya concentración se conoce (reactivo valorante), de modo que se produzca una reacción cuantitativa con el analito que se ajuste exactamente a una ecuación definida. Q = V/ t Q= Caudal ; V= Volumen; T= Tiempo
I mage 1. Banco Hidráulico. ●
MÉTODO GRAVIMÉTRICO: Sirve para medir caudales pequeños y, como su nombre lo indica, se mide el peso del fluido en un intervalo de tiempo. El análisis gravimétrico o gravimetría consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un
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compuesto de composición definida, que es susceptible de pesarse. La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma con una balanza analítica y por último sin llevar a cabo el análisis por volatilización. Los métodos gravimétricos se caracterizan porque lo que se mide en ellos es la más. Como esta magnitud crece de toda selectividad, se hace necesario el aislamiento de la sustancia que se va a pesar de cualquier otra especie, incluido el disolvente. Así pues, todo método gravimétrico precisa una preparación concreta de la muestra, con objeto de obtener una sustancia rigurosamente pura con una composición estequiométrica perfectamente conocida basada en la masa del analito de interés. Podemos utilizar las siguientes ecuaciones en el método: -
= /
-
V= volumen del fluido
-
t= tiempo de llenado
-
= /
-
= Densidad del fluido
-
m= masa del flujo del fluido
(1)
(2)
Ahora reemplazando ambas ecuaciones obtenemos: = /( ∗ ) ●
METODO TUBO VENTURI: Es uno de los principales métodos de medición de caudal en tuberías, casi sin tener en cuenta el tamaño de las tuberías .Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado
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por dos secciones cónicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza consecuentemente a mayor velocidad. La presión en el tubo Venturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la región ancha y la canalización estrecha, el venturi es un aditamento más en una tubería y se puede calibrar previamente en el laboratorio de la siguiente manera:
=
Q=
Caudal
= Diferencia de presiones = 1 − 2
K,n= Coeficientes propios del tubo Venturi
I magen 2. Tubo de Venturi.
ELEMENTOS ●
Banco hidráulico: El banco consiste en un bastidor de acero con ruedas, encima del cual está montado un recipiente de drenaje con una adecuada superficie plana de trabajo. Un recipiente con orificios calibrados permite la medición continua del caudal de agua. Una electrobomba centrífuga de velocidad variable aspira El agua está enviado al banco de trabajo por medio de la electrobomba o desde la red. Es posible determinar la característica mecánica de la bomba variando el caudal (Torini, 2005).
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●
Cronometro: Es utilizado para determinar en los laboratorios la duración de los fenómenos. Este es un reloj muy preciso que puede ser activado y desactivado a voluntad por medio de dos botones. El funcionamiento usual de un cronómetro, consiste en empezar a contar desde cero al pulsarse el mismo botón que lo detiene. Además habitualmente puedan medirse varios tiempos con el mismo comienzo y distinto final. Para ello se congela los sucesivos tiempos con un botón distinto, normalmente con el de reinicio, mientras sigue contando en segundo plano hasta que se pulsa el botón de comienzo. Para mostrar el segundo tiempo o el tiempo acumulado, se pulsa reset o reinicio. Los cronómetros pueden activarse con métodos automáticos, con menor margen de error y sin necesidad de un actor.
●
Balanza: Son instrumentos de medición diseñados especialmente para su uso en el laboratorio, que permiten determinar el peso de un cuerpo con una división mínima de al menos 0,1 gramos. Según su tecnología podemos clasificar las balanzas de laboratorio en dos grandes grupos, balanzas de laboratorio mecánicas y electrónicas, mientras que en función de su precisión podemos clasificarlas en balanzas de precisión fina (o balanzas de precisión) y balanzas de precisión especial (o balanzas analíticas) (Merchan, 2013).
●
Termometro: Son instrumentos destinados a medir temperaturas con escalas en grados centígrados o Fahrenheit. El más empleado es aquel con graduaciones de 1 º C (pudiendo apreciarse hasta 0,5 º C) que va desde -10 º C hasta 200 º C (Rosa, 2009).
●
Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi.2 Efectivamente, conociendo la velocidad antes del estrechamiento y midiendo la diferencia de presiones, se halla fácilmente la velocidad en el punto problema, En otros casos utiliza este efecto para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho con el extremo en
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forma de cono. Estos modelos se utilizan en numerosos dispositivos en los que la velocidad de un fluido es importante y constituyen la base de aparatos como el carburador .(EcuRed,2015).
PROCEDIMIENTOS -
Método volumétrico :
Diagrama 1. E squema procedimental método volumétrico
-
Método gravimétrico :
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Diagrama 2. Procedimiento método gravimétrico.
Tubo de venturi
Diagrama 3. Procedimiento método gravimétri co.
RESULTADOS Método Volumétrico.
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Tabla 1. Datos obtenidos para hallar caudal por método volumétrico. Nº Dato
Volumen (L)
Tiempo(s)
Caudal (L/s)
1
0,17 L
7,81 s
0,022 L/s
2
0,30 L
6,06 s
0,0495 L/s
3
0,14 L
27,14 s
0,005 L/s
4
0,45 L
5,23 s
0,086 L/s
5
0,57 L
4,88 s
0,117 L/s
6
0.67 L
4,73 s
0,141 L/s
7
0,38 L
5,46 s
0,695 L/s
8
0,31 L
6,67 s
0,465 L/s
9
0,33 L
9,84 s
0,0335 L/s
10
0,85 L
24,78 s
0,034 L/s
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I magen 3: Gráfica de Q vs V Datos experimentales
2) Método gravimétrico. Tabla 2. Datos obtenidos para obtener caudal por medio de método gravimétrico.
