Tubo Venturi

Universidad Peruana Los Andes

Faculta de IngenieríaCarrera Profesional de

“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCCHU PARA EL MUNDO”

“UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES”

CURSO : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica

CICLO : VII

TURNO : Martes, Mañana, Grupo N° 04

Docente : Ing. Manuel Vicente Herquinio Arias

HUANCAYO –Perú2011

Fundamentos de la Administración – Trabajo Grupal

Primer avance de trabajo de investigaciónTubo venturi



INTRODUCCION

En esta práctica se pretende conocer el funcionamiento de un Venturimetro para la medida de caudales, así como el fundamento del efecto Venturi y la aplicación del teorema de Bernoulli. Para ello se estudiara la perdida de carga que se produce en el Venturimetro.




OBJETIVOS

Determinar el caudal del agua.

Conocer el procedimiento para la toma de datos necesarios para determinar la velocidad

del agua.

Identificar las unidades de caudal, velocidad y presión

Conocer el procedimiento que se utiliza en el Tubo Venturi, para medir la velocidad de un

fluido




PRINCIPIOS TEÓRICOS

Dado que estos equipos de medición son sumamente útiles es necesario conocer sus

Principios Teóricos Básico. Para conocer eficazmente el funcionamiento y las características del

tubo Venturi.

I. PRESION

El concepto de presión es muy útil cuando se estudian los fluidos. Éstos ejercen una

fuerza sobre las paredes de los recipientes que los contienen y sobre los cuerpos

situados en su seno y también sobre un punto a una determinada altura.

La presión ejercida por un fluido de densidad d en un punto situado a una profundidad

h de la superficie es numéricamente igual a la presión ejercida por una columna de

fluido de altura h:

P=d∗g∗h

A la hora de sustituir los datos numéricos hay que tener cuidado que todos ellos estén

expresados en un unidades SI

De aquí se deduce que la presión, para un fluido dado, depende únicamente de la

profundidad. Si consideramos fluidos distintos, la presión, a una profundidad dada,

dependerá de la naturaleza del fluido (densidad).

II. MANOMETROS

Existen en la actualidad distintas formas y métodos de medir la presión, como también

artefactos especializados en la materia como lo son los manómetros (instrumentos que

miden la presión superior a la presión atmosférica).

Entre los distintos manómetros existentes en el mercado existe uno, el cual fue elegido

para elaborar el presente proyecto de Tubo Venturi, el Manómetro Bourdon,




conformado internamente por un tubo delgado lleno de un fluido con una forma circular

a 270°. Al recibir este una presión P el tubo tendera a enderezarse lo cual provocara un

efecto sobre el dial, marcando así la presión manométrica, y una presión manométrica

que esté por encima de la presión atmosférica es positiva.

La magnitud real de la presión atmosférica varía con el lugar y con las condiciones

climatológicas. A nivel del mar, la presión atmosférica estándar es de 101.325 pascales

(absoluta) = 14 pascales (absoluta) = 14 69 psi (absoluta) ,69 psi (absoluta).

El manómetro de Bourdon es el medidor de presión de tubo de Bourdon. Un tubo de

paredes delgadas, de forma oval, formando un aro circular de aproximadamente 270°.

Este tubo esta rígidamente unido a la estructura metálica en el extremo donde la

presión es admitida al tubo y se puede mover libremente en el otro extremo, el cual

esta sellado.




PARTES DE UN MANOMETRO DE BOURDON

III. FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO

Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios

mililitros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios

miles de metros cúbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigación de agua o

agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalación de medición en particular,

debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo así como el

rango de las variaciones esperadas.

Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y operado

adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La

mayoría de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen

tener una exactitud de más del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores

importantes cuando se requiere de una gran exactitud.




Pérdida de presión: debido a que los detalles de construcción de los distintos

medidores son muy diferentes, éstos proporcionan diversas cantidades de pérdida de

energía o pérdida de presión conforme el fluido corre a través de ellos. Excepto

algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una

restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la pérdida

de energía.

Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra

afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideración básica es si

el fluido es un líquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la

viscosidad, la temperatura, la corrosión, la conductividad eléctrica, la claridad óptica,

las propiedades de lubricación y homogeneidad.

Calibración: se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos

fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo

real versus indicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en

forma 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 de fluido.

IV. TUBERÍAS

Una gran variedad de tubos y otros conductos se encuentra disponible para el

abastecimiento de líquidos y gases a los componentes mecánicos, o desde una fuente

de abastecimiento a una máquina.

Se necesita adquirir familiaridad con los tubos y sus accesorios no solamente para

realizar dibujos de tubería, sino porque el tubo se utiliza frecuentemente como material

de construcción. Es necesario también tener en cuenta el conocimiento de las roscas

de tubo ya que con frecuencia es necesario representar y especificar agujeros

aterrajados para recibir tubos de abastecimiento de líquidos y gases.




Existen en el mercado diferentes tipos de tubos según su función y según su material

de fabricación.

A. TUBERÍA METÁLICA

El tubo estándar norteamericano de acero o de hierro dulce o forjado hasta de 12

pulg. de diámetro se designa por su diámetro interno nominal, el cual difiere algo

del diámetro interno real. Se encuentran en uso común tres tipos de tubo: estándar,

extrafuerte o reforzado y doblemente reforzado. En el mismo tamaño nominal, los

tres tipos tienen el mismo diámetro exterior que el tubo estándar, encontrándose el

incremento de espesor de los tipos extrafuerte y doblemente reforzado en la parte

interior. Así, el diámetro exterior del tubo de 1 pulg. nominal, en los tres tipos, es de

1.315 pulg., siendo el diámetro interior del tipo estándar 1.05 pulg., del tipo

reforzado 0.951 pulg. y del doblemente reforzado 0.587 pulg.

Todos los tubos de diámetro mayor de 12 pulg. se designan por sus diámetros

exteriores y se especifican por su diámetro exterior y el espesor de pared. Los

tubos para calderas, de todos los tamaños, se designan por sus respectivos

diámetros exteriores.

Los tubos de latón, cobre, acero inoxidable y aluminio tienen los mismos diámetros

nominales que los de hierro, pero tienen secciones de pared más delgadas.

El tubo de plomo y los revestidos interiormente de plomo se usan en trabajos de

química. El tubo de fundición se emplea en las condiciones subterráneas de agua o

gas y para desagües de edificios.

Muchos otros tipos de tubo se encuentran en uso más o menos general y se

conocen por sus nombres comerciales, tales como tubo hidráulico, tubo comercial

para revestimiento de pozos, tubo API etc. Los detalles se encuentran en los

catálogos de los fabricantes.

La mayoría de las instalaciones de tubería de diámetro pequeño de casa

habitación, edificios e industrias, para la conducción de agua caliente y fría, se

hacen con tuberías de cobre y accesorios para junta soldada.




B. TUBOS FLEXIBLES Y OTROS ESPECIALES

Los tubos metálicos flexibles sin soldadura se usan para trasportar vapor, gases y

líquidos en todos los tipos de máquinas, tales como locomotoras, motores Diesel,

prensas hidráulicas, etc., en los cuales existan vibraciones, en donde las salidas o

escapes no estén alineados y en donde haya partes móviles.

Los tubos de cobre se encuentran en el comercio en diámetros nominales de 1\8 a

12 pulg. y en 4 tipos conocidos como K, L, M y O. El tipo K es extrapesado duro, el

L es pesado duro, el M es estándar duro y el O es ligero duro. Los tubos para

caldera se designan todos por su diámetro exterior.

Los tubos especiales se fabrican en una gran variedad de materiales, como vidrio,

acero, aluminio, cobre, latón, bronce al aluminio, asbesto, fibra, plomo y otros.

