Integrantes:

Jonatan Alviares

Yamir Corro

DEDICATORIAS

Dedicamos nuestro proyecto

A Dios por ser el todo poderoso y creador del cielo y la tierra por habernos dado

inteligencia y sabiduría para lograr hacer realidad nuestros sueños que no terminan

aquí.

A nuestros padres, porque son lo mas grande y hermoso que Dios nos ha dado,

que con su amor y consejo nos enseñaron lo mejor de la vida.

A nuestros hermanos, por creer y confiar en nosotros, quienes con sus palabras y

sonrisas nos hicieron sentir que contaba con ellos siempre.

A nuestro compañero de clases Alfonso Villareal, por contar con su apoyo en

todo momento y siempre estuvo disponible incondicionalmente.

A nuestro profesor Jose turocsi por tener paciencia al momento de transmitirnos

sus conocimientos.

A todo aquel que nos presto su ayuda y conocimientos para la elaboración de

este proyecto.

INDICE GENERAL

DEDICATORIA……………………………………………………………………………….I

INTRODUCCION…………………………………………………………………………….1

CAPITULO I

EL PROBLEMA…………………………………………….………………………………..2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………………… ………2

OBJETIVO GENERAL………………………………………………………………………2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………………………..2

JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………………..…2

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………….3

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION……………………………………………..3

DEFICION TEORICAS…………………..……….………………………..……………4-11

CAPITULO III

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………………..12

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS …………………………..12

CONCLUSIONES………………………………………………………………………….13

RECOMENDACIONES……………………………………………………………………14

INTRODUCCIÓN

En esta investigación tiene como finalidad la investigación y utilización del

tubo de Venturi el cual, 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. Estos modelos se utilizan en numerosos dispositivos en

los que la velocidad de un fluido es importante.

La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo

formado 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. La diferencia de alturas del líquido en el tubo en U permite

medir la presión en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.

Se espera que con el desarrollo de esta investigación mas los conocimientos

adquiridos en salón de clases, ofrecer a nuestros compañeros e interesados en la

materia un material de apoyo para futuras investigaciones.

1

EL PROBLEMA

Construir un tubo Venturi, con materiales accesible. Para calcular el

caudal de flujo y conocer su funcionamiento y aplicación.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Diseñar y construir un medidor de flujo donde se determine el caudal de flujo

y aplicar el principio de Bernoulli, para ello se seleccionó el tubo Venturi con la

instalación de un manómetro diferencial.

OBJETIVO GENERAL.

Diseño y construcción de un tubo Venturi.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

• Recopilar toda la información posible acerca de la investigación en

cuestión.

• Ordenar la información obtenida del tema de la investigación.

• Diseño y construcción del tubo Venturi.

• Realizar pruebas del funcionamiento al mismo.

• Efectuar recomendaciones para futuros proyectos.

• Determinar el gasto de flujo circulante por el tubo Venturi

• Aplicación del principio de Bernoulli .

JUSTIFICACIÓN.

La presente investigación fluye por la necesidad de buscar alternativas que

permitan desarrollar y ampliar conocimientos en cuanto a las aplicaciones y efectos

del tubo Venturi.

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MARCO TEÓRICOS.

Cuando el fluido fluye por el dispositivo ocurren pérdidas de energía que trae

como consecuencia una disminución de la presión, por ello se realizó la

investigación de dicho tema, asimismo obtener el caudal circulante por el tubo

Venturi. Para la comprensión de éste debemos nombrar los siguientes aspectos:

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.

Giovanni Battista Venturi, físico italiano mostró en 1797 que la contracción del

flujo a la entrada de un tubo cilíndrico, ocasionaba disminución local de la presión y

generación de remolinos. Luego reemplazó el cilindro por dos secciones cónicas, las

cual llamó toberas de cono y que luego seria llamada tubo Venturi en su honor,

elimina los remolinos y por lo tanto incrementa el flujo.

El tubo Venturi mide flujo comprensible y no comprensible, gases y líquidos

respectivamente.

Este instrumento, tiene una sección de entrada de diámetro igual a la tubería

de conducción, esta conduce a un cono de convergencia angular fijo, terminando en

una garganta de diámetro inferior, ésta garganta se comunica con un cono de salida

divergente fijo, cuyo diámetro es igual al de entrada.

El 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. 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.

La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo

formado 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. La diferencia de alturas del líquido en el tubo en U permite

medir la presión en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.

Cuando se utiliza un tubo de Venturi hay que tener en cuenta un fenómeno

que se denomina cavitación. Este fenómeno ocurre si la presión en alguna sección

3

del tubo es menor que la presión de vapor del fluido. Para este tipo particular de

tubo, el riesgo de cavitación se encuentra en la garganta del mismo, ya que aquí, al

ser mínima el área y máxima la velocidad, la presión es la menor que se puede

encontrar en el tubo. Cuando ocurre la cavitación, se generan burbujas localmente,

que se trasladan a lo largo del tubo. Si estas burbujas llegan a zonas de presión más

elevada, pueden colapsar produciendo así picos de presión local con el riesgo

potencial de dañar la pared del tubo.

