VENTURÍMETRO
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Jiménez, D; Lasso, P; León, F; López, D; Macancela, E Figura 4. Esquema del banco de tuberías INTRODUCCIÓN El principio fundamental en el que se basan los medidores de carga variable es el siguiente: cuando se restringe una corriente de fluido, su presión disminuye en una cantidad que depende del flujo volumétrico a través de la restricción. Por tanto la diferencia de presión entre puntos antes y después de la restricción se utiliza para indicar el flujo volumétrico. [1] El medidor de Venturi reemplaza la medida del gasto por la medida de una diferencia de presiones. Consiste en dos troncos de cono unidos por un tubo y este a su vez está conectado a la conducción por otro tubo que contiene mercurio y constituye un manómetro diferencial que determina la diferencia de presiones entre esos dos puntos. [2] El flujo de fluidos dentro de un sistema de canales cerrados puede ser analizado teóricamente mediante la Ecuación de Bernoulli, para efecto de obtener valores aplicables a obras de ingeniería es necesario obtener valores reales. El Teorema de Torricelli para la velocidad puede ser ajustado mediante un factor de corrección que considera la no uniformidad de las velocidades, con este dato se puede calcular el caudal real y compararlo con el teórico. MATERIALES Y MÉTODO Las propiedades geométricas del Venturímetro utilizado se detallan en la tabla 1. Tabla 1. Geometría de las tuberías y propiedades de fluidos La experimentación se realiza con el Banco de Tuberías (L.H.) mostrado en la Figura 4., para validar los procedimientos para medición de flujo en conductos cerrados. Fig 1. Esquema para estudio de flujo en Venturímetro Al aplicar las ecuaciones de Bernoulli y de la Continuidad se obtiene una expresión (Ec. 1) para la medición de flujo en términos de la lectura R (diferencia de presiones) en el manómetro y al considerar Cd (coeficiente de descarga) se obtiene un caudal real: Ec. 1. Se expresa, ademas, el caudal con la siguiente relación que se puede considerer empírica: Ec. 2. Donde: K = constante del Venturímetro, obtenido estadísticamente. n = Exponente a encontrar mediante una regresión potencial. Laboratorio de Hidráulica & Dinámica de Fluidos DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Cuenca, Ecuador 2016 VENTURÍMETRO Para evaluar de mejor manera las variaciones, se expone una gráfica comparativa entre caudales: observado, real y empírico (Ec 2): Esta figura muestra que existe una mínima variación entre la magnitud de los caudales analizados. CONCLUSIONES • La experimentación ha sido exitosa, pues los cálculos cumplen con el principio fundamental de los medidores de carga variable. • Los errores obtenidos en las tablas 3 y 4, señalan que existe una aproximación aceptable entre la observación y lo teórico. • Es necesario realizar el análisis correspondiente a los aspectos de cavitación, para prever posibles daños dentro del instrumento de medición. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tabla 2. Variación del coeficiente de descarga para diferentes caudales Se obtiene un coeficiente de descarga Cd=0,951 en base a los Cd obtenidos en cada medición. Figura 2. Ajuste de los parámetros K y n Se determina las constantes de calibración: K=2,5618 n=0,05468 Para determinar la confiabilidad del ensayo de laboratorio, se procede a comparar los caudales observados con los reales (Tabla 3) y con el caudal obtenido de la Ec. 2 (Tabla 4). REFERENCIAS [1] Mott, Robert L. Mecánica de Fluidos, México: PEARSON, 2006. [2] Tubo de Venturi [on line]. Disponible en: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/artic uloses/medidores/tuboventuri/ tuboventuri.html [Acceso Enero 2016]. Diám etro 1(m m) 24 Diám etro 2(m m) 14 Densidad del aguaa20°C (kg/m 3) 998,2 Densidad relativadel m ercurio 13,6 Dimensiones Propiedadesde losfluidos Tabla 3. Análisis de errores de parámetros/variables R (m m) Q observado (litros/s) Qr(litros/s) Error % Error 358 1,474 1,465 0,0084 0,57 402 1,578 1,553 0,0255 1,61 411 1,600 1,570 0,0301 1,88 379 1,526 1,508 0,0184 1,21 297 1,308 1,335 0,0262 2,00 279 1,275 1,293 0,0185 1,45 341 1,454 1,430 0,0242 1,66 371 1,469 1,492 0,0222 1,51 401 1,555 1,551 0,0045 0,29 410 1,532 1,568 0,0364 2,37 R (m m) Q observado (litros/s) Qr=K*Rⁿ (litros/s) Error % Error 358 1,474 1,461 0,0129 0,88 402 1,578 1,556 0,0218 1,38 411 1,600 1,575 0,0248 1,55 379 1,526 1,507 0,0191 1,25 297 1,308 1,319 0,0104 0,80 279 1,275 1,274 0,0005 0,04 341 1,454 1,422 0,0319 2,19 371 1,469 1,489 0,0200 1,36 401 1,555 1,554 0,0011 0,07 410 1,532 1,573 0,0415 2,71 Tabla 4. Análisis de errores de parámetros/variables Figura 3. Comparación de variación de caudales
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El venturímetro hidráulica
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Jiménez, D; Lasso, P; León, F; López, D; Macancela, E
Figura 4. Esquema del banco de tuberías
INTRODUCCIÓNEl principio fundamental en el que se basan los medidores de carga variable es el siguiente: cuando se restringe una corriente de fluido, su presión disminuye en una cantidad que depende del flujo volumétrico a través de la restricción. Por tanto la diferencia de presión entre puntos antes y después de la restricción se utiliza para indicar el flujo volumétrico. [1]
El medidor de Venturi reemplaza la medida del gasto por la medida de una diferencia de presiones. Consiste en dos troncos de cono unidos por un tubo y este a su vez está conectado a la conducción por otro tubo que contiene mercurio y constituye un manómetro diferencial que determina la diferencia de presiones entre esos dos puntos. [2]
El flujo de fluidos dentro de un sistema de canales cerrados puede ser analizado teóricamente mediante la Ecuación de Bernoulli, para efecto de obtener valores aplicables a obras de ingeniería es necesario obtener valores reales. El Teorema de Torricelli para la velocidad puede ser ajustado mediante un factor de corrección que considera la no uniformidad de las velocidades, con este dato se puede calcular el caudal real y compararlo con el teórico.
