INFORME DE LABORATORIO
AFORO CAUDAL
LORENA ALEJANDRA CASTRO
JESUS LOZANO EDGAR ENRRIQUE VARGAS
RICARDO BAYONA
DANIEL ANZOLA
OMAR FELIPE CHANG BAUTISTA
Profesor:
ING.JESUS ALFONSO TORRES
MECANICA DE FLUIDOS
Gr:03
Miércoles: 2:00 – 3:00 pm
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIA
BOGOTA D.C
11 DE NOVIEMBRE DEL 2017
INTRODUCCION
En este informe y el laboratorio se realiza con el fin de determinar y conocer las diferentes formas y ecuaciones existentes para la calibración del tubo de Venturi y el aforador de caudal, e identificación de los métodos directos e indirectos los cuales son el aforo de caudal el cual permite calcular el caudal que circula por una tubería o canal, como lo son el método volumétrico, método gravimétrico, tubo de Venturi y orificio en una tubería o diafragma utilizados para determinar el caudal, así como determinar los errores existentes entre los valores teóricos y experimentales en cada uno de estos métodos e investigar a fondo y determinar el por qué y las causas posibles de los errores presentados al momento de realizar los cálculos y toma de datos.
También se estudiará el funcionamiento y aplicaciones tecnológicas que pueda tener el tubo de Venturi el cual fue creado en los años 1800, y luego de realizar varios cálculos y pruebas se logró diseñar el tubo para medir la cantidad de flujo por unidad de tiempo, este tuvo de Venturi es una tubería corta, recta o garganta que se encuentra entre dos tramos cónicos.
Al finalizar esta práctica y entregar el informe cada estudiante deberá ser capaz de determinar las constantes de calibración para la ecuación general en el tubo de Venturi, mediante diferentes métodos de regresión, así como la determinación del error y los porcentajes de error y los motivos de estos, y las diferencias obtenidas entre las constantes (k y n) halladas en los métodos de regresión y en las gráficas realizadas.
OBJETIVOS
GENERAL:
Conocer varios métodos directos e indirectos para la medición de caudal a partir de diversas variables cuantitativas que influyen en la medición de la cantidad de líquido (en volumen) por unidad de tiempo.
ESPECÍFICOS:
Estudiar el funcionamiento de los dispositivos de restricción para medir caudal como el tubo de Venturi y el sistema de orificio en una tubería.
Estudiar la forma de calibración del tubo de Venturi como medidor de caudal.
Hallar la ecuación de calibración del tubo de Venturi.
Realizar la comparación de los datos experimentales con los técnicos y determinar las posibles causas de las diferencias.
MARCO TEORICO
El caudal es aquel que corresponde a la cantidad de agua que pasa por un lugar el cual puede ser canal, tuberías entre otros, por un tiempo determinado o sea corresponde a un volumen de agua el cual se puede medir en litros (L), metros cúbicos (m3), galones (gal), etc; por unidad de tiempo que pueden ser segundos (s), minutos(min), horas(h).
La medición del caudal, a lo que también llamamos aforo, se puede desarrollar de diferentes formas y su elección depende del objetivo del monitoreo, la facilidad de acceso o tiempo con que se cuente y, por supuesto, de las características de la fuente superficial que se pretenda medir, sus formas y movimientos. Las características del sitio y las condiciones ambientales al momento de su realización, también son fundamentales para definir cómo se hará la medición del caudal en ese momento específico. Dentro de los diferentes métodos o tipos de aforo se encuentran los siguientes:
Método volumétrico
La forma más sencilla de calcular los caudales pequeños es la medición directa del tiempo que se tarda en llenar un recipiente de volumen conocido. Los materiales que se necesitan son: 1. Reloj o cronómetro, 2. Un recipiente del cual conozcamos su capacidad (balde de 10 o 20 litros con graduaciones de 1 litro, o caneca de 55 galones con graduaciones de 1 a 5 galones). Se utiliza un balde para caudales bajos o una caneca cuando se manejen caudales mayores. 3.Bolsas, tubos, o láminas de zinc para encauzar el agua.
La medición del caudal por el método volumétrico se realiza a partir de un recipiente se coloca bajo la corriente de tal manera que reciba todo el flujo de agua; al mismo tiempo se activa el cronómetro. En este proceso el cronómetro inicia en el instante en que el recipiente se introduce a la corriente y se detiene en el momento en que se retira de ella, o el balde se llena. Es importante cronometrar varios tiempos de llenado, para estimar un valor promedio.
