INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESIME AZCAPOTZALCO

Practica #2

Titulo de la practica: Calibración de tubo Vénturi

Integrantes del equipo:

Castillo Rodríguez Cesar Mario

Grupo: 7MM2

Materia: Maquinas Hidráulicas

2

INDICE

INDICE -----------------------------------------------------------------------------------------------------------2

1.- CONTENIDO ------------------------------------------------------------------------------------------------3

2.- OBJETIVO ---------------------------------------------------------------------------------------------------3

3.- INTRODUCCIÓN -------------------------------------------------------------------------------------------3

4.- MARCO TEÓRICO -----------------------------------------------------------------------------------------5

5.- METODOLOGÍA DE PRUEBA ----------------------------------------------------------------------------

3

Contenido:

1) Justificación:

Se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes

proporcionan una calibración en forma de grafica o esquema del flujo real versus

indicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura directa con

escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo

más básico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han

determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se

encuentran datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una

variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión o un nivel del

fluido[1].

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2) Objetivo:

El objetivo de la práctica es la calibración del Venturi, es decir, en la obtención del

coeficiente de derrame del mismo. Para ello será necesario medir el caudal,

mediante el método volumétrico, y la diferencia de presiones entre la entrada y la

garganta del Venturi, mediante el manómetro diferencial. Las fórmulas y el

procedimiento necesario para la calibración del Venturi se irán desarrollando a lo

largo de la práctica.

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3) Introducción:

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar

por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos

tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al

colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la

caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito

carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.

La entrada es una tubería corta recta del mismo diámetro que la tubería a la cual

va unida. El cono de entrada, que forma el ángulo a1, conduce por una curva

suave a la garganta de diámetro d1. Un largo cono divergente, que tiene un

ángulo a2, restaura la presión y hace expansionar el fluido al pleno diámetro de la

tubería. El diámetro de la garganta varía desde un tercio a tres cuartos del

diámetro de la tubería.

La presión que precede al cono de entrada se transmite a través de múltiples

aberturas a una abertura anular llamada anillo piezométrico. De modo análogo, la

presión en la garganta se transmite a otro anillo piezométrico. Una sola línea de

presión sale de cada anillo y se conecta con un manómetro o registrador. En

algunos diseños los anillos piezométricos se sustituyen por sencillas uniones de

presión que conducen a la tubería de entrada y a la garganta.

La principal ventaja del Vénturi estriba en que sólo pierde un 10 - 20% de la

diferencia de presión entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono

divergente que desacelera la corriente.

Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que

tiene el tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la

presión deseada a la entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la

función para la cual está construido.

Esta relación de diámetros y distancias es la base para realizar los cálculos para

la construcción de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se

desee pasar por él.

Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi típico consta, como ya se dijo

anteriormente, de una admisión cilíndrica, un cono convergente, una garganta y

un cono divergente. La entrada convergente tiene un ángulo incluido de alrededor

de 21º, y el cono divergente de 7 a 8º. La finalidad del cono divergente es reducir

6

la pérdida global de presión en el medidor; su eliminación no tendrá efecto sobre

el coeficiente de descarga. La presión se detecta a través de una serie de

agujeros en la admisión y la garganta; estos agujeros conducen a una cámara

angular, y las dos cámaras están conectadas a un sensor de diferencial de

presión.

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace

acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la

presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al

mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1

y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran

ubicados ramificadores de presión. Estos ramificadores de presión se encuentran

unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h

es una indicación de la diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden

utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para

derivar la relación a través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo.

Utilizando las secciones 1 y 2 en la fórmula 2 como puntos de referencia,

podemos escribir las siguientes ecuaciones:

1

Q = A1v1 = A2v2 2

Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso

de los líquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atención a la

variación del peso específico g con la presión.

7

4) Marco teórico:

Para obtener el máximo beneficio de la práctica, debe tener un conocimiento

claro de los principios físicos en los que se basan los instrumentos de medición

que va a utilizar. Por lo tanto debe averiguar, qué es y cómo funciona:

En particular se espera que sus conocimientos le permitan deducir relaciones que

le permitan.

Calcular el caudal que circula por una tubería, basado en mediciones de

diferencia de presión en un tubo de Pitot o Venturi.

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5) Metodología de prueba

Laboratorio de hidráulicas

Figura 5.1.1 Dibujo mecánico de la instalación.

A Banco para prueba hidrodinámicas

B Banco para demostración de bombas centrifugas

C Banco para pruebas de bombas en serie y paralelo

D Bomba de desplazamiento positivo

E Entrenador hidráulico

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5.1 Descripción de la instalación:

Figura 5.1.1 Medición con tacómetro

Figura 5.1.2 Medición de presión diferencial

Tacómetro: es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión.