C. TUBO DE PLÁSTICO

Como el tubo de plástico no se corroe y tiene resistencia para un amplio grupo de

substancias químicas industriales, se emplea mucho en lugar del tubo metálico. El

cloruro de polivinilo, el polietileno y el estireno son los materiales plásticos básicos.

El cloruro de polivinilo es el de uso más extenso. No sostiene la combustión, no es

magnético ni produce chispas, no comunica olor ni sabor alguno a su contenido, es

ligero, tiene baja resistencia al movimiento de fluidos, resiste a la intemperie y se

dobla con facilidad y se une por medio de cementos adherentes disueltos, o bien,

en los de gran peso, por medio de rosca. Sus limitaciones principales son su mayor

costo, su bajo límite de temperatura y sus bajos limites de presión. Además, no es

resistente a todos los disolventes, requiere más soportes y se contrae o dilata más

que el acero.

El tubo metálico revestido interiormente de plástico tiene la ventaja de combinar la

resistencia mecánica del metal con la resistencia química del plástico.




CLASIFICACIONES PRINCIPALES DE LOS TUBOS Y EJEMPLOS DE APLICACIONES

Identificación del tubo Usos Estándar

De presión

Para conductos

Para pozos de agua

Artículos tubulares para campos petrolíferos

Tubo para servicio mecánico (estructural), tubo para servicio de baja presión, tubo para refrigeración (para máquinas de hielo), tubo para pistas de hielo, tubo para desflemadoras.

Tubo para conducir líquidos, gases o vapores, servicio para temperatura o presión elevadas, o ambas cosas.

Tubo con extremos roscados o lisos para gas, petróleo o vapor de agua.

Tubo, escareado y mandrilado, para hincar y de revestimiento para pozos de agua, tubo hincado para pozos, tubo para bombas, tubo para bombas de turbina.

Tubo de revestimiento para pozos, cañería de perforación.

D. JUNTAS PARA TUBOS COMUNES

Los tubos comunes se unen por métodos que dependen del material y de las

demandas del servicio. Los tubos de acero, hierro forjado, latón o bronce,

generalmente llevan rosca y se atornillan en un manguito o en otro accesorio. La

junta de brida atornillada se desensambla fácilmente para limpieza o reparación.

También existe las juntas permanentes soldadas, las juntas de anillo. Los tubos de

fundición no pueden soldarse ni roscarse satisfactoriamente, por ello se emplean

para unirlo juntas de enchufe y cordón llamadas también de campana y espiga,

calafateadas y emplomadas.

E. JUNTAS DE TUBOS FLEXIBLES Y ESPECIALES

Tubos flexibles y especiales se emplean corrientemente para conectar pequeños

tramos para el servicio de gas o líquidos. Las tuberías unidas con accesorios

abocinados y abocinados invertidos pueden desensamblarse sin causar un daño

serio alas juntas, y pueden usarse para presiones de regular intensidad. La junta de




compresión se emplea para presiones menores y cuando no se necesita abrir y

volver a ensamblar la junta periódicamente.

F. ACCESORIOS PARA TUBOS

Los accesorios para tubos son las piezas usadas para conectar y formar la tubería.

Generalmente son de fundición o de fundición maleable, excepto los acoplamientos

o coples, los cuales son de hierro forjado o maleable. El latón y otras aleaciones se

emplean para usos especiales. Los accesorios de acero soldados a tope se

emplean para unir tuberías de acero. Los accesorios para junta soldada con

soldadura de hojalatero se emplean unir tubos de cobre. Los accesorios de

fundición, del tipo de enchufe y cordón, se emplean para unir tubos de fundición.

Los codos, se utilizan para cambiar la dirección de una tubería, ya sea a 90 o a 45.

El codo de servicio, o codo macho y hembra, tiene rosca macho en uno de sus

extremos, lo cual elimina una junta si se emplea como accesorio.

Las TES, conectan tres tubos y las cruces cuatro. Las laterales se fabrican con la

tercera abertura a 45 o 60 del eje principal del accesorio.