Q = Caudal en litros por segundo, (L/s).
V = Volumen en litros(L)
T = Tiempo en segundos, (s)
El caudal se calcula de la siguiente manera:
(Ecuación 1). Caudal método volumétrico.
Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que pasa por la corriente. Se debe evitar la pérdida de agua en el momento de aforar, también el 4 suelo en el que se disponga la caneca sea firme y no permita que ésta se hunda o se mueva.
Tubo Venturi
El tubo de Venturi se utiliza para medir la velocidad de un fluido incompresible. Consiste en un tubo con un estrechamiento, de modo que las secciones antes y después del estrechamiento son A1 y A2, con A1 > A2. En cada parte del tubo hay un manómetro, de modo que se pueden medir las presiones respectivas p1 y p2. Encuentra una expresión para la velocidad del fluido en cada parte del tubo en función del área de las secciones, las presiones y su densidad.
Imagen 1 . Representación tubo venturi.
La función básica de este medidor consiste en producir un estrangulamiento en la sección transversal de la tubería, el cual modifica las presiones, con la medición de este cambio es posible conocer el gasto que circula por la sección, el estrangulamiento de esta es muy brusco, pero la ampliación hasta la sección original es gradual. Generalmente es una pieza fundida que consta de: (1) una porción aguas arriba, la cual tiene el mismo tamaño de la tubería, tiene un revestimiento en bronce y contiene un anillo piezométrico para medir la presión estática; (2) una región cónica convergente, (3) una garganta cilíndrica con un revestimiento en bronce que contiene un anillo piezométrico y (4) una región cónica gradualmente divergente que desemboca en una sección cilíndrica del tamaño de la tubería. Un manómetro diferencial conecta los dos anillos piezométricos. El precio de este se dispara, pudiendo llegar a un costo 20 veces superior a un diafragma. Para obtener resultados acertados este medidor debe ser precedido de una tubería recta con una longitud de por lo menos 10 diámetros.
Método gravimétrico.
Este sigue un procedimiento similar al método volumétrico, pero el volumen colectado de agua en el intervalo de tiempo cronometrado, en lugar de medirse se pesa, y el peso (W) de agua se transforma a volumen, dividiéndolo entre el peso específico γ del fluido a temperatura de prueba.
El recipiente vacío debe ser previamente destarado y, una vez lleno, debe pesarse en la misma balanza. Mediante el método gravimétrico, el caudal aforado se determina con el siguiente razonamiento:
(Ecuación 2) . Caudal método gravimétrico
Orificio en una tubería o diafragma.
Consiste en una placa con un orificio que se interpone en la tubería. Como resultado de esta obstrucción existe una pérdida de carga, que es la que se mide por comparación con una sonda aguas arriba y otras aguas debajo de la instalación. Este tipo de medidor es utilizado en tuberías donde se permite una gran pérdida de energía. El cambio de área que se genera al colocar el diafragma, provoca un estrangulamiento de la sección, lo que da lugar a un cambio de presiones antes y después del diafragma, cuyo valor determina el gasto en la sección. Utilizados en tuberías donde se permite una gran pérdida de energía para efectuar el aforo.
ELEMENTOS
Método volumétrico
1. 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.
2. Cronómetro: Un cronómetro es un reloj de precisión que se emplea para medir fracciones de tiempo muy pequeñas. A diferencia de los relojes convencionales que se utilizan para medir los minutos y las horas que rigen el tiempo cotidiano, los cronómetros suelen usarse en competencias deportivas y en la industria para tener un registro de fracciones temporales más breves, como milésimas de segundo.
3. Probeta: La probeta es un instrumento volumétrico, que permite medir volúmenes más rápidamente que las pipetas, aunque con menor precisión. Generalmente mide volúmenes de 25 ó 50 ml, pero existen probetas de distintos tamaños; incluso algunas que pueden medir un volumen hasta de 2000 ml.
Método gravimétrico
1. Balanza: Es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos. Es una palanca de primer grado de brazos iguales que, mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos, permite comparar masas. Para realizar las mediciones se utilizan patrones de masa cuyo grado de exactitud depende de la precisión del instrumento. (wikipedia, 2017)
2. Termómetro: Es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. (wikipedia, 2017)
3. Probeta: Un tubo transparente hecho de vidrio o de plástico de unos centímetros de día metro, y tiene una graduación, generalmente mide volúmenes de 25 ó 50 ml, pero existen probetas de distintos tamaños; incluso algunas que pueden medir un volumen hasta de 2000 ml. La probeta es un instrumento volumétrico, que permite medir volúmenes más rápidamente que las pipetas, aunque con menor precisión. (Laboratorio químico)
Tubo de Venturi
1. Medidor de Venturi: Consiste en dos troncos de cono unidos por un tubo y éste se encuentra conectado a la conducción por otro tubo, este tubo contiene mercurio y constituye un manómetro diferencial que determina la diferencia de presiones entre esos dos puntos.