Manómetro presión diferencial:

Permite la medición de: Presiones diferenciales desde 0 a 0,1 bar (1,5 psi) hasta 0 a 25 bar (400 psi) con presiones estáticas desde 0,6 (250 pulgadas de agua) hasta 100 bar (1500 psi). Un conjunto de dos fuelles de acero inoxidable montados sobre una balanza de fuerza permiten una lectura directa de la presión diferencial real. Cada fuelle puede soportar la presión estática máxima sin sufrir daños o sin que se produzca una variación del aparato hasta 25 bares.

10

Figura 5.1.3 Tubo Vénturi

Tubo Vénturi: El tubo de Vénturi es un

dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal.

11

5.2 Descripción de los instrumentos de medición:

Tacómetro

Es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de

giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con

mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión. (Ver figura 5.2.1)

1. FUNCIONAMIENTO DE UN TUBO DE VENTURI En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace

acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la

presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al

mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y

en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran

ubicados ramificadores de presión. Estos se encuentran unidos a los dos lados de

un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la

diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de

medidores de presión diferencial.

La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para

derivar la relación a través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo.

Utilizando las secciones 1 y 2 en la fórmula 2 como puntos de referencia, podemos

escribir las siguientes ecuaciones:

(1)

Q = A1v1 = A2v2 (2)

Estas ecuaciones son válidas solamente para fluidos incomprensibles, en el caso

de los líquidos. Para el flujo de gases, debemos dar especial atención a la

12

variación del peso específico con la presión. La reducción algebraica de las

ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

Se pueden llevar a cabo dos simplificaciones en este momento. Primero, la

diferencia de elevación (z1-z2) es muy pequeña, aun cuando el medidor se

encuentre instalado en forma vertical. Por lo tanto, se desprecia este término.

Segundo, el termino hl es la perdida de la energía del fluido conforme este corre

de la sección 1 a la sección 2.

El valor hl debe determinarse en forma experimental. Pero es más conveniente

modificar la ecuación (3) eliminando h1 e introduciendo un coeficiente de descarga

C:

La ecuación (4) puede utilizarse para calcular la velocidad de flujo en la garganta

del medidor. Sin embargo, usualmente se desea calcular la velocidad de flujo del

volumen.

Puesto que, tenemos:

13

El valor del coeficiente C depende del número de Reynolds del flujo y de la

geometría real del medidor.

5.3 Procedimiento de prueba:

a. Primero se procede a calibrar las RPM en el motor, con el tacómetro.

Dependiendo de las deseadas en este caso son 1500, 1900 y 2200,

respectivamente.

b. Se hace el llenado de la bomba abriendo la válvula de descarga.

c. En la práctica es necesario tomar 6 mediciones partiendo de la vuelta dos

en la válvula de descarga, así que partiendo de la vuelta dos se toma la

primera medición.

d. Después por cada vuelta se toman mediciones, con el tacómetro, en el

manómetro diferencial, y el tiempo.

e. Esto se hace para cada numero de RPM (1500,1900 y 2200).

14

5.3. Procedimiento de prueba.

fig.5.3.1La llave de la tubería de descarga se encontraba abierta.

Fig.5.3.2.Con la ayuda del tacómetro se ajustó las revoluciones requeridas en el motor.

Fig.5.3.2 Se tomaron medidas de corriente y voltaje necesarias para los cálculos

correspondientes a la práctica.

Encender

motor

rty Ajuste de

manómetro

Cerrar llave

de descarga

al tanque

medidor

Tomar medida de

corriente y voltaje

Ajuste de

revoluciones

(tacómetro)

Medir diámetros

y brazo de

palanca

Inicio

Tomar medida

correspondiente

del caudal y el

tiempo

15

16

6) Desarrollo de la práctica

6.1 Tabla de datos obtenidos:

A 1500 rpm

Tabla 1.- Datos experimentales por equipo

N. V Válvula

Numero de Mediciones

Volumen (l)

Tiempo (t)

P. diferencial

(pulgch₂0)

N (rpm)

1 0 0 0 0

2 2 20 26.30 2 1509

3 3 20 12.28 7 1497

4 4 20 09.97 10 1499

5 5 20 07.84 12 1498

6 6 20 07.15 13 1507

7 7 20 06.45 14 1495

A 1900 rpm

Tabla 1.- Datos experimentales por equipo

N. V Válvula

Numero de Mediciones

Volumen (l)

Tiempo (t)

P. diferencial

(pulgch₂0)

N (rpm)

