¡Descarga Informe hidráulica medición de caudal y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Hidráulica solo en Docsity!
1. MEDICION DE CAUDAL
1.1 OBJETIVOS.
✓ Aplicar las ecuaciones de energía y continuidad en la obtención de los coeficientes de descarga del
medidor Venturi y el orificio.
✓ Determinar el comportamiento experimental del Rotámetro.
✓ Calcular las pérdidas de carga entre los diferentes puntos en consideración necesarios para el
análisis.
Con la presente práctica, se pretende dar aplicación al principio de Daniel Bernoulli. Para ello,
nuestro laboratorio cuenta con un Banco de Pruebas y el aparato de Medición de Caudal.
Fig. 1. Montaje a ejecutar en laboratorio (Banco Hidráulico TQ).
Banco
Hidráulico
Entrada de Flujo
al aparato
Aparato de Medición
Recirculación de
fluido a banco
1.2 APARATOS A UTILIZAR EN EL DESARROLLO DEL LABORATORIO
1.3.1 BANCO HIDRAULICO O DE PRUEBAS
Fig. 2. Banco Hidráulico y su funcionamiento interno (Banco Hidráulico TQ).
Sobre éste se apoyará cada uno de los aparatos que se utilizaran para realizar las pruebas y consiste
en un depósito o "tanque de sumidero" con una bomba sumergible, el cual permite asegurar el flujo
continuo de fluido (agua) durante cada una de las pruebas – mediante recirculación – , a una velocidad
constante.
Por accionamiento manual de una válvula de control, se ajusta la velocidad y/o caudal de agua
impulsado por la bomba.
A la vez que se va modificando el caudal de ensayo, se instalan una serie de pesas o masas, al extremo
de la palanca o balancín que proviene del banco hidráulico. Con esto, se busca establecer la masa del
fluido dentro del tanque interno, que permite obtener una condición de equilibrio o por tanto la
cantidad de agua dentro del depósito.
Cada vez que se levanta el extremo del balancín o palanca, lo que se hace es asegurar el vaciado del
mismo y marcar el punto de inicio del llenado del mismo. Una vez vaciado el tanque interno, se
procede a soltar la palanca, con lo que se inicia el llenado del tanque. A la par iniciamos el registro del
tiempo requerido por el fluido para llenarlo a la velocidad dada por la apertura de la válvula
(cronometrar).
Se entiende que el tanque se ha llenado con una cantidad de agua igual a la masa equivalente a las
pesas colocadas en el extremo del balancín, cuando este logra nivelarse y en este instante paramos el
cronometro y registramos en tiempo requerido.
a. Posición para el vaciado del tanque: se
eleva palanca o balancín hasta donde el
aparato lo permita.
b. Posición inicial de registro: instaladas las
masas se deja caer suavemente el balancín,
hasta la posición indicada. Comienza el
registro de tiempo.
c. La palanca comienza a elevarse hasta
alcanzar la posición horizontal, mientras se
va llenando internamente.
d. Posición final de registro: una vez nivelada la
palanca del balancín, se registra el tiempo
tomado para alcanzar esta posición desde la
inicial.
Este procedimiento debe realizarse cada vez que se modifique la abertura de la válvula de control (por
giro manual), ya que regula la velocidad de flujo y por tanto, el caudal real de ensayo durante cada una
de la serie de mediciones programadas.
1.3.2 APARATO DE MEDICION DE CAUDAL
El aparato de medición de caudal, está constituido por los métodos típicos de medir el flujo de un fluido
esencialmente incompresible (agua), despreciando efectos debido a la viscosidad del fluido y
transferencia de calor, bajo condiciones de conservación de masa y energía, y flujo constante. Para
ello posee dentro del trayecto de ensayo del flujo un medidor Venturi o Venturímetro (1), un medidor
de Placa de Orificio (2) y un Rotámetro (3).
Fig. 5. Montaje a ejecutar en laboratorio (Métodos de Medición de Flujo TQ).
En cada uno de los medidores, se busca verificar la validez de aplicación de la ecuación planteada por
D. Bernoulli, aprovechando el registro de caída de presión después de cada accesorio (o dentro de él,
para el caso del Venturimetro) y su disposición horizontal.
Es decir, se aprovecha el efecto producido por cada uno de estos elementos para así, determinar las
pérdidas de energía generadas al flujo por el cambio de sección en cada medidor, con lo que se obtiene
la velocidad de flujo (indirectamente la cantidad de fluido que atraviesa la sección o caudal, por
continuidad).
Las conexiones de presión o piezómetros, están adheridos a un tablero con una escala (4), el cual
permite registrar los cambios de presión en cada una de las posiciones de conexión antes y después
de cada dispositivo, concediendo la posibilidad de visualizar la distribución de presión en el trayecto
de flujo, sobre una escala calibrada.
Para cada valor de caudal (velocidad) o grado de apertura de la válvula de control, los estudiantes
deben:
- Registrar el flujo usando el banco hidráulico (valor real de caudal) y registro de tiempo del
cronometro.
- Anotar los niveles de los manómetros obtenidos para cada caudal y la lectura del rotámetro.
Con lo que obtienen el caudal teórico usando la ecuación de D. Bernoulli.
Luego se modifica el grado de apertura de la válvula de control, o aumentan el flujo en incrementos
de ajuste, tomando lecturas cada vez, hasta alcanzar el caudal máximo.
Luego, utilizando los datos registrados: masas, tiempo, registros de manómetros y posición del
rotámetro (incluida la temperatura del agua), junto con las constantes y dimensiones de los equipos,
se procede a realizar los cálculos dando uso a la ecuación de Bernoulli para encontrar el caudal
másico (teórico) registrado por cada uno de los medidores, comparando los caudales medidos con el
banco hidráulico (real). Los estudiantes pueden comparar ventajas, desventajas aplicabilidad y
potencial del ensayo realizado.
