Tubo De Venturi Gustavo - Copia.docx

Escuela Académico Profesional de Mecánica-Electricidad

Curso: LABORATORIO DE ENERGIA Tema: Medición de caudales en conductos cerrados por el método del tubo de Venturi. Informe/Práctica/ Laboratorio 03 Versión 03 Fecha Versión 27/06/2018 Sección: VI-IME01

Grupo: 01

Apellidos y nombres

Compuesto por:

Nº Carné

BERROCAL HUAMAN GUSTAVO CASTILLON JORGE JUAN DIEGO MACHADO CHANCA JUAN CARLOS VILLAVICENCIO CHAVEZ MICHAEL

20152110 20152114 20152132 20150874

Observaciones (Profesor) Incompleta Mala Presentación Mal Tablas Mal Gráficas Comentarios (Profesor)

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Calificación

1. INTRODUCCION El principio de Bernoulli o ecuación de Bernoulli cuantifica la energía por unidad de peso de un flujo laminar de un fluido ideal moviéndose a lo largo de una corriente, está dado por la siguiente relación: 1 𝑝 𝐵 = 𝑣⃑ · 𝑣⃑ + + ℎ 2𝑔 𝛾 , donde 𝑣⃑ representa la velocidad del flujo, 𝑝 la presión y ℎ una cota de referencia. Si la viscosidad no es factor predominante en el flujo, la energía por unidad de peso (Bernoulli) del flujo se conserva, ya sea en todo el campo (flujos irrotacionales) o bien a lo largo de líneas de corriente o vorticosas (flujos rotacionales). Cuando el flujo está en presencia de esfuerzos viscosos, éstos actúan como fuerzas de rozamiento que causan pérdidas de energía en forma de calor, causando que el Bernoulli no sea constante. Un efecto de gran importancia que puede ser explicado mediante la suma de Bernoulli y su conservación en las condiciones previamente mencionadas es el efecto Venturi, que consiste en la disminución de la presión de los fluidos al aumentar su velocidad al pasar por una reducción de la sección de escurrimiento. Dicho efecto tiene diversas aplicaciones en la ciencia e ingeniería, por ejemplo, en aeronáutica el diseño de las alas de los aviones obedece a este principio, ya que el aire, al pasar con mayor velocidad en la sección más convexa del ala de un avión (parte superior), genera una disminución de la presión arriba, contribuyendo en que el avión se eleve. Por su parte, en la industria automotriz, el efecto Venturi es utilizado en los carburantes de los vehículos, aspirando carburante por dicho efecto. También tiene aplicaciones en odontología, neumología, hidráulica, etc. Es posible visualizar el efecto Venturi, de manera sencilla, mediante un tubo de Venturi. Este tubo consta de un estrechamiento en su sección media a modo de producir una aceleración en el flujo y una disminución de la presión. Para observar la variación de las presiones a lo largo del tubo, se conectan a él otros tubos de menor diámetro que aspiran el fluido de la sección generando una altura de líquido cuantificada mediante una gradación milimetrada. La figura 1 ilustra un tubo de Venturi y la visualización de dicho efecto.

2

2. OBJETIVOS En la experiencia, se utilizó un tubo de Venturi con 2 aberturas para determinar las diferencias de altura de presión en el punto A y punto B. El objetivo principal al cual está sujeto la realización del presente informe, consiste en estudiar el caudal con el tubo de Venturi previamente descrito. 3. MARCO TEORICO 3.1 ¿Qué es la ecuación e bernoulli o trinomio de Bernoulli? Describe el comportamiento de un fluido a lo a largo de una corriente de agua fue expuesta por Daniel Bernoulli en 1738 en su obra hidrodinámica. La ecuación de Bernoulli Consta de tres componentes:  cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido  potencial o gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea  energía de presión: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. 3.2 ¿Qué nos dice la ecuación de Bernoulli? 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 (conservación de la energia).

3

𝑣2𝓅 + 𝑝 + 𝑝𝑔𝑧 = 𝑐𝑡𝑒 2 V= Velocidad del fluido e la sección considerada. 𝓅 = 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.

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:  Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.  Caudal constante  Flujo incompresible, donde ρ es constante.  La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo laminar.

4. Efecto Venturi El efecto Venturi consiste en un fenómeno en el que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor.

4.1 Explicación 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 tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente. 𝑣12 𝑝1 𝑣22 𝑝2 + + 𝑧1 = + + 𝑧2 2𝑔 𝛾 2𝑔 𝛾  V = velocidad del fluido en la sección considerada.  g = aceleración gravitatoria, g ≈ 9,81 m/s2.