Imagen 4. Gráfica de Masa vs Caudal.
3) Tubo venturi. Tabla 3. Datos obtenidos para hallar caudal con tubo de venturi. ΔP
Caudal (L/h) (exp)
Caudal (teo)
% Error
0,13
100
112,4180017
11,0462751
11
0,2
150
151,5912003
1,04966533
0,21
175
156,8120257
11,5985838
0,29
200
196,1839097
1,94515968
0,33
225
214,5891942
4,85150515
0,44
275
262,0084706
4,95843868
0,55
300
305,8939455
1,92679378
0,7
350
361,623974
3,21438146
0,75
375
379,3601352
1,14933933
0,85
400
413,7861109
3,33169977
I magen 5: Gráfica de Q vs Datos experimentales A partir de la ecuación potencial de la fórmula
hallamos los coeficientes del tubo de
venturi K y n. Donde:
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= 463 .19 y = 0.694
Con estos coeficientes reemplazamos la por el y hallamos el caudal teórico. Finalmente se determinó el porcentaje de error con los caudales obtenidos.
ANÁLISIS DE RESULTADOS : 1) Método volumétrico: Al mantener una presión o apertura de válvula constante para el llenado de volúmenes específicos, se evidencia una relación lineal entre el caudal y el volumen por lo cual es posible afirmar que son directamente proporcionales. Ciertos datos presentan una diferencia respecto a la línea recta por diversos factores como la sincronización de los sujetos al momento de tomar el dato (personaje que llena y personaje que toma el tiempo). El método volumétrico resulta demasiado práctico para análisis que desea hacer in situ, por su facilidad de manejo y su poco requerimiento de material (vasija y cronómetro). Cabe aclarar que este procedimiento resulta efectivo para caudales de un tamaño medible sin complicación, ya que será muy difícil aplicar el método volumétrico a un río de gran extensión o a flujos de tuberías de acueducto debido a que por ellas transitan mucha más agua de la cual puede ser acumulable por medios convencionales, por lo tanto son necesarios en estos casos métodos indirectos para determinar los caudales que fluyen a través de las tuberías como lo son los cambios de presión del tubo de venturi.
2) Método gravimétrico. Con respecto a la tabla obtenida podemos evidenciar, que se presenta una variación en las medidas debido al cambio de temperatura, de esta magnitud depende la densidad del agua la cual a 4°C es 1000 kg/m^3 pero en temperaturas de 100°C puede ser de
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958 kg/m^3 esto puede ser un gran factor de influencia si se miden los caudales de ríos en los cuales la densidad del flujo es muy cambiante por acción de la temperatura o el cambio de composición, por ejemplo aguas del río Bogotá las cuales tienen contenido de RSU( Residuos sólidos urbanos), lo cual dificulta la medida de los caudales de estos ya sea por método gravimétrico o por tubo de venturi.
3) Tubo venturi. En cuanto a la obtención de los caudales, al ocupar el promedio de varias mediciones se reduce el error. Aun así, las mediciones obtenidas son muy cercanas entre sí, lo que habla de mediciones en las condiciones lo más similares, aunque están sujetas al error humano de la coordinación de las agujas sobre las medidas de volumen y presión. Sobre estas mediciones se basan los cálculos por lo que se propaga ese error. A partir de la ecuación potencial de la fórmula venturi K y n. Donde: ( = 463 .19 y
hallamos los coeficientes del tubo de
= 0.694)
.este método es muy importante
debido a que desde las líneas de suministro de acueducto, hasta las líneas de destilación usan el principio de venturi para calcular caudales de grandes magnitudes y
poder
determinar
variaciones
de
estos
con
exactitud.
. .
Conclusiones. -
Se puede concluir que para el tubo de Venturi donde circula un caudal permanente, la línea de energía es aproximadamente constante a lo largo, con una leve pérdida por cambio de sección, lo cual es muy util para realizar mediciones indirectas de caudal en tuberias, rios y canales de gran capacidad..
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-
Se puede considerar que el peso y el caudal tienen una relación directamente proporcional, mientras que el tiempo y el volumen del caudal son inversamente proporcionales ya que, si se maneja un caudal alto el tiempo de llenado será menor pero el peso será mayor.
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El método volumétrico es uno de los más sencillos y confiables para determinaciones in situ como las tuberías y en la práctica fue de gran ayuda, ya que se logró identificar los caudales y la razón de los mismos.
Referencias. ●
Merchan,
A.
(2013).
slideshare.
Obtenido
de
https://es.slideshare.net/Aurora_Marchan/9balanzas ●
Rosa, D. (2009). laboratorio químico. Obtenido de http://laboratorioquimico.blogspot.com.co/2009/05/termometros.html
●
Torini.
(2005).
didacta.
Obtenido
de
http://didacta.it/allegati/main_catalogs/CE_H89_8D_S.PDF ●
«Efecto Venturi». EcuRed . Consultado el 27 de octubre de 2015. http://www.ecured.cu/index.php/Efecto_Venturi
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