Las secciones rectas de tubo se fabrican en longitudes de 12 a 20 pies y se

conectan por medio de coples. Estos son cilindros cortos, roscados en su interior.

Un cople a la derecha tiene roscas a la derecha en ambos extremos. Para cerrar un

sistema de tubería, aunque es preferible una unión, se usa algunas veces un cople

a derecha y a izquierda. Un reductor es semejante a un cople, pero tiene sus dos

extremos roscados para tubos de diferente diámetro. Los tubos se conectan

también rascándolos dentro de bridas o platinas de fundición y uniendo las bridas

por medio de pernos. A no ser que las presiones presentes sean muy bajas, se

recomienda las juntas de brida para todos los sistemas que requieran tubo de mas

de 4 pulg. de diámetro.

Para reducir el tamaño de una abertura se emplea una boquilla de reducción

(bushing).




Las uniones o tuercas de unión se usan para cerrar sistemas y conectar tubos que

hayan de demostrarse ocasionalmente. Una unión roscada esta compuesta de tres

piezas, dos de las cuales, van atornilladas firmemente a los extremos de los tubos

que se conectan. La tercera pieza, las presiona hasta juntarlas, formando la

empaquetadura una junta hermética. Se fabrican también uniones de junta

esmerilada o rectificad o con formas metálicas especiales de juntas en vez de

empaquetadura. Las uniones de bridas o platinas se emplean en gran variedad de

formas para tamaños grandes de tubos.

La forma usual de unir tubos es por medio del atornillado de bridas fundidas o

forjadas que forman parte integral del tubo o accesorio, bridas roscadas, bridas

sueltas sobre los tubos con los extremos montados y bridas dispuestas para

soldarse. La brida roscada es satisfactoria para presiones de vapor bajas y medias.

La unión montada se permite en los mismos tamaños y capacidades nominales de

servicio que las juntas con bridas integrales; es muy usada en los trabajos de alta

calidad. Con la junta de anillo se puede mantener una presión mayor con el mismo

esfuerzo total en los tornillos que la que se puede tener con la tipo de junta de

empaquetadura plana. La junta soldada elimina la posibilidad de fugas entre la brida

y el tubo; se emplea con éxito en las tuberías sujetas a altas temperaturas y

presiones y fuertes deformaciones por dilatación. La brida de collar para soldar se

consigue en los diversos tamaños de tubo.

G. VÁLVULAS

Existen diferentes tipos de válvulas usadas en la tubería, tal como la válvula de

compuerta usada para agua y otros líquidos, que permite su circulación o paso en

línea recta, también esta la válvula de macho o cono que se cierra y se abre con un

cuarto de vuelta, esta también la válvula de retención de bola y la válvula de

retención de charnela que permite la circulación en un solo sentido. Existe también

la válvula de globo usada para estrangular la corriente de vapor u otros fluidos y la

válvula de mariposa, que se cierra y se abre con un cuarto de vuelta, pero no cierra

tan herméticamente como para impedir el paso de vapor, y se usa solamente como

registro o para retención. Para líquidos densos se prefiere la válvula de retención de

bola.




TIPOS DE TUBERÍAS MÁS USUALES, CON SU RUGOSIDAD Y TIPO DE UNIÓN

TIPO TUBERÍA

RUGOSIDAD EN METROS

COEFICIENTE DE MANNING

COEFICIENTE DE HAZEN WILLIAMS

DIÁMETROS COMERCIALES EN PULGADAS

TIPOS DE UNIÓN

PVC LISO** 0.009 150

1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/4 - 1 1/2 - 2 - 2 1/2 - 3 - 4 - 6 - 8 - 10 - 12 -