MATERIALES Y MÉTODO Las propiedades geométricas del Venturímetro utilizado se detallan en la tabla 1.
Tabla 1. Geometría de las tuberías y propiedades de fluidos
La experimentación se realiza con el Banco de Tuberías (L.H.) mostrado en la Figura 4., para validar los procedimientos para medición de flujo en conductos cerrados.
Fig 1. Esquema para estudio de flujo en Venturímetro
Al aplicar las ecuaciones de Bernoulli y de la Continuidad se obtiene una expresión (Ec. 1) para la medición de flujo en términos de la lectura R (diferencia de presiones) en el manómetro y al considerar Cd (coeficiente de descarga) se obtiene un caudal real:
Ec. 1.
Se expresa, ademas, el caudal con la siguiente relación que se puede considerer empírica:
Ec. 2.
Donde:K = constante del Venturímetro, obtenido estadísticamente.n = Exponente a encontrar mediante una regresión potencial.
Laboratorio de Hidráulica & Dinámica de FluidosDEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
Cuenca, Ecuador2016
VENTURÍMETRO
Para evaluar de mejor manera las variaciones, se expone una gráfica comparativa entre caudales: observado, real y empírico (Ec 2):
Esta figura muestra que existe una mínima variación entre la magnitud de los caudales analizados.
CONCLUSIONES• La experimentación ha sido exitosa, pues los
cálculos cumplen con el principio fundamental de los medidores de carga variable.
• Los errores obtenidos en las tablas 3 y 4, señalan que existe una aproximación aceptable entre la observación y lo teórico.
• Es necesario realizar el análisis correspondiente a los aspectos de cavitación, para prever posibles daños dentro del instrumento de medición.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Tabla 2. Variación del coeficiente de descarga para diferentes caudales
Se obtiene un coeficiente de descarga Cd=0,951 en base a los Cd obtenidos en cada medición.
Figura 2. Ajuste de los parámetros K y n
Se determina las constantes de calibración:K=2,5618n=0,05468
Para determinar la confiabilidad del ensayo de laboratorio, se procede a comparar los caudales observados con los reales (Tabla 3) y con el caudal obtenido de la Ec. 2 (Tabla 4). REFERENCIAS
[1] Mott, Robert L. Mecánica de Fluidos, México: PEARSON, 2006.
[2] Tubo de Venturi [on line]. Disponible en: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/tuboventuri/tuboventuri.html [Acceso Enero 2016].
Diámetro 1 (mm) 24Diámetro 2 (mm) 14
Densidad del agua a 20°C (kg/m3) 998,2Densidad relativa del mercurio 13,6
Dimensiones
Propiedades de los fluidos
Tabla 3. Análisis de errores de parámetros/variables
R (mm)Q
observado (litros/s)
Qr (litros/s) Error % Error
358 1,474 1,465 0,0084 0,57402 1,578 1,553 0,0255 1,61411 1,600 1,570 0,0301 1,88379 1,526 1,508 0,0184 1,21297 1,308 1,335 0,0262 2,00279 1,275 1,293 0,0185 1,45341 1,454 1,430 0,0242 1,66371 1,469 1,492 0,0222 1,51401 1,555 1,551 0,0045 0,29410 1,532 1,568 0,0364 2,37
R (mm)Q
observado (litros/s)
Qr = K*Rⁿ (litros/s)
Error % Error
358 1,474 1,461 0,0129 0,88402 1,578 1,556 0,0218 1,38411 1,600 1,575 0,0248 1,55379 1,526 1,507 0,0191 1,25297 1,308 1,319 0,0104 0,80279 1,275 1,274 0,0005 0,04341 1,454 1,422 0,0319 2,19371 1,469 1,489 0,0200 1,36401 1,555 1,554 0,0011 0,07410 1,532 1,573 0,0415 2,71
Tabla 4. Análisis de errores de parámetros/variables
Figura 3. Comparación de variación de caudales
