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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)E.A. Ing. Mecánica de FluidosAsignatura:Laboratorio de Dinámica de FluidosTema:Laboratorio 4Medición del Caudal VolumétricoProfesor(a):Lozano Pedroza Sánchez CortesCiudad universitaria, 21 de Agosto del 2020Alumno:Franc...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

E.A.P. Ing. Mecánica de Fluidos Asignatura:

Laboratorio de Dinámica de Fluidos Tema: Laboratorio 4 Medición del Caudal Volumétrico Profesor(a): Lozano Pedroza Sánchez Cortes Ciudad universitaria, 21 de Agosto del 2020 Alumno: Franco Reynalde Ríos

Lima – Perú 2020 Introducción Medir un caudal es una herramienta muy importante para un ingeniero mecánico de fluidos, gracias que a este parámetro lograra conocer la cantidad de fluido que se está transportando en un canal, tuberías y otros conductos de transporte, permitiendo así tomar decisiones respecto a un problema. La palabra caudal representa en mecánica de fluidos una indicación de que tanto fluido en peso o volumen se está moviendo, o sea es que tanta cantidad defluido está pasando por un determinado punto dentro de un período específico de tiempo. Para realizar esta medición se utilizan los flujómetros. La medición del caudal de fluidos constituye uno de los aspectos más importantes del control de procesos industriales. De hecho, probablemente sea la variable del proceso que se mide con mayor frecuencia. Existen muchos métodos confiables y precisos para medir flujo. Algunos son aplicables solamente a líquidos, otros solamente a gases y vapores; y otros a ambos. El fluido puede ser limpio o “sucio”, seco o húmedo, erosivo o corrosivo. Las condiciones del proceso tales como presión, temperatura, densidad, viscosidad, etc., pueden variar.

Objetivo Objetivo General Realizar la medición del caudal del grifo de casa por el método volumétrico. Objetivos específicos

 

Estimar la cantidad de fluido en metros cúbicos que se descarga por unidad de tiempo. Conocer las formas en las que se puede determinar el caudal de distintos sistemas. Marco Teórico

Caudal Es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Q=AxV 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)

Medición Directa Método Volumetrico Se emplea por lo general para caudales muy pequeños y constantes, se requiere de un recipiente para colectar el agua. El caudal se calcula fácilmente de dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente entre el tiempo que transcurre en colectar dicho volumen. Q=

ΔV Δt

Donde: Q = Caudal (l/s) V = Volumen (l) T = Tiempo (s) Por lo tanto, este método es de utilización práctica, siempre que se trate de mediciones de pequeños caudales, en trabajos experimentales o para tener una idea rápida del caudal aportado por determinado riachuelo. Medidor Parshall Método ideado por Ralph Parshall (1,920), el cual se utiliza en el aforo de canales y pequeños ríos, se recomienda para canales de riego de poca pendiente, en drenes, donde no es conveniente instalar estructuras como vertederos que alteren el régimen del escurrimiento.

� =� ×(� )� Donde: Q =es el caudal expresado en m3/s H = Altura de la lámina de agua C y n=Son coeficientes que dependen de las dimensionales del canal.

Método de vertederos y orificios Consiste esencialmente en interponer un tabique ante una corriente de manera que se dé una caída de agua que pase a través de una sección predeterminada. Conociendo las características del vertedero o del orificio que se engloban en el factor (determinado experimentalmente), la sección de la lámina de agua que pasa por ellos y la velocidad teórica de caída libre.

Método del flotador El método del flotador se utiliza en los canales y acequias y da solo una medida aproximada de los caudales. Su uso es limitado debido a que los valores que se obtienen son los estimados de caudal siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere una mayor precisión. En este método, de igual manera, se utilizan los valores promedio de las variables determinadas. Pasos: a) Primer paso: Seleccionar el lugar adecuado. b) Segundo paso: Medición de la velocidad.

c)Tercer paso: Medición del área de la sección transversal del río. d)Cuarto paso: Cálculo del Caudal del río.

Método del correntómetro En este método la velocidad del aguase mide por medio de un instrumento llamado correntómetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de

agua. Existen varios tipos de correntómetros, siendo los más empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato. Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la fórmula para calcular la velocidad sabiendo él número de vueltas o revoluciones de la hélice por segundo. El método del correntómetro o del molinete hidráulico. Está constituido por una rueda con aspas que gira al ser sumergido en una corriente de agua. Pueden ser de dos formas: Molinete de cazoletas Molinete de hélices.

Materiales y equipo



Agua de caño.



Jarra graduada que permita ver el volumen alojado.



Cronometro digital del celular.

Procedimiento del ensayo 

Dejar correr el agua en todos los caños de la casa por unos 3-5 min, para conseguir expulsar todo el aire que está en las cañerías.



Escoger un recipiente graduado para realizar la medición y establecer un volumen determinado.



Para calcular el caudal volumétrico se pondrá la jarra graduada en el caño elegido, y se tomará el tiempo que tarda en llenar el volumen definido.