14

Soldadura disolvente

(unión química ) - Conexiones campana y

espigo a presión

HIERRO GALVANIZ

ADO

0.00015 A 0.00020

0.015 1301/2 - 3/4 - 1 -

1 1/4 - 1 1/2 - 2 - 3 - 4

Campana espigo - A

presión con empaque de

caucho - Mecánicas -

Bridadas - De bola -De rosca -

Victaulic - Dresser

HIERRO FUNDIDO

0.00025 A 0.00050

0.013 1301/2 - 3/4 - 1 -

1 1/4 - 1 1/2 - 2 - 3 - 4

Campana espigo - A

presión con empaque de

caucho - Mecánicas -

Bridadas - De bola -De rosca -

Victaulic - Dresser

ACERO0.0004 A 0.0006

0.012 140

1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/2 - 2 - 2 1/2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 8 - 10 - 12 - 16 - 18

- 20 - 24 - 30

A presión - Mecánicas - Soldadura – Remachada

COBRE LISO** 0.011 140

1/4 - 3/8 - 1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/4 -

1 1/2 - 2 - 2 1/2 - 3 - 4

Campana - De rosca –

Mecánica

(**) Para tubos lisos, el valor de e es de 0.00001 metros o menos

H. TIPOS DE UNIONES

o Campana y espigo:

Es un tipo de junta integral, compuesta por una embocadura o campana en la que

se introduce la espiga. Esta espiga está mecanizada al objeto de alojar una o dos




juntas teóricas en material elastómero. La finalidad de las mismas es la de asegurar

la estanqueidad de la unión por presión contra la pared interior de la campana. Esta

junta no tiene resistencia axial y es muy apropiada para tubería enterrada por su

facilidad y rapidez de montaje.

Se usa plomo como material sellante, después de la unión es envuelta con hilo de

estopa, han sido en su mayoría remplazadas por uniones a presión con empaques

de caucho.

o A presión con empaque de caucho:

Son mucho más fáciles de ensamblar y menos probable que tengan escapes como

resultado de desplazamientos que ocurran terminada la construcción.




o Mecánicas :

Están disponibles tanto con anillos de seguro como sin ellos. La unión sin seguro no

puede resistir mucha presión y es a veces usada con barras de empate roscadas

que transfieren las cargas longitudinales a secciones adjuntas con el fin de

desarrollar más resistencia en el suelo.

o Bridadas :

Es fabricada roscando los bordes de la tubería y atornillando las bridas en los

bordes. Las bridas son hechas con delgadas caras paralelas, insertándose un

empaque para asegurar un ajuste hermético al agua. Esta unión nunca es

enterrada, ya que la corrosión puede hacer muy difícil su posterior desmonte.




o Bola flexible :

Permiten la inclinación de la secciones de unión hasta 15º. Un empaque de caucho

asegura el sello hermético al agua en una unión por demás metálica. Esta unión es

usada en circunstancias en las cuales se prevén grandes deformaciones.

o De rosca :

Son usadas en distribución interna de edificaciones, en proyectos a gran escala,

están provistas de bridas.

o Unión química :

La unión química consiste en el vendado de las dos partes a unir con el mismo

material de base, obteniéndose así uniones sin intercalar ninguna pieza o

mecanismo para realizar conducciones monolíticas. La longitud y el espesor de la

unión dependen del diámetro de la tubería y de las condiciones de servicio. Esta

unión resiste esfuerzos de tracción axial.




V. PRINCIPIO DE BERNOULLI

El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de

Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea

de corriente, y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen

de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece

constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento

consta de tres componentes:

Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli)

consta de estos mismos términos.

Dónde:

V = velocidad del fluido en la sección considerada.

ρ = densidad del fluido.

P = presión a lo largo de la línea de corriente.

g = aceleración gravitatoria

z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el flujo de agua en tubería.

A. CARACTERÍSTICAS Y CONSECUENCIAS

Cada uno de los términos de esta ecuación tiene unidades de longitud, y a la vez

representan formas distintas de energía; en hidráulica es común expresar la

energía en términos de longitud, y se habla de altura o cabezal, esta última




traducción del inglés head. Así en la ecuación de Bernoulli los términos suelen

llamarse alturas o cabezales de velocidad, de presión y cabezal hidráulico, del

inglés hydraulic head; el término z se suele agrupar con P / γ para dar lugar a la

llamada altura piezométrica o también carga piezométrica.