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 P = presión en cada punto de la línea de corriente.  γ =es el peso específico (γ= p.g) Este valor se asume constante a lo largo del recorrido cuando se trata de un fluido incompresible.  z = altura, en vertical, sobre una cota de referencia.

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.

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1. MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION 1 unidad de Hoja de sierra y arco de sierra. 12 unidades Silicona en barra y una pistola. 2 unidades botellas de plástico. 2 unidades reducciones de 2” ½ a 1”. Dos unidades de uniones universales de 1”. 1 unidad Cinta métrica. 1 unidad de Pegamento para PVC. 2 pulgadas de longitud de Tubo de ½ de agua PVC. 50 cm Manguera de nivel. 2 unidades de un perfil de aluminio tipo “U” 2 unidades de válvula de cámara de llanta.

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Tomando los cálculos de la experiencia del Venturi metro.

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2. MEDICIÓN Se realizó 5 mediciones: VOLUMEN =5 L Primera medición: ℎ1 = 28.5𝑐𝑚 = 0.285𝑚 ℎ2 = 4.5𝑐𝑚 = 0.045𝑚 T=18s Segunda medición: ℎ1 = 29.8𝑐𝑚 = 0.298𝑚 ℎ2 = 5.5𝑐𝑚 = 0.055𝑚 T=18.19s Tercera medición: ℎ1 = 31𝑐𝑚 = 0.31𝑚 ℎ2 = 5.8𝑐𝑚 = 0.053𝑚 T=18.81s Cuarta medición: ℎ1 = 32.5𝑐𝑚 = 0.325𝑚 ℎ2 = 7.7𝑐𝑚 = 0.077𝑚 T=18.86s Quinta medición: ℎ1 = 32.3𝑐𝑚 = 0.323𝑚 ℎ2 = 7.5𝑐𝑚 = 0.075𝑚 T=18.17s

3. CALCULOS 1

1

2

2

𝐷 = 2 Pulg 𝑑 =

𝑃𝑢𝑙𝑔

𝐶𝑞 =

1 √1 − 𝑚2

𝑑2 𝑚= 2 𝐷 𝐷2 𝑆= 𝜋𝑥 𝑚 4

8

𝐾𝑔 𝑚3 𝑚 𝑔 = 9.8 2 𝑠 𝛾 = 1000

CASO 1 CAUDAL TEORICO 0.01272 𝑚= 0.06352 𝑚 = 0.04 0.06352 𝑆= 𝜋𝑥 4 𝑆 = 3.16 𝑥 10−3 𝐶𝑞 =