1 0 0 0 0

2 2 20 19.53 2 1899

3 3 20 08.94 7 1902

4 4 20 07.31 13 1904

5 5 20 06.31 18 1905

6 6 20 06.12 20 1910

7 7 20 05.75 22 1900

A 2200 rpm

Tabla 1.- Datos experimentales por equipo

N. V Válvula

Numero de Mediciones

Volumen (l)

Tiempo (t)

P. diferencial

(pulgch₂0)

N (rpm)

1 0 0 0 0

2 2 20 16.57 3 2199

3 3 20 08.25 10 2199

4 4 20 05.93 22 2203

5 5 20 05.31 24 2197

6 6 20 05.12 28 2194

7 7 20 04.46 30 2200

17

6.2 Memoria de cálculo:

18

6.3 Tabla de resultado:

1500 RPM

Tabla 2.- Recopilación de datos “t”

Numero Mediciones

Equipo1 T (s)

Equipo2 T (s)

Equipo3 T(s)

P. diferencial (pulgch₂0)

N (rpm)

Tiempo promedio

Desviación estándar

1 0 0 0 0 0 0

2 26.30 26.12 21 2 1499 24.47 3.009

3 12.28 12.16 12.18 7 1500 12.20 0.0648

4 09.97 09.72 09.06 10 1502 09.58 0.4702

5 07.84 08.56 08.35 12 1498 08.25 0.3702

6 07.15 07.75 08.09 13 1507 07.66 0.4759

7 06.45 07.13 07.34 14 1495 06.97 0.4752

Tabla 3.- Recopilación de datos “ ” Numero de Mediciones

Equipo1

(pas)

Equipo2

(pas)

Equipo3

(pas)

Promedio

(Pa)

Desviación estándar

(Pa) 1 0 0 0 0

2 2 2 2 2 0.0000

3 4 7 4 5 1.7320

4 8 10 8 8.66 1.1542

5 10 12 10 10.66 1.1586

6 12 13 12 12.33 0.5773

7 12 14 12 12.66 1.1547

TABLA 4.- CALIBRACION

NM Qp (m/s3)

Qv (m/s3)

Re Cd

0

1 7.6045 X10-3 7.12x10-3 331300 0.106

2 1.6286 X10-3 0.013 605000 0.09

3 2.0060 X10-3 0.0159 740000 0.126

4 2.5510 X10-3 0.0174 809900 0.14

5 2.7972 X10-3 0.0181 842400 0.15

6 3.1007 X10-3 0.0188 875000 0.16

19

TABLA 5.- Qp VS 1/t

N.M. 1/t (s-1)

Qp (m/s3)

0 0

1 26.30 7.6045 X10-3

2 12.28 1.6286 X10-3

3 09.97 2.0060 X10-3

4 07.84 2.5510 X10-3

5 07.15 2.7972 X10-3

6 06.45 3.1007 X10-3

Tabla 6.- Qv vs ∆P

N.M.

∆P

Qv m3/s

0 0

1 2 7.12x10-3

2 7 0.013

3 10 0.0159

4 12 0.0174

5 13 0.0181

6 14 0.0188

20

1900 RPM

Tabla 2.- Recopilación de datos “t”

Numero Mediciones

Equipo1 T (s)

Equipo2 T (s)

Equipo3 T(s)

P. diferencial (pulgch₂0)

N (rpm)

Tiempo promedio

Desviación estándar

1 0 0 0 0 0 0

2 19.53 18.41 08.94 2 1904 06.92 12.1472

3 08.94 09.13 07.39 7 1899 08.48 0.9474

4 08.25 07.28 06.54 13 1904 07.35 0.8576

5 07.31 06.28 08.93 18 1905 07.50 1.8892

6 06.31 06.25 06.29 20 1901 06.28 0.3082

7 05.75 06.62 04.19 22 1897 05.52 1.2312

Tabla 3.- Recopilación de datos “ ” Numero de Mediciones

Equipo1 Pd (pas)

Equipo2 Pd (pas)

Equipo3 Pd (pas)

Promedio

(Pa)

Desviación estándar

(Pa) 1 0 0 0 0

2 2 2 8 4 3.4609

3 7 7 14 9.33 4.0421

4 13 13 18 14.66 2.8867

5 18 18 20 18.66 1.15473

6 20 20 22 20.66 1.15473

7 22 22 23 22.33 0.5773

TABLA 4.- CALIBRACION

NM Qp (m/s3)

Qv (m/s3)

Re Cd

0

1 1.02 X10-3 7.12 X10-3 406300 0.143

2 2.23 X10-3 0.013 740000 0.171

3 2.73 X10-3 0.018 991400 0.151

4 3.16X10-3 0.021 1145000 0.154

5 2.42 X10-3 0.022 1238100 0.11

6 3.47 X10-3 0.023 1284600 0.15

21

TABLA 5.- Qp VS 1/t

N.M. 1/t (s-1)

Qp (m/s3)

0 0

1 26.30 1.02 X10-3

2 12.28 2.23 X10-3

3 09.97 2.73 X10-3

4 07.84 3.16X10-3

5 07.15 2.42 X10-3

6 06.45 3.47 X10-3

Tabla 6.- Qv vs ∆P

N.M.

