Tubo Venturi 1g6hk

Universidad Peruana Los Andes Faculta de Ingeniería Carrera Profesional de Ingeniería

“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCCHU PARA EL MUNDO”

“UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES”

Primer avance de trabajo de investigación Tubo venturi

CURSO

:

Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica

CICLO

:

VII

TURNO

:

Martes, Mañana, Grupo N° 04

Docente

:

Ing. Manuel Vicente Herquinio Arias

HUANCAYO –Perú 2011

Fundamentos de la istración – Trabajo Grupal


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:

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, Fundamentos de la istración – Trabajo Grupal


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 itida 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 rios 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 rios para junta soldada. Fundamentos de la istración – Trabajo Grupal


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 Estándar

Usos 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.





De presión



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



Para conductos



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



Para pozos 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.



Artículos tubulares para campos petrolíferos



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 rio. 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 rios



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. RIOS PARA TUBOS Los rios 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 rios de acero soldados a tope se emplean para unir tuberías de acero. Los rios para junta soldada con soldadura de hojalatero se emplean unir tubos de cobre. Los rios 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 rio.

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 rio. 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 rio, 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 Fundamentos de la istración – Trabajo Grupal


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 DIÁMETROS DE HAZEN COMERCIALES WILLIAMS EN PULGADAS

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

HIERRO GALVANIZ ADO

0.00015 A 0.00020

0.015

130

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

HIERRO FUNDIDO

0.00025 A 0.00050

0.013

130

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

ACERO

0.0004 A 0.0006

0.012

140

COBRE

LISO**

0.011

140

1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/2 - 2 - 2 1/2 - 3 -4-5-6-810 - 12 - 16 - 18 - 20 - 24 - 30 1/4 - 3/8 - 1/2 3/4 - 1 - 1 1/4 1 1/2 - 2 - 2 1/2 - 3 - 4

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

H. TIPOS DE UNIONES


TIPOS DE UNIÓN Soldadura disolvente (unión química ) - Conexiones campana y espigo a presión Campana espigo - A presión con empaque de caucho Mecánicas Bridadas - De bola -De rosca Victaulic Dresser Campana espigo - A presión con empaque de caucho Mecánicas Bridadas - De bola -De rosca Victaulic Dresser A presión Mecánicas Soldadura – Remachada Campana - De rosca – Mecánica


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:

1 S1v1   2 S 2 v2

Para fluidos incompresibles (1=2) y para los casos prácticos se tiene que el caudal (S·v) es constante: Q  S1v1  S 2 v2  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. E P  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.



1 EC  ·m·v 2 2

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:

 m·g  1  ET  m·g·z  ·m·v 2  P· 2    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.

 v2   P      h  z    2·g    

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:

 P1 v12   P2 v22      z1   hA  hP  hE     z 2  2·g   2·g   

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.

P1





v12 P v2  z1  2  2  z 2  cte 2·g  2·g

Aplicando la ecuación de Bernouilli a fluidos reales debemos considerar los fenómenos de rozamiento debido a la viscosidad de los fluidos.

P1





v12 P v2  z1  Fr  2  2  z 2 2·g  2·g

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.

VII.



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



No puede haber pérdidas de energía debidas a la fricción

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 o 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 rio 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.



A

B

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.



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_0 9/II.2.%20FLUJO%20INTERNO%200809.pdf http://aguas.igme.es/igme/publica/libros2_TH/art2/pdf/teoria.pdf


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