Se realizará el procedimiento de 4 a 5 veces y con los datos obtenidos se calculará el

flujo volumétrico. Mediante la fórmula: Q =

ΔV Δt

Con las mediciones se realizará el cálculo del caudal para cada uno a uno y se



rellenará la tabla de datos. Volumen fijado 300 ml *

1L 1m 3 =¿ 0,3 L* = 0,0003 m3 1000 ml 1000 L

Tiempo 1. 4.89 s *

1h 60 s

= 0.0815 h

2. 4.71 s*

1h 60 s

= 0.0785 h

3. 5.54 s*

1h 60 s

= 0.0923 h

4. 4.67 s*

1h 60 s

= 0.0778 h

5. 5.96 s*

1h 60 s

= 0.0993 h

Caudal Volumétrico (Q) Q=

ΔV Δt En (m3/s)

1. Q =

0,0003 m 3 =¿ 0,00006135 4.89 s

0,003680

2. Q =

0,0003 m 3 =¿ 0.0815 h

;Q=

0,0003 m 3 =¿ 0.0785 h

= 0,00005415

m3 s

;Q=

0,0003 m 3 =¿ 0.0923 h

0,0003 m 3 = 0,00006423 4.67 s

m3 s

;Q=

0,0003 m 3 =¿ 0.0778 h

m3 s

;Q=

0,0003 m 3 =¿ 0.0993 h

m3 h

0,0003 m 3 5.54 s

0,003856

5. Q =

;Q=

m3 s

0,003250

4. Q =

m3 s

m3 h

0,0003 m 3 = 0,00006369 4.71 s

0,003821

3. Q =

En (m3/h)

m3 h

m3 h

0,0003 m 3 5.96 s

0,003021

m3 h

= 0,00005033

Área Diámetro del ducto del grifo: 1,35 cm * 2 A=π D 4

2

= (3,1416) ¿

(0,0135 m) 4

Q A



V=



V=



V=



V=



V=

m3 s 2 0.0001431 m m3 0,00006369 s 0.0001431 m 2 m3 0,00005415 s 0.0001431 m 2 m3 0,00006423 s 0.0001431 m 2 m3 0,00005033 s 2 0.0001431 m 0,00006135

= 0,0135 m

= 0.0001431 m2

Velocidad V=

1m 100 cm

=0,4287

m s

=0,4450

m s

= 0,3784

m s

= 0,4488

m s

= 0,3517

m s

Prueba Nro. 1

2

3

4

5

V (L) 0,3 L

0,3 L

0,3 L

0,3 L

0,3 L

Volumen acumulado V (m3) 0,0003 m3

0,0003 m3

0,0003 m3

0,0003 m3

0,0003 m3

Tiempo (s) 4.89 s

4.71 s

5.54 s

4.67 s

5.96 s

(m3/s) 0,00006135

0,00006369

0,00005415

0,00006423

0,00005033

Q calculado (m3/h) m3 s

m3 s

m3 s

m3 s

m3 s

0,003680

m3 h 0,003821

m3 h 0,003250

m3 h 0,003856

m3 h 0,003021

m3 h

t-Q 7 6

Tiempo en s

5 4 3 2 1 0 0

0

0

caudal en m3 t-Q

0

0

Principales medidores de presión diferencial comerciales Los medidores de presión diferencial miden caudales en conductos cerrados (pero podría adaptarse a abiertos). Su funcionamiento se basa en la reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por consiguiente, su presión tiende a disminuir en la proporción equivalente, de acuerdo al principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor. Placas de placa de orifício o diafragma Consiste en un placa perforada instalada en la tubería. Como resultado de esta obstrucción existe una pérdida de carga, que es la que se mide por comparación en la parte anterior y posterior de la placa. Este tipo de medidor es utilizado en tuberías donde se permita una gran pérdida de energía. El cambio de área que se genera al colocar el diafragma, provoca un estrangulamiento de la sección, lo que da lugar a un cambio de presiones antes y después del diafragma, cuyo valor determina el gasto en la sección.

Aplicaciones de una placa de orificio 

Industrias químicas



Tratamiento y distribución del agua y gas



Aceiteras



Industrias de bebidas



Calderas



En motores para medir el caudal de combustible.



En procesos productivos donde es necesario conocer el caudal de un fluido.

Tobera La tobera consiste en una entrada de forma cónica y restringida mientras que la salida es una expansión abrupta. En este medidor al igual que en el diafragma, se dispone de una toma de presión anterior y otra posterior, de manera que se puede medir la presión diferencial. La tobera permite caudales muy superiores a los que permite el diafragma (del orden de 60% superiores). Estos instrumentos se utilizan en aplicaciones donde el fluido trae consigo sólidos en suspensión, aunque si estos son abrasivos pueden afectar la precisión del instrumento. Además se utilizan en tuberías sobre los 15 cm de radio. Aplicaciones de Tobera



Generación de energía



Extracción y refinería de petróleo



Procesamiento y distribución del agua



Procesamiento y transmisión de gas

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Industria química y petroquímica

Tubo de Venturi La función básica de este medidor consiste en producir un estrangulamiento en la sección transversal de la tubería, el cual modifica las presiones, con la medición de este cambio es posible conocer el gasto que circula por la sección, el estrangulamiento de esta es muy brusco, pero la ampliación hasta la sección original es gradual. Tiene 3 partes fundamentales, una entrada convergente, una parte cilíndrica, y una salida divergente. En la sección cilíndrica se toma la presión. La última sección permite recuperar la energía de la presión diferencial producida.

