UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA Y SISTEMAS
ESCUELA PROFESIONAL: ING. MECÁNICA ELÉCTRICA
CURSO: LABORATORIO LABORATORIO DE INGENIERIA MECÁNICA I
TEMA: MEDICIÒN DE LA PRESIÒN DOCENTE: ING. JULIO CONDORI ARGANDOÑA
PRESENTADO POR: ARPI ARPI JHONNY RONAL CODIGO : 114362 SEMESTRE GRUPO: B
PUNO – PERÚ
:V
2014
MEDICIÒN DEL CAUDAL
1) OBJETIVO: El siguiente ensayo en laboratorio tiene como objetivo medir el caudal con un Venturi- metro (tubo de Venturi). Mostrar cómo se usa el Venturimetro para hallar el caudal en una tubería. Analizar la variación del coeficiente de descarga del Venturìmetro con el número de Reynolds.
2) FUNDAMENTO TEORICO: Caudal: El caudal corresponde a una cantidad de agua que pasa por un lugar (canal, tubería, entre otros) en una cierta cantidad de tiempo, o sea, corresponde a un volumen de agua (Litros, Metros Cúbicos, etc.), por unidad de tiempo (Segundos, Minutos. Horas, etc.).Es la cuantificación del caudal de agua que pasa por la sección transversal de un conducto (río, riachuelo, canal, tubería) de agua; también se le conoce como aforo caudal de agua. Para cuantificar el caudal de agua se puede utilizar la siguiente fórmula: Q = A x V (1) Donde: Q = Caudal o Gasto (m3/s) A = Área de la sección transversal (m2) V = Velocidad media del agua en la sección hidráulica (m/s) Flujo: Es el volumen fluido bombeado en una unidad de tiempo. Se mide en mL/s o L/min.
Flujo laminar: Es uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar , al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Se puede presentar en las duchas eléctricas vemos que tienen líneas paralela
Flujo turbulento: En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica. Flujo ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. La hipótesis de un flujo ideal es de gran utilidad al analizar problemas que tengan grandes gastos de fluido, como en el movimiento de un aeroplano o de un submarino. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles Flujo real: El flujo es real cuando durante su trayectoria se manifiesta los efectos de la viscosidad. Flujo incompresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo, es decir:
Lo anterior no exige que la densidad sea constante en todos los puntos. Si la densidad es constante, obviamente el flujo es incompresible, pero seria una condición mas restrictiva.
Flujo compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables. Flujo permanente: Llamado también flujo estacionario. Este tipo de flujo se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. Así mismo en cualquier punto de un flujo permanente, no existen cambios en la densidad, presión o temperatura con el tiempo, es decir:
Dado al movimiento errático de las partículas de un fluido, siempre existe pequeñas fluctuaciones en las propiedades de un fluido en un punto, cuando se tiene flujo turbulento. Para tener en cuenta estas fluctuaciones se debe generalizar la definición de flujo permanente según el parámetro de interés, así:
Donde: Nt: es el parámetro velocidad, densidad, temperatura, etc. El flujo permanente es más simple de analizar que él no permanente, por la complejidad que le adiciona el tiempo como variable independiente.
Flujo no permanente: Llamado también flujo no estacionario. En este tipo de flujo en general las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a ot ro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente, es decir:
donde: N: parámetro a analizar. El flujo puede ser permanente o no, de acuerdo con el observador.
Flujo uniforme: Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado o expresado matemáticamente:
Donde el tiempo se mantiene constante y s es un desplazamiento en cualquier dirección.
Flujo no uniforme: Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad Flujo unidimensional: Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en tuberías largas y rectas o entre placas paralelas. Flujo bidimensional: Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables espaciales.
En este tipo de flujo se supone que todas las partículas fluyen sobre planos paralelos a lo largo de trayectorias que resultan idénticas si se comparan los planos entre si, no existiendo, por tanto, cambio alguno en dirección perpendicular a los planos.
Flujo tridimensional: El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso mas general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t. Este es uno de los flujos mas complicados de manejar desde el punto de vista matemático y sólo se pueden expresar fácilmente aquellos escurrimientos con fronteras de geometría sencilla.
Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante.
Flujo irrotacional: Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante. En el flujo irrotacional se exceptúa la presencia de singularidades vorticosas, las cuales son causadas por los efectos de viscosidad del fluido en movimiento.
Número de Reynolds: Es un numero adimensional definido por la siguiente ecuación: Donde: D: Sección de la tubería ( m). Re
.v. D
: Densidad del fluido (kg/m^3) v: Velocidad media del fluido (m/s). : Viscosidad absoluta del fluido (kg/m^3).