También podemos reescribir este principio en forma de suma de presiones

multiplicando toda la ecuación por γ, de esta forma el término relativo a la velocidad

se llamará presión dinámica, los términos de presión y altura se agrupan en la

presión estática.

VI. ECUACIÓN DE BERNOULLI Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

El teorema de Bernouilli es un principio físico que implica la disminución de la

presión de un fluido (líquido o gas) en movimiento cuando aumenta su

velocidad. Fue formulado en 1738 por el matemático y físico suizo Daniel

Bernoulli, y anteriormente por Leonhard Euler. El teorema afirma que la energía

total de un sistema de fluidos con flujo uniforme permanece constante a lo largo

de la trayectoria de flujo. Puede demostrarse que, como consecuencia de ello,

el aumento de velocidad del fluido debe verse compensado por una disminución

de su presión.

El teorema se aplica al flujo sobre superficies, como las alas de un avión o las

hélices de un barco. Las alas están diseñadas para que obliguen al aire a fluir

con mayor velocidad sobre la superficie superior que sobre la inferior, por lo que

la presión sobre esta última es mayor que sobre la superior. Esta diferencia de

presión proporciona la fuerza de sustentación que mantiene al avión en vuelo.

Una hélice también es un plano aerodinámico, es decir, tiene forma de ala. En




este caso, la diferencia de presión que se produce al girar la hélice proporciona

el empuje que impulsa al barco. El teorema de Bernoulli también se emplea en

las toberas, donde se acelera el flujo reduciendo el diámetro del tubo, con la

consiguiente caída de presión. Asimismo se aplica en los caudalímetros de

orificio, tubos de venturi, que miden la diferencia de presión entre el fluido a

baja velocidad que pasa por un tubo de entrada y el fluido a alta velocidad que

pasa por un orificio de menor diámetro, con lo que se determina la velocidad de

flujo y, por tanto, el caudal.

El flujo de fluidos es complejo y no siempre puede ser estudiado de forma

exacta mediante el análisis matemático, las partículas de un fluido en

movimiento pueden tener diferentes velocidades y estar sujetas a distintas

aceleraciones. Los tres principios fundamentales que se aplican al flujo de

fluidos son:

El principio de conservación de la masa, a partir del cual se establece la

ecuación de continuidad.

El principio de conservación de la energía, a partir del cual se deducen ciertas

ecuaciones aplicables al flujo.

El principio de conservación de cantidad de movimiento, a partir del cual se

deducen ecuaciones para calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por los

fluidos en movimiento.

En primer lugar el principio de conservación de la masa demuestra que para un

flujo permanente, la masa de fluido que atraviesa cualquier sección de una

corriente de fluido por unidad tiempo es constante:

ρ1 S1 v1=ρ2S2v2




Para fluidos incompresibles (1=2) y para los casos prácticos se tiene que

el caudal (S·v) es constante:

Q=S1v1=S2v2=cte

Todo fluido en movimiento lleva asociado una energía. En los problemas de

flujo de fluidos la energía aparece de tres formas distintas: potencial, cinética y

energía de presión.

La energía de potencial se refiere a la energía que posee un elemento de fluido

debido a su elevación respecto a una cota de referencia z, y viene determinada

cuantitativamente por el producto del peso del elemento por la distancia vertical

de éste a dicha cota.

EP=m·g·z

La energía cinética está asociada a la velocidad que lleva cada elemento de

fluido, y se puede calcular como el semiproducto de la masa de cada elemento

de fluido por el cuadrado de su velocidad.

EC=12·m·v2

Por último la energía de presión o de flujo, es la cantidad de trabajo que se

requiere para forzar al fluido a moverse a través de cierta distancia contra la

presión. Se calcula determinando el trabajo necesario para mover el elemento

de fluido una distancia igual a la longitud del segmento recorrido d.