1 √1 − 0.042

𝐶𝑞 = 1 𝑉2 =

1 √1 − 0.042

𝑥 √

2(9.8)(0.285 − 0.045) 1000

𝑉2 = 1 𝑥 0.0686 𝑉2 = 0.0686 𝑄 = 𝑉2 𝑥 𝑆1 𝑄𝑡 = 21.68 𝑥 10−5

CAUDAL REAL Qr =

V 𝑇 Qr =

5 = 0.27 18 𝑸𝒓 = 𝟎. 𝟐𝟕

CAUDAL REAL

𝑸𝒕 = 𝟎. 𝟐𝟏𝟔𝟖

CAUDAL TEORICO

9

CASO 2 CAUDAL TEORICO 0.01272 𝑚= 0.06352 𝑚 = 0.04 𝑆= 𝜋𝑥

0.06352 4

𝑆 = 3.16 𝑥 10−3 𝐶𝑞 =

1 √1 − 0.042

𝐶𝑞 = 1 𝑉2 =

1 √1 − 0.042

𝑥 √

2(9.8)(0.298 − 0.055) 1000

𝑉2 = 1 𝑥 0.069 𝑉2 = 0.069 𝑄 = 𝑉2 𝑥 𝑆1 𝑄𝑡 = 21.8 𝑥 10−5

CAUDAL REAL V 𝑇 5 Qr = = 0.278 18 Qr =

CAUDAL REAL

𝑸𝒓 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟖

CAUDAL TEORICO

𝑸𝒕 = 𝟎. 𝟐𝟏𝟖

10

CASO 3 CAUDAL TEORICO 𝑚=

0.01272 0.06352

𝑚 = 0.04 0.06352 𝑆= 𝜋𝑥 4 𝑆 = 3.16 𝑥 10−3 𝐶𝑞 =

1 √1 − 0.042

𝐶𝑞 = 1 𝑉2 =

1 √1 − 0.042

𝑥 √

2(9.8)(0.31 − 0.058) 1000

𝑉2 = 1 𝑥 0.0728 𝑉2 = 0.0728 𝑄 = 𝑉2 𝑥 𝑆1 𝑄𝑡 = 22.2 𝑥 10−5

CAUDAL REAL Qr =

V 𝑇 Qr =

5 18.19

= 0.275

CAUDAL REAL

𝑸𝒓 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟓

CAUDAL TEORICO

𝑸𝒕 = 𝟎. 𝟐𝟐𝟐

11

CASO 4 CAUDAL TEORICO 𝑚=

0.01272 0.06352

𝑚 = 0.04 0.06352 𝑆= 𝜋𝑥 4 𝑆 = 3.16 𝑥 10−3 𝐶𝑞 =

1 √1 − 0.042

𝐶𝑞 = 1 𝑉2 =

1 √1 − 0.042

𝑥 √

2(9.8)(0.325 − 0.077) 1000

𝑉2 = 1 𝑥 0.0697 𝑉2 = 0.0697 𝑄 = 𝑉2 𝑥 𝑆1 𝑄𝑡 = 22.03 𝑥 10−5

CAUDAL REAL Qr =

V 𝑇 Qr =

5 18.86

= 0.265

𝑸𝒓 = 𝟎. 𝟐𝟔𝟓

CAUDAL REAL

𝑸𝒕 = 𝟎. 𝟐𝟐𝟎𝟑

CUDAL TEORICO

12

CASO 5 CAUDAL TEORICO

𝑚=

0.01272 0.06352 𝑚 = 0.04

0.06352 𝑆= 𝜋𝑥 4 𝑆 = 3.16 𝑥 10−3 𝐶𝑞 =

1 √1 − 0.042

𝐶𝑞 = 1 𝑉2 =

1 √1 − 0.042

𝑥 √

2(9.8)(0.323 − 0.075) 1000

𝑉2 = 1 𝑥 0.0698 𝑉2 = 0.031 𝑄 = 𝑉2 𝑥 𝑆1 𝑄𝑡 = 22 𝑥 10−5

CAUDAL REAL Qr =

Qr =

V 𝑇

5 = 0.275 18.17

CAUDAL REAL

𝑸𝒓 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟓

CUDAL TEORICO

𝑸𝒕 = 𝟎. 𝟐𝟐

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CUADRO DE DATOS OBTENIDOS EN LA EXPERIENCA PRUEBAS

1

2

3

4

5

H1

𝟎. 𝟐𝟖𝟓𝒎

𝟎. 𝟐𝟗𝟖𝒎

𝟎. 𝟑𝟏𝒎

𝟎. 𝟑𝟐𝟓𝒎

𝟎. 𝟑𝟐𝟑𝒎

H2

𝟎. 𝟎𝟒𝟓𝒎

𝟎. 𝟎𝟓𝟓𝒎

𝟎. 𝟎𝟓𝟑𝒎

𝟎. 𝟎𝟕𝟕𝒎

𝟎. 𝟎𝟕𝟓𝒎

T

18s

18.19s

18.81s

18.86s

18.17s

V

5L

5L

5L

5L

5L

Qr

𝟎. 𝟐𝟕

𝟎. 𝟐𝟕𝟖

𝟎. 𝟐𝟕𝟓

𝟎. 𝟐𝟔𝟓

𝟎. 𝟐𝟕𝟓

Qt

𝟎. 𝟐𝟏𝟔𝟖

𝟎. 𝟐𝟏𝟖

𝟎. 𝟐𝟐𝟐

𝟎. 𝟐𝟐𝟎𝟑

𝟎. 𝟐𝟐

CAUDAL REAL

CAUDAL TEORICO

0.3 0.27

0.278

0.275

0.265

0.275

0.25 0.2168

0.218

0.222

0.2203

0.22

PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

0.2

0.15

0.1

0.05

0

tabla de comparación Q Teórico VS Q Real

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4. Análisis y Conclusiones

8.1 Análisis

En cuanto a la obtención de los caudales, al ocupar el promedio de varias mediciones se reduce el error. Aun así, las mediciones obtenidas son muy cercanas entre sí, lo que habla de mediciones en las condiciones lo más similares posibles, aunque están sujetas al error humano de la coordinación entre el cronómetro y el volumen. Sobre estas mediciones se basan los cálculos por lo que se propaga ese error.

8.2 Conclusiones

Se puede concluir que para el tubo de Venturi donde circula un caudal permanente, la línea de energía es aproximadamente constante a lo largo, con una leve pérdida por cambio de sección. Se nota que esta constancia de la energía se da porque en los angostamientos la velocidad aumenta, y por tanto la altura de velocidad aumenta, y la altura de presión disminuye, y viceversa para secciones mayores, es decir existe una compensación entre ambas magnitudes.

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