Velocidad: La velocidad con que el fluido se desplaza (como se verá, flujo y velocidad no son sinónimos), o sea la distancia recorrida en la unidad de tiempo. Se mide en cm/s o m/s.
ECUACION DE CONTINUIDAD: La ecuación de la conservación de la masa es: P 1
2
Z 1
v1
2. g
P 2
Z 2
v2
2
2. g
3) APARATOS Y EQUIPOS: Venturi metro: Es un tipo de boquilla especial, seguido de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. En la figura se representa esquemáticamente un medidor tipo Venturí.
Aplicando el teorema de Bernulli entre 1 y 2: + Z1=Z2 entonces: +
……………………………………………..……….(1)
Aplicando el principio de manometría entre a y b Pa=Pb en la figura 1:
…………………………………………….(2)
Manómetro: El manómetro (del gr . μανός, ligero y μέτρον, medida) es un instrumento de medición para la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases. Vacuómetro: Un vacuometro mide solo vació y el manovacuometro tiene el cero en la mitad de su escala y puede medir vació de cero hacia atrás y presión hacia adelante Es un instrumento destinado para medir presiones inferiores a la presión atmosférica. La medida del vacuómetro no tiene mas significado que valorar la caída de presión que se produce en los colectores (antes de la tarea de presión) en función de la abertura de la mariposa y del número de revoluciones.
4) RESULTADOS OBTENIDOS: Para hacer los cálculos correspondientes se tienen los siguientes datos: Diámetro de tubería: D1 = 42.7mm. Diámetro de garganta: D2 = 17 mm.
Entonces las áreas son: A1 = 0.001432 m2
y
A2 = 0.000227 m2
Alturas manometro U H. Izq.=
H. Der.=
Ensayo 1
49.6 cmHg
64.1cmHg
0.145mHg
Ensayo 2
45.7 cmHg
67.6cmHg
0.219mHg
PARA EL CÁLCULO DEL CAUDAL REAL DEL ENSAYO 1 Se sabe que:
.....................................................................(* ) Q1=Q2………………………………………………………(**)
De la ecu. (2) se tiene que: =1.829 Reemplazando en (*) para calcular V2 : De donde se obtiene que: V2=6.064 m/s Calculamos número de Reynolds:
Re = 78789.811 El coeficiente de velocidad de acuerdo en el grafico mostrada en el apéndice es: Cv=0.96.
Hallando la velocidad 2 real: V2r=Cv*V2 V2r =0.96*6.064=5.82m /s Hallando el caudal 1 real Qr: Qr=A2* V2r Q2r=0.000227*5.82=0.001321 m3 /s
PARA EL CÁLCULO DEL CAUDAL REAL DEL ENSAYO 2 Se sabe que:
..................................................................(* ) Q1=Q2………………………………………………………(**)
De la ecu. (2) se tiene que: =2.762 Reemplazando en (*) para calcular V2 : De donde se obtiene que: V2=7.45 m/s Calculamos número de Reynolds:
Re = 96728.16
El coeficiente de velocidad de acuerdo en el grafico mostrado en el apéndice es: Cv=0.98 .
Hallando la velocidad 2 real:
V2r=Cv*V2 V2r =0.98*7.45=7.03m /s Hallando el caudal 1 real Qr: Qr=A2* V2r Q2r=0.000227*7.45=0.00169 m3 /s
5) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
En los dos ensayos la diferencia de caudales es muy poco quiere decir mínima por lo tanto definimos que los caudales son constantes. Se puede definir que la variación de caudales en la conducción fluido varia en las válvulas, en los codos .etc. Para obtener los resultados en un laboratorio. Debe estar equipado con los instrumentos de termómetro, barómetro para así realizar el ensayo con más precisión
6) BIBLIOGRAFIA:
Flujo en tuberías
Juan G. Saldarriaga
Google.com
Tesis: “Modulo de bombas radiales” – Paredes Baca
Bach. Joel Castro Huanca y Bach. Ismael Paredes Baca.-2004 Implementación de módulo de bombas radiales (tesis) .
ANEXOS Propiedades físicas del agua en unidades del S.I. (Tabla 1) temperatura pe so (ºC)
γ N /m3
es pe cífic o densidad Viscosidad ρ K g /m3
µ
(x
N.s/m2 0
9806
999.9
1.792
5
9807
1000
1.519
10
9804
999.7
1.308
15
9798
999.1
1.140
E-3 )
20
Tablas
9789
998.2
1.005