2. Tablero de pérdidas: La pérdida de carga en una tubería o canal es la pérdida de presión que se produce en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce.
3. Válvula reguladora de caudal: Las válvulas reguladoras de caudal permiten controlar la velocidad de avance o retroceso en el medidor de venturi.
4. Manómetros: Es un indicador analógico utilizado para medir la presión de un gas o líquido, como agua, aceite o aire. estos son dispositivos analógicos con un dial circular y un puntero accionado mecánicamente
PROCEDIMIENTOS
Método volumétrico
Metodo gravimetrico
Tubo de Venturi
RESULTADOS
Método volumétrico
Método gravimétrico
Tubo de Venturi
# Dato
Caudal (m3/s)
Presion 1 (mmHg)
Presion 2 (Mg)
ΔH
1
0.000029166
0.03
-0.1
0.13
2
0.000041944
0.05
-0.15
0.2
3
0.000052277
0.06
-0.22
0.28
4
0.000058333
0.07
-0.26
0.33
5
0.000077777
0.1
-0.4
0.5
6
0.000088888
0.13
-0.52
0.65
7
0.000109722
0.17
-0.66
0.83
8
0.000030555
0.02
-0.15
0.17
9
0.0000625
0.04
-0.29
0.33
10
0.000102777
0.115
-0.06
0.175
ΔH= P1-P2
Y=0.0001x0.6882
ΔH
Caudal (m3/s)
0.13
0.000024
0.2
0.000033
0.28
0.000041
0.33
0.000046
0.5
0.000062
0.65
0.000074
0.83
0.000087
%ERROR
Caudal experimental
Caudal de teórico
Promedio %
0.000029166
0.000024
21.52
0.000041944
0.000033
27.10
0.000052277
0.000041
27.50
0.000058333
0.000046
26.81
0.000077777
0.000062
25.44
0.000088888
0.000074
20.11
0.000109722
0.000087
26.11
Error promedio = 24.94%
ANALISIS DE RESULTADOS
Método volumétrico
Método gravimétrico
Tubo de Venturi
Para realizar la curva experimental se despreciaron tres puntos que no se ajustaban satisfactoriamente a la curva trazada, para lo cual tampoco se tuvieron en cuenta para realizar la regresión potencial. Quedando así solo siete puntos analizados para los cuales gracias a Excel se nos brindó la ecuación para reemplazar la presión y poder calcular el caudal teórico y así poder comparar el caudal teórico y el experimental hallando el porcentaje de error y promediándolo.
Según esto se encontró que la variación entre el caudal teórico y experimental del tubo de Venturi es significativo dado a un error en la calibración del instrumento, este sabido en la práctica, gracias al monitor que nos brindó la información y de una posible mala lectura de datos por parte del operario.
8.CONCLUSIONES
Respecto al método del tubo de Venturi se puede concluir que obteniendo ambos caudales se pueden calcular las respectivas diferencias de presión del sistema.
Se logra demostrar que, manteniendo el caudal constante de un fluido, este pasa de una sección a otra de menor diámetro y su velocidad aumenta, mientras que la presión efectuada en ese punto disminuirá, por esto se dice que la energía cinética del sistema aumenta mientras la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.
BIBLIOGRAFIA
Copyright © 2017 BBC. . (2012). BBC . Obtenido de Bitesize: http://www.bbc.co.uk/education/guides/zbg7hyc/revision
Duarte Agudelo, C. A., & Niño Vicentes, J. R. (2004). Introducción a la mecánica de fluidos. Bogotá.
Laboratorio Química. Probeta. de TpLaboratorio Sitio web: https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-e-instrumentos-de-un-laboratorio-quimico/probeta-4.html
Mott, R. L. (2006). Mecánica de fluidos. México: PEARSON.
Quimica.com. (s.f.). deQuimica.com . Obtenido de http://dequimica.com/teoria/pinzas-de-laboratorio
Villa Gerley, M. R. (2007). Manual de prácticas química general. Medellín: Sello editorial Universidad de Medellín.
wikipedia. (4 de junio de 2017). Wikimedia project . Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Balanza#cite_ref-1