∆P

Qv m3/s

0 0

1 2 7.12 X10-3

2 7 0.013

3 10 0.018

4 12 0.021

5 13 0.022

6 14 0.023

22

2200 RPM

Tabla 2.- Recopilación de datos “t”

Numero Mediciones

Equipo1 T (s)

Equipo2 T (s)

Equipo3 T(s)

P. diferencial (pulgch₂0)

N (rpm)

Tiempo promedio

Desviación estándar

1 0 0 0 0 0 0 0

2 16.57 15.88 14.64 3 2199 15.69 0.9780

3 08.25 07.56 08.12 10 2199 07.97 0.3667

4 05.93 06.03 06.65 22 2203 06.20 0.3900

5 05.31 05.25 05.96 24 2197 05.50 0.3938

6 05.12 05.46 06.59 28 2194 05.72 0.7695

7 04.46 05.46 05.70 30 2200 05.20 0.6577

Tabla 3.- Recopilación de datos “ ” Numero de Mediciones

Equipo1 Pd (pas)

Equipo2 Pd (pas)

Equipo3 Pd (pas)

Promedio

(Pa)

Desviación estándar

(Pa) 1 0 0 0 0

2 3 3 4 3.33 0.577

3 10 10 10 10 0

4 18 22 19 19.66 2.08

5 24 24 23 23.66 0.577

6 28 28 28 28 0

7 30 30 30 30 0

TABLA 4.- CALIBRACION

NM Qp (m/s3)

Qv (m/s3)

Re Cd

0

1 1.207X10-3 8.7307X10-3 331416 0.1382

2 2.4242X10-3 0.0159 604930 01524

3 3.3726 X10-3 0.0213 837828 0.1583

4 3.9062 X10-3 0.0246 977493 0.1587

5 4.4843 X10-3 0.0266 1023605 0.1685

6 3.7664 X10-3 0.0276 1070302 0.1364

23

TABLA 5.- Qp VS 1/t

N.M. 1/t (s-1)

Qp (m/s3)

0 0

1 26.30 1.207X10-3

2 12.28 2.4242X10-3

3 09.97 3.3726 X10-3

4 07.84 3.9062 X10-3

5 07.15 4.4843 X10-3

6 06.45 3.7664 X10-3

Tabla 6.- Qv vs ∆P

N.M.

∆P

Qv m3/s

0 0

1 2 8.7307X10-3

2 7 0.0159

3 10 0.0213

4 12 0.0246

5 13 0.0266

6 14 0.0276

24

25

Conclusiones

Con base en los resultados obtenidos y considerando las condiciones en que

fueron realizadas las pruebas de laboratorio, se llego a las siguientes

conclusiones:

• La evaluación demostró que los Venturis construidos, después de la calibración,

proporcionaron medidas con buena precisión y exactitud.

• El rango de trabajo de los Venturis está de acuerdo con las velocidades

recomendadas para las tuberías.

Recomendaciones:

En la calibración de los medidores Vénturi, utilizar varias lecturas para el análisis

y los datos exactos de caudal.

Utilizar programas y aparatos digitales para mayor exactitud en los datos que se

requieran saber.

El tubo venturi se recomienda en casos donde el flujo es grande y que se

requiera una baja caída de presión, o bien, el fluido sea altamente viscoso, se

utiliza donde se requiera el máximo de exactitud, en la medición de fluidos

altamente viscosos, y cuando se necesite una mínima caída de presión

permanente.

Bibliografía:

MECÁNICA DE FLUIDOS

AUTOR/ES: ANTONIO CRESPO MARTÍNEZ

ISBN: 9788497322928

PÁGINAS: 752

FLUIDOS

AUTOR/ES: M. C. POTTER, D. C. WIGGERT

MECÁNICA DE LOS FLUIDOS E HIDRÁULICA 3ª ED

AUTOR/ES: Giles

ISBN: 9788448118983

AÑO: 1994

PÁGINAS: 273

MECÁNICA DE FLUIDOS

AUTOR/ES: Barrero Ripoll, Antonio & Pérez-Saborid Sánchez-Pastor, Miguel

AÑO: 2005