E f=P·S·d




La energía total es la suma de las energías potencial, cinética y de presión ,

teniendo en cuenta que (S·d) es el volumen del elemento de estudio se puede

reemplazar por (m·g/), siendo el peso específico del fluido:

ET=m·g·z+12·m·v2+P·(m·gγ )

Dividiendo entre el peso del fluido (m·g) en todos los términos de la ecuación

de la energía, se obtiene la energía total como altura total h, ya que en los

problemas de mecánica de fluidos e hidráulica es conveniente manejar la

energía como carga, altura de carga o cantidad de energía por unidad de peso

del fluido.

h=z+( v22· g )+(Pγ )La energía que posee un fluido en movimiento está integrada por la energía

interna y las energías debidas a la presión , a la velocidad y a la posición en el

espacio. Para flujos permanentes de fluidos incompresibles, con variaciones en

la energía interna despreciables, se tiene la siguiente expresión , conocida

como el teorema de Bernouilli, que surge al aplicar el principio de conservación

de la energía al flujo de fluidos:

( P1γ +v12

2 · g+z1)+h A−hP−hE=( P2γ +

v22

2 · g+z2)

Siendo hA, hP y hE, la energía añadida, perdida y extraída, respectivamente,

representadas como carga de altura.




Esta ecuación puede simplificarse para el caso ideal de un flujo sin perdida de

carga entre dos puntos de una conducción.

P1γ

+v12

2 · g+z1=

P2γ

+v22

2· g+z2=cte

Aplicando la ecuación de Bernouilli a fluidos reales debemos considerar los

fenómenos de rozamiento debido a la viscosidad de los fluidos.

P1γ

+v12

2 · g+z1−F r=

P2γ

+v22

2· g+ z2

De la primera ley de la termodinámica se puede concluir una ecuación estéticamente

parecida a la ecuación de Bernouilli anteriormente señalada, pero conceptualmente

distinta. La diferencia fundamental yace en los límites de funcionamiento y en la

formulación de cada fórmula. La ecuación de Bernoulli es un balance de fuerzas sobre

una partícula de fluido que se mueve a través de una línea de corriente, mientras que

la primera ley de la termodinámica consiste en un balance de energía entre los límites

de un volumen de control dado, por lo cual es más general ya que permite expresar los

intercambios energéticos a lo largo de una corriente de fluido, como lo son las pérdidas

por fricción que restan energía, y las bombas o ventiladores que suman energía al

fluido. La forma general de esta, llamémosla, "forma energética de la ecuación de

Bernoulli" es:

A. APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI

Chimenea




Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante

y elevada a mayores alturas. Cuanto más rápidamente sopla el viento sobre la boca de

una chimenea, más baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base

y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se extraen mejor.

Tubería

La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si

reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido

que pasa por ella, se reducirá la presión.

Natación

La aplicación dentro de este deporte se ve reflejado directamente cuando las manos

del nadador cortan el agua generando una menor presión y mayor propulsión.

Carburador de automóvil

En un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo del

carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presión, la

gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.

Flujo de fluido desde un tanque

La tasa de flujo está dada por la ecuación de Bernoulli.

Dispositivos de Venturi

En oxigenoterapia, la mayor parte de sistemas de suministro de débito alto utilizan

dispositivos de tipo Venturi, el cual está basado en el principio de Bernoulli.

B. RESTRICCIONES DE LA ECUACION DE BERNOULLI




Es válida solamente para fluidos incompresibles, puesto que el peso específico del

fluido se tomó como el mismo en las dos secciones de interés.

No puede haber dispositivos mecánicos entre las dos secciones de interés que

pudieran agregar o eliminar energía del sistema, ya que la ecuación establece que

la energía total del fluido es constante.

No puede haber transferencia de calor hacia adentro o afuera del sistema.

No puede haber pérdidas de energía debidas a la fricción

VII. EFECTO VENTURI

El efecto 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 recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi.

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.




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. 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.

