Practica 3.- Aforo EN Tuberias PDF

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HIDRÁULICA Y RIEGOS: AFORO EN TUBERIAS

El objetivo general de esta practica es mostrar tres tipos diferentes de medidores de flujo en condiciones forzadas: venturi, rotámetro y diafragma. La disposición en serie de estos elementos, a lo largo de un conducto, permite comparar sus medidas. Además, será posible calibrar los tres medidores de flujo mediante la medida volumétrica del caudal en deposito de aforo. Particularmente, interesa comparar la fiabilidad de los dispositivos de medida y las perdidas de presión ocasionadas por su colocación en la tubería. Equipo e instalaciones El dispositivo experimental se compone de los siguientes elementos: -

-

Depósito reserva para alimentación y recirculación, con 160 L de capacidad. Bomba centrífuga de 0,36 kW. Llave L, de alimentación. Venturi con diámetro en el estrechamiento de 15mm, diámetro del conducto aguas arriba de 31,75mm, ángulo de convergencia en la contracción de 21º y ángulo de divergencia en la expansión de 14º. Rotámetro (o medidor de área variable) de 2 a 20 L/min. Diafragma(o placa con orificio) con un diámetro en el estrechamiento de 20mm, instalado en una tubería uniforme de diámetro interior 31,75mm. Tomas de presión en los dispositivos de medida. Batería con 8 piezómetros. Grifo G, de descarga. Dos depósitos de aforo, uno de 6L y otro de 40. Cronómetro. Hoja para el registro de datos. Varios: tuberías, codos. Conexiones, etc.

Procedimiento Desarrollo de la prueba: 1.Comprobar que la llave de alimentación esta cerrada y poner en marcha la bomba. 2.Abrir lentamente la llave de alimentación. 3.Maniobrar el grifo de descarga y la llave de alimentación hasta establecer el régimen de funcionamiento deseado, procurando que en ningún piezómetro el agua supere su cota máxima. 4.Controlar el tiempo de descarga necesario para llenar de agua un volumen prefijado en el deposito de aforo. 5.Anotar en la hoja correspondiente las lecturas de los diferentes piezómetros y el caudal en rotámetro. 6.Establecer un nuevo régimen de funcionamiento modificando la posición del grifo de descarga, y repetir los pasos 3 a 5. 1

Datos experimentales

1ª 2ª 3ª 4ª

1(mm) 384 316 265 221

2(mm) 169 200 205 209

3(mm) 321 275 240 215

4(mm) 161 159 156 155

5(mm) 195 189 184 165

6(mm) 242 206 179 163

7(mm) 115 138 145 153

8(mm) 157 160 156 155

Rot(l/min)

22 16 11 5

V(l) 15 10 8 8

t(s) 40 41 45 92

1.1.Caudal que atraviesa el Venturi suponiendo un fluido perfecto:

Qv =  c

Q1v =

  (0,015m) 2 4



2g h  1   c  o

  

2

2  9,8m / s 2  (0,384  0,169)m  0,015m  1    0,03175m 

4

= 3,72 10-4 m3/s

Q2v = 2,73 10-4 m3 /s Q3v = 1,93 10-4 m3 /s Q4v = 8,79 10-5 m3 /s 1.2.Caudal que atraviesa el rotámetro: Q1r = 22 l/min 

1min 10 3 m 3  = 3,67 10-4m3/s 60 s 1l

Q2r = 16 l/min = 2,67 10-4 m3/s Q3r = 11 l/min = 1,83 10-4 m3/s Q4r = 5 l/min = 8,33 10-5 m3/s 1.3.Caudal que atraviesa el Diafragma suponiendo un fluido perfecto:

Qd = Cc e

2g h    1   C c e   o

2

2

Q1d =

  (0,02 m)2  0,623 4



2 9,8 m / s2  (0,242  0,115) m   0,02 m  1     0,623   0,03175m  2

2

= 3,19 10-4m3/s

Q2d = 2,33 10-4 m3/s Q3d = 1,65 10-4 m3/s Q4d = 8,94 10-5 m3/s 1.4.Caudal volumétrico: Deducido de la expresión

Q=

V t

15l 10  3 m 3 Q1 =   3,75 10  4 m 3 / s 40s 1l Q2 = 2,44 10-4 m3/s Q3 = 1,78 10-4 m3/s Q4 = 8,69 10-5 m3/s 2.1.Calibración del Venturi: Partiendo de la expresión Q = Cd  c  2 gh , llegamos a Cd =

Cdv1 =

4  3,75 104 m3 / s

  (0,015 m) 2 2  9,8 m / s 2  (0,384  0,169) m

Q

 c  2 gh



4Q D c 2gh 2

 1,034

Cdv2 = 0,916 Cdv3 = 0,945 Cdv4 = 1,014 Siendo Cdv el coeficiente de contracción del Venturi. 2.2.Calibración del diafragma: Usamos la ecuación Q = Cd  e  2gh y conseguimos: Q 4Q Cd =   e  2gh  De 2 2 gh 3

Cdd1 =

4  3,75 10 4 m3 / s

  (0,02 m) 2 2  9,8 m / s 2  (0,242  0,115) m

 0,757

Cdd2 = 0,673 Cdd3 = 0,694 Cdd4 = 0,625 Siendo Cdd el coeficiente de calibración del diafragma. 3.1.Pérdidas de presión motivadas por el Venturi. P=

h1  h3 h3

(384  321) mm  0,164  16,4% 384 mm P3 = 0,094  9,4%

P1 =

P2 = 0,13  13% P4 = 0,027  2,7%

3.2.Pérdidas de presión motivadas por el rotámetro. P=

h5  h4 h5

(195  161)mm  0,174  17,4% 161mm P3 = 0,152  15,2%

P1 =

P2 = 0,159  15,9% P 4 = 0,06  6%

3.3.Pérdidas de presión motivadas por el diafragma. P=

h6  h8 h8

( 242  157) mm  0,351  35,1% 242 mm P3 = 0,128  12,8%

P1 =

P2 = 0,223  22,3% P 2 = 0,049  4,9%

Conclusiones Los dispositivos reflejan con bastante aproximación el autentico caudal circulante por la tubería, si bien algunos miden algunas veces mejor que otros. Los valores de calibración de los dispositivos nos muestran que el valor inicial supuesto, 0.623, es bastante próximo al del diafragma por lo que su uso en esa ecuación es correcto, por el contrario, se aleja del valor calculado para el Venturi y esto implica que los caudales obtenidos a partir de él quizá no se ajusten a los reales. Al ser todos los dispositivos bastante precisos es conveniente elegir aquel que nos provoque una menor perdida de presión, en este caso se trata del Venturi, seguido del rotámetro y por último el diafragma. 4...