Es importante mencionar que existe una relación que los estudiantes no suelen preguntar, pero que
esta anotada en el banco de Pruebas (por eso en la práctica suele decírsele al estudiante tome las
notas, dimensiones y otros que aparecen anotados en los equipos); y es que la cantidad de agua
suministrada es 3 veces la masa de las pesas o masas colocadas, debido a la relación de brazo o
momento con que está diseñado el ¨mecanismo de SUBE y BAJA¨ del banco de pruebas. Además, se
requiere que tenga en cuenta relación de densidades, aunque se asume que se entiende dado que es
un tema de la asignatura Mecánica de Fluidos (pre-requisito).
1 3
Fig. 7. Relación de brazo en balancín.
PIVOTE
TANQUE
MASAS
1.4 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
➢ VENTURI
AH
1 - 2
es considerablemente pequeño entre los extremos del conducto, todos los términos de Z,
puede omitirse de ecuación de energía entre (A) y (B). La descarga teórica la podemos obtener a
través de las siguientes expresiones:
𝑨
𝑨
𝟐
𝑨
𝑩
𝑩
𝟐
𝑩
Por continuidad: VaAa = VbAB
Datos: a = 26 mm B = 16 mm
➢ ORIFICIO
Entre los puntos (E) y (F), aplicando las ecuaciones de energía y continuidad se obtiene una
expresión teórica de la descarga la cual es similar a la que se debe calcular en el
procedimiento anterior.
Datos: E = 51 mm orificio = 20 mm
Aplicando la Ecuación de energía entre (E) y (F) sustituyendo cabezas cinéticas e
hidrostáticas daría un valor elevado de la pérdida de cabeza para el medidor. Esto es
porque hay un aumento pequeño en presión en la pared de la tubería debido a la
obstrucción por la placa del orificio, presentándose presión de impacto en la placa y
llevándose a la pared de la tubería. BS 1042 (sección 1.1 1981) da una expresión
aproximada por encontrar la pérdida de cabeza y generalmente esto puede tomarse como
0.83 tiempo la diferencia de cabeza moderada.
Tenemos que: AH E-F = 0.83 (HE - HF)
El diámetro de placa de orificio es aproximadamente dos veces el diámetro de entrada de
Venturi, por consiguiente, en la entrada del orificio, la cabeza cinética es aproximadamente
1/16 el del Venturi. Por consiguiente:
Pérdida de cabeza = AH E-F / ((VA 2 /2g)/16)
➢ ROTÁMETRO
La observación de los manómetros en el rotámetro en los puntos (H) - (I); debe mostrar
que esta diferencia es grande y casi independiente de la descarga. La mayoría de la
diferencia de presión observada se exige para mantener el flotador en equilibrio y cuando
el flotador es de peso constante, esta diferencia de presión es independiente de la descarga.
ORIFICIO
- Obtener expresión teórica de la descarga, por medio de las ecuaciones de energía y continuidad.
- Calcular los valores de Q teórico para el conjunto de datos tomados en la práctica.
- Hallar expresión para el flujo de masa "m TEÓRICO" (kg / seg). Con Ecuación Q= m / V.
- Calcular los valores de m TEÓRICO para el conjunto de datos tomados en la práctica.
- Obtener los valores de caudal experimental tomados con el banco hidráulico.
- Graficar Q exp contra Q teórico, hallar la regresión lineal e indicar el valor del coeficiente de
descarga.
- Indicar el valor del Coeficiente de descarga, Qexp. = Cd * Q teórico.
- Graficar Qexp contra la diferencia de alturas manométrica (hE-hF). hallar la regresión potencial.
Indicar el valor del coeficiente de descarga por este medio.
- Elaborar la curva de calibración del orificio con Cd vs Re comparar con curvas estándar y
concluir.
- Analizar los resultados obtenidos.
- Hallar la diferencia de presiones.
- Hallar la pérdida de cabeza.
- Halle la diferencia de presión y pérdida de cabeza de energía entre los puntos G y H. (Curva de
ROTÁMETRO
- Hacer una curva de calibración del rotámetro graficando flujo de masa de agua (kg/s) (X) contra
la altura “L” (Y).
- Obtener una función de calibración por medio de regresión lineal.
- Obtener la expresión de las pérdidas por medio de la ecuación de energía entre los puntos (H) e
(I) y calcularlas expresadas también en términos de la cabeza de energía cinética a la entrada.
PREGUNTAS
- ¿A través de su práctica podría afirmar que la pérdida de la cabeza en esta sección es casi
independiente de la descarga?
- ¿Consideran ustedes que el valor de la diferencia manométrica en esta sección tiende a
permanecer constante?
- Indiquen el principio o los principios con que funciona el rotámetro.
1.6 DATOS EXPERIMENTALES
ALTURAS MANOMÉTRICAS (mm)
N A B C D E F G H I
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
En la tabla siguiente se registra: la posición alcanzada verticalmente por el rotámetro, las masas
instaladas en el extremo del balancín y el tiempo requerido por este último, para nivelarse.
Tabla DATOS MASA, TIEMPO, ALTURA (Rotámetro)
N Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q
L (mm)
M (kg)
T (s)
Tabla CONSTANTES y DIMENSIONES DE
EQUIPOS
Øa 26 mm
Øb 16 mm
Øe 51 mm
Øorificio 20 mm
Cd orificio 0.
Ørotametro 35 mm
Temp Agua 16 ° C