TUBO VENTURI

ELEMENTOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS

Cualquier sistema de medición está constituido por dos partes distintas, cada una con una función

diferente. La primera, conocida como elemento primario, es la parte del sistema que está en

contacto directo con el agua y proporciona algún tipo de interacción con el flujo. La segunda, el

elemento secundario, es la parte del sistema que transforma estas interacciones en lecturas o

registros deseados.




El tubo Venturi se compone de tres secciones, como se muestra en la figura anterior.

1. Entrada

2. Garganta

3. Salida

La sección de entrada tiene un diámetro inicial igual al diámetro de la tubería y una sección cónica

convergente que termina con un diámetro igual al de la garganta: la salida consiste en una sección

cónica divergente que concluye con el diámetro de la tubería.

Es esencial que el flujo entrando al Venturi sea uniforme. Por lo tanto, un largo tramo continuo con

tubería recta aguas arriba y aguas debajo de la localización del Venturi es deseable para mejorar

la precisión en la medición del flujo. Los requerimientos de tubería recta dependen del accesorio

aguas arriba del medidor.

El tubo Venturi clásico puede construirse de cualquier material, incluso de plástico. En la figura se

aprecian las dimensiones de un tubo Venturi y la ubicación de las tomas de presión.




Cuando el tubo Venturi es pequeño (diámetros de 2 a 10 pulg) el medidor puede fabricarse

mediante una pieza fundida. Para tamaños más grandes (diámetros de 8 a 48 pulg), su

construcción se facilita mediante la soldadura de piezas separadas.

1. MATERIALES, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS

Tubos de acero, de diferente medida.

Reducciones

Manómetros PIVOT

2. ARMADO DEL TUBO VENTURI

A. Armar los tubos y reducciones de acero.




B. Acondicionar los manómetros.

C. Incluir el resto de tuberías de acero y colocar una válvula para regular el flujo de agua,

quedando como se muestra en la siguiente figura.


http://www.google.com.pe/imgres?q=tubo+venturi&um=1&hl=es&rlz=1R2TSNA_esPE396&biw=1170&bih=515&tbm=isch&tbnid=TlNDq28zbkANiM:&imgrefurl=http://video-hned.com/TUBOS+DE+VENTURY/&docid=8OxtPr8VwvnhPM&w=480&h=360&ei=KLeTTvqAENK4tweAvOSGBw&zoom=1



3. TOMA DE DATOS

Los datos que podemos obtener, realizando una práctica en laboratorio, son caudal, a

través de los manómetros obtener las presiones en los puntos A y B en las unidades

InH2O, que es equivalente a 249.089Pa.


A B



CONCLUSIONES

A Través de este procedimiento podemos calcular la velocidad del fluido, en los puntos A y

B.

Conocer las Presiones en los Puntos A y B

Obtener un Caudal, el cual discurre por el Tubo Venturi.

SUGERENCIAS

El medidor no debe ubicarse en el punto más alto de la tubería, donde puede acumularse

aire.

El medidor debe colocarse en un tramo de tubería libre de perturbaciones tales como

pulsaciones u ondulaciones.

El medidor debe limpiarse cuidadosamente antes y después de su uso.

El medidor debe instalarse correctamente en relación al sentido del flujo.




BIBLIOGRAFIA

LIBROS, FOLLETOS, APUNTES, ENTRE OTROS

Material de clase (Copias entregadas por el docente)

Serie autodidactica de medición – Iván R. Acosta

Mecánica de fluidos - 3ra ed merl potter

Mecánica de fluidos - irving h shames

Mecánica de los fluidos - streeter

PAGINAS VIRTUALES

http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s06.htm

http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_de_fluidos/08_09/II.2.%20FLUJO%20INTERNO%200809.pdf

http://aguas.igme.es/igme/publica/libros2_TH/art2/pdf/teoria.pdf


http://aguas.igme.es/igme/publica/libros2_TH/art2/pdf/teoria.pdf



http://www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s06.htm

Tubo Venturi

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