En este sentido, el tubo Venturi mide flujos comprensibles y no comprensibles

gases y líquidos respectivamente. Su funcionamiento es: al disminuir el diámetro

disminuye la presión y aumenta la velocidad del flujo. Al colocar un manómetro en la

garganta se mide la caída de presión y hace posible el calculo del caudal

instantáneo.

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

Caudal.

En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa por

determinado elemento el] la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo

volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

Presión.

Fuerza ejercida por un líquido, o por un gas, sobre cada cm2, o cada m2, de

la superficie de un sólido con el que está en contacto.

Presión Absoluta.

Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero

absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las

moléculas.

Presión Manométrica .

Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por

medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es

desconocida y la presión atmosférica que existe.

Vacío.

Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que

normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden

las presiones superiores a la atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor

desconocido y la presión atmosférica existente.

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Fluido Incomprensible.

Es aquel en el cual la densidad de una parcela no es afectada por cambios

de presión isotérmicos, es decir, que no se puede comprimir.

Velocidad.

Ritmo de movimiento que se expresa como la distancia recorrida en una

unidad de tiempo, por ejemplo: Velocidad = Distancia sobre Tiempo.

El Tubo Venturi.

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

por él un fluido. En esencia, consta de 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 ó instrumento registrador en la garganta se mide la caída de

presión y hace posible calcular el caudal instantáneo".

El tubo Venturi se fabrica con materiales diversos según la aplicación de

destino, el material más empleado es acero al carbono, también se utiliza el latón,

bronce, acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastómeros para paliar los

efectos de la corrosión. El tubo Venturi ofrece ventajas con respecto a otros

captadores, como son:

1. Menor pérdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la

tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida.

Generalmente los tubos Venturi se utilizan en conducciones de gran diámetro,

de 12" en adelante, ahí las placas de orificio producen pérdidas de carga

importantes y no se consigue una buena medida, el venturi se utiliza en conductores

de aire ó humos con conductos no cilíndricos, en tuberías de cemento grandes, para

conducción de agua, etc. Según la naturaleza de los fluidos de medida, se requieren

modificaciones en la construcción del tubo Venturi como son: eliminación de los

2. Medición de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma

para la misma presión diferencial e igual diámetro de tubería.

3. El Venturi requiere un tramo recto de entrada más corto que otros elementos

primarios.

4. Facilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión.

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anillos de ecualización, inclusión de registros de limpieza, instalación de purgas, etc.

En el corte transversal se aprecian los anillos circulares que rodean el tubo Venturi

en los puntos de medida. Esos anillos huecos conectan el interior del tubo mediante

orificios en número de cuatro ó más, espaciados uniformemente por la periferia. El

fluido, al circular, pasa por estos orificios y por el anillo donde se encuentran los

racores que se conectan al transmisor.

Tubo Venturi

Manómetros de líquido - Son los instrumentos más antiguos para medir la

presión. Se basan en el equilibrio de columnas líquidas. Actualmente se usan poco

en procesos industriales en virtud de las desventajas que resultan de la presencia

del líquido.

Los tipos de manómetro de líquido de mayor uso son:

Manómetro de tubo en V, de ramas iguales

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Manómetro de flotador, Manómetro de tubo sencillo, Manómetro de campana

Manómetro anular

El tubo de Venturi permite mayor precisión que el orificio, además, se recupera

en gran parte la caída de presión. Otra de las ventajas es que tenemos mayor

constancia en las indicaciones a lo largo del tiempo, es decir, existe mayor

repetición. El tubo de Venturi es particularmente recomendable para líquidos con

sólidos en suspensión. La única desventaja del tubo de Venturi es el costo elevado.

Los fluidos están presentes en la mayoría de los procesos industriales, ya sea

porque intervienen en forma directa en el proceso de producción o porque

pertenecen a los circuitos secundarios necesarios. Sea por la razón que sea, los

fluidos están ahí y, por tanto, hay que controlarlos, para lo que es necesario saber

en todo momento cuáles son las principales características de los fluidos, que

pueden variar mucho de una aplicación a otra. En el mercado existe una gran

variedad de medidores, tanto desde el punto de vista de tamaños y rangos de

operación como de principios de funcionamiento. Esto es debido a que se intenta

conseguir la máxima precisión para la mayor cantidad de aplicaciones.

Gasto:

Q=K pérdida de carga

Tipo flujo ~ N° de Reinolds

Coeficiente de descarga (cd): Para el tubo venturi generalmente varía entre

0,932 y 0,967.

Pérdida de carga: Para determinar la pérdida de carga de los venturi, se utiliza

un manómetro diferencial.

Conclusión: Los venturi proporcionan medidas con buena precisión y

exactitud.