Aplicaciones de Tubo de Venturi

 Se utiliza en hidráulica para la fabricación de maquinas que en una conducción hidráulica, proporcionan determinados aditivos.  En la aeronáutica se utiliza para proveer de succión a instrumentos que trabajan con vacío en los aviones. Además es el efecto que explica la sustentación en el aire de las alas de los aviones.  Se utiliza en el hogar en estos equipos con el fin de succionar el ozono de un recipiente de vidrio y mezclarlo con el flujo de agua que va saliendo de la canilla.  En los motores se utiliza a la hora de tener que mezclar el carburador con el carburante. El carburador aspira el carburante por efecto Venturi mezclándolo luego con el aire  Es utilizado en la extracción de petróleo a la hora de tener que extraer este fluido de los pozos petroleros. Tubo de Pitot Consiste en un tubo con la entrada orientada en contra del sentido de la corriente del fluido. El estancamiento del fluido que entra en el tubo cerrado, produce una transformación de energía cinética en energía de presión, y la diferencia se produce entre presión dentro del tubo con la de una toma anterior. Comúnmente se usa para medir aire, pero también se puede adaptar para medir el agua. El tubo de Pitot mide directamente la velocidad del flujo en el punto en donde se toma el valor de la presión estática y de estancamiento. Para obtener mejores datos, deben tomarse medidas en varios puntos de la sección.

Aplicaciones de Tubo de Pitot  Si bien la aplicación de los tubos de Pitot parece alejada de la cotidianidad, hay algunos elementos en los que se aplica de forma diaria.  Velocímetro: Artefacto incluido en vehículos de todo tipo para informar la velocidad alcanzada durante el desplazamiento.  Anemómetro: Aparato que se implementa en edificios y otro tipo de latitudes para medir la velocidad del viento.  Manómetro: Instrumento destinado a la medición de la presión de fluidos en contenedores cerrados.

Medidor de agua Marca ELSTER- Modelo M170 Funcionalidad y precisión El M170 es un contador diseñado bajo la tecnología de chorro múltiple para caudales pequeños. De

Transmisión de la lectura La esfera de los contadores M170 está pre-equipada para montar un emisor reed ; este emisor de pulsos permite realizar telelectura mediante sistemas radio, contaje y dosificación.

Tecnología de chorro múltiple El sistema de chorro múltiple dispone de una turbina localizada en el interior de la cámara de medida que se impulsa por chorros de agua desde diferentes direcciones; el movimiento generado se transmite mediante un acoplamiento magnético, donde se realiza la lectura del volumen acumulado. Esfera • 4 tambores m3. • Emisión de pulsos. • Tapa desmontable. • Transmisión magnética.

Plano

Análisis Al mantener un volumen constante de fluido se obtienen en diferentes mediciones, valores similares de tiempos requeridos para el llenado de un recipiente. Si se variará el volumen por tanto se podría concluir que el tiempo también variaría de forma directamente proporcional al volumen, lo que demuestra la naturaleza lineal de la relación entre el volumen y el tiempo en el caudal.

Conclusiones 

Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable para hallar caudales pequeños y constantes.



Se debe evitar la pérdida de agua en el momento de aforar, así como la medición del tiempo para no inducir el error de los resultados.



El caudal volumetrico indica la cantidad de m3 que pasan a través de una tubería en un determinado tiempo, por tanto, depende solo de esos factores.

Recomendaciones 

Se debe tratar de elegir un volumen fijado que permita trabajar mejor los tiempos dado que al tratarse de uno muy reducido resultará complicado.



Tratar de ubicar un grifo que no presente ningún filtro que modifique la salida del agua, ya que podría afectar al cálculo del caudal.



De preferencia usar un caño que se encuentre a una altura considerable para disminuir el choque al momento del contacto del agua con el recipiente.



Realizar las distintas mediciones manteniendo el caño abierto para que cada medición no cuente con un distinto flujo de agua.

Bibliografía Arellano, L. (2012) Caudal (trabajo final) Universidad Politécnica Territorial de Barlovento “Argelia Laya” https://www.academia.edu/3881017/TRABAJO_FINAL_DE_CAUDAL

¿Qué es la tasa de flujo volumétrico? (s.f.) Khan Academy https://es.khanacademy.org/science/physics/fluids/fluid-dynamics/a/what-is-volume-flowrate Elster (s.f) M170 Contador para pequeño caudal https://www.elstermetering.com/assets/products/products_elster_files/Ficha_Tecnica_M170 .pdf...