La construcción artesanal es viable técnicamente y presenta un costo relativamente

alto.

Q=K (12,6h _

hf) SE=O,785

de

K=E (2gl (de/dg) -1)

Dg= diámetro

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garganta

De= diámetro tubería conducción

H= diferencia de nivel en el manómetro

Hf= pérdida por frotamiento (se

desprecia)

El efecto Venturi

También conocido tubo de Venturi, consiste en que la corriente de un fluido

dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la

velocidad cuando pasa por una zona de sección menor. Si en este punto del

conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del

fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe

su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de

continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección

disminuye, necesariamente la velocidad aumenta. Por el teorema de conservación

de la energía si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de

la presión disminuye forzosamente.

Aplicaciones del efecto Venturi

• Aeronáutica: Aunque el efecto Venturi se utiliza frecuentemente para

explicar la sustentación producida en alas de aviones el efecto Venturi por sí solo no

es suficiente para explicar la sustentación aérea. Durante la Primera Guerra

Mundial, Albert Einstein diseñó para el ejército alemán un modelo de ala a partir de

un análisis del principio de Bernoulli y el efecto Venturi. El prototipo que llegó a ser

construido no pudo apenas despegar.

• Motor: En la Industria Automotriz: en el carburador del carro, el uso de éste

se pude observar en lo que es la Alimentación de Combustible.

Los motores requieren aire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina

necesita aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algún

mecanismo dosificador que permita el ingreso de la mezcla al motor en la proporción

correcta. A ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en el principio de

Vénturi: al variar el diámetro interior de una tubería, se aumenta la velocidad del

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paso de aire.

El carburador aspira el carburante por efecto Venturi, mezclándolo con el aire

(fluido del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento.

Leyenda

• Hogar: En los equipos ozonificadores de agua, se utiliza un pequeño tubo

Venturi para efectuar una succión del ozono que se produce en un depósito de

vidrio, y así mezclarlo con el flujo de agua que va saliendo del equipo con la idea de

destruir las posibles bacterias patógenas y de desactivar los virus y otros

microorganismos que no son sensibles a la desinfección con cloro.

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

1. Entrada de aire. 2. Mariposa del choke. 3. Cuerpo del carburador. 4. Surtidor de combustible. 5. Venturi. 6. Mariposa de gases. 7. Surtidor de marcha mínima y punzón. 8. Chicler de alta. 9. Depósito o cuba. 10. Flotador. 11. Diafragma de inyección. 12. Base y punzón. 13. Entrada de combustible. 14. Emulsionador. 15. Inyector.

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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

21°, y el cono divergente de 7 a 8°. La finalidad d el cono divergente es reducir 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.

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 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 formula 2 como puntos de referencia, podemos

escribir las siguientes ecuaciones:

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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 D con la presión. La reducción algebraica de las

ecuaciones 1 y 2 es como sigue:

Pero. Por consiguiente tenemos,

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 termino.

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.

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Puesto que, tenemos:

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

geometría real del medidor. La figura 2 muestra una curva típica de e versus número

de Reynolds en la tubería principal.

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN

La metodología empleada en esta investigación se basó en recopilar

información bibliográfica e Internet y trabajo de campo, aunada a conocimientos

previos y asesoramiento docente para la elaboración de éste proyecto.

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

Luego de la construcción artesanal del tubo Venturi se procedió a comprobar

su funcionamiento obteniéndose así resultados esperados en los cuales la presión

disminuía en el tramo de sección divergente, debido a la reducción del diámetro y

debido a esto el aumento de la velocidad del fluido. Se determinó de igual manera el

gasto por la diferencia de presión existente entre un punto en el tramo convergente y

otro punto en la garganta del Venturi aplicando también el principio de Bernoulli.

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CONCLUSIONES

Luego de haber realizado este proyecto se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo, el cual puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente.

Es indispensable para la parte de diseño tener los conocimientos referidos al cálculo de un Tubo de Venturi, los cuales se pueden realizar haciendo la relación entre los distintos diámetros del tubo, como por ejemplo el de la entrada del tubo, la garganta y la salida del tubo; igualmente teniendo el conocimiento de el caudal que va a entrar en el mismo, o que se desea introducir para cumplir una determinada función (como la de crear vacío) y tomar muy en cuenta las presiones que debe llevar el fluido, ya que esto va a ser el factor más fundamental para que su función se lleve a cabo.

Finalmente se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo que por medio de cambios de presiones puede crear condiciones adecuadas para la realización de actividades que nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnológicas.

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RECOMENDACIONES.

Debido a la experiencia obtenida en esta investigación y a sus resultados se

recomienda:

• Construir los medidores de caudales con diferentes tipos de material.

• Realizar aplicaciones con diferentes tipos de fluidos (gases o líquidos) para

comparar el comportamiento de los mismos.

• Diseñar caudalimetros que no generen alto costo.

• Divulgar los resultados obtenidos en esta investigación para futuros

proyectos.

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