Ing. David

Hernndez Huramo

Laboratorio

de Hidrulica

Manual de prcticas

4 o s e m e s t r e

H i d r u l i c a d econductos a presin

Guillermo Benjamn Prez MoralesJess Alberto Rodrguez CastroJess Martn Caballero UlajeJorge Leonel Angel HurtadoJuan Pablo Molina Aguilar

Alejandro Ral Gutirrez ObregnElizabeth Pauline Carreo AlvaradoHctor Rivas HernndezRukmini Espinosa Daz

Autores:

Colaboradores:

Laboratorio de Hidrulica Ing. David Hernndez Hueramo

Manual de Prcticas de Laboratorio Hidrulica de Conductos a Presin 4to Semestre

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1. DESCARGA A TRAVS DE TUBERAS

Objetivos

Analizar y visualizar el funcionamiento hidrulico del tubo Venturi o Venturmetro, a travs de mediciones experimentales y realizar su calibracin.

Aplicacin Cuando vemos un cauce natural la primer pregunta que surge es Cunta agua esta

circulando por l? y en base a la mera observacin podemos tener una idea del caudal que

circula, pero en el caso de las tuberas no visualizamos el caudal que est pasando y solo

nos surge la misma pregunta cuando vemos el lquido que se est descargando de esa

tubera a la atmsfera, sin embargo es importante saber con precisin que caudal conduce

una tubera en determinadas condiciones sin tener la necesidad de provocar una apertura

del tubo y vaciar el agua a la atmsfera, por lo que en sta prctica se podr analizar y

visualizar una de las formas que existen para conocer el gasto circulante en una tubera.

Definiciones, frmulas y unidades a utilizar Tubo Venturi.- Es un dispositivo que se utiliza para medir el gasto que circula por una

tubera. Consiste en tres partes, primero una reduccin gradual del dimetro, despus una

garganta de dimetro constante y finalmente una ampliacin gradual que termina en el

dimetro original. Justo antes de la reduccin del dimetro y en la garganta, se colocan

piezmetros, como se muestra en la figura 1.1, que permiten conocer la cada en la carga

de presin.

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FIGURA 1.1

h1h2

h

12

Piezmetros

Q

Garganta

PHR

Si se desprecian las prdidas debidas a la friccin as como las prdidas locales y se

considera el coeficiente de Coriolis igual a la unidad, al aplicar la ecuacin de la energa

entre 1 y 2, con respecto al eje del tubo, se tiene lo siguiente:

21 HH = y sabemos por la definicin de la ecuacin de la energa que:

g

vpzH2

2

++= 1.1 por lo tanto, al sustituir y acomodar la ecuacin, se obtiene lo siguiente:

gVpz

gVpz

22

222

2

211

1 ++=++

ph =

gVh

gVh

22

22

2

21

1 +=+

gV

gVhhh

22

21

22

21 ==

Aplicando el concepto de gasto y la ecuacin de la continuidad,1

221 A

VAV = , y sustituyendo

en la expresin anterior:

gAVA

gVh

22

2

1

222

2

=

D1 D2

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y al despejar V2, se obtiene:

21

22

2

1

2

AA

hgV

=

bien:

21

22

2

1

2

AA

hgAQ

=

reagrupando:

hgAA

AAQ = 2222122

21

Donde 22

21

22

21

AAAAk = es el valor particular del Venturi a estudiar, se tiene entonces la

siguiente ecuacin:

hgKQ = 2

Ahora bien, si se consideran las prdidas debidas a la friccin y locales cambio en el

cambio direccin, se agrega el coeficiente de descarga dC para afectar la ecuacin del

gasto y queda:

hgKCQ d = 2 bien:

0.5( 2 )V dQ C K g h= 1.2

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En las frmulas anteriores se tiene que:

QV = gasto o caudal volumtrico (m3/s)

g = aceleracin de la gravedad (9.81m/s2)

A1 = rea en la seccin 1 (m2) A2 = rea en la seccin 2 (m2) V1 = velocidad media en la seccin 1 (m/s)

V2 = velocidad media en la seccin 2 (m/s)

Cd = Coeficiente de descarga (Adimensional)

K = Valor particular del Venturi (Adimensional)

Procedimiento 1. Para D1 = 3.18 cm y D2 = 1.59 cm, se calcula el valor de K que es constante. 2. Con seis diferentes gastos controlados mediante la vlvula al final de la tubera, realizar

las lecturas para cada uno de ellos y consignar el promedio de las mediciones volumtricas, en la tabla 1.1

3. Se mide el volumen de agua en el tanque cuya rea es 0.1345 m2

Actividades 1. Comparar el valor del coeficiente de descarga Cd (conocido tambin como coeficiente

de gasto para tubo ventura) promedio obtenido en las mediciones en el modelo, con el publicado en textos y libros de consulta.

2. Obtener una ecuacin de la calibracin que tendr la siguiente forma: ( )nhCQ =

Utilizando las propiedades de los logaritmos, se modifica la ecuacin como sigue:

hnCQ += logloglog

la cual lo podemos considerar una ecuacin lineal de primer grado, siendo la pendiente m, el valor de n, quedando:

mxby +=

al graficar los logaritmos de Q (log Q) en el eje Y y los logaritmos de Uh (log Uh) en el eje X de los datos obtenidos, se tiene una grfica similar a la mostrada a continuacin, en la cual se observa una tendencia lineal, y para los datos graficados se trazar la recta de mejor ajuste, as entonces, la ordenada al origen que es el valor de log C al aplicarle el antilogaritmo se encuentra el valor del coeficiente C de la ecuacin de calibracin y la pendiente de esa recta de ajuste ser el valor del exponente n.

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Tambin, si observamos la ecuacin de gasto obtenida anteriormente 5.0)2( hgKCQ d = vemos que el valor de la pendiente debe ser aproximadamente 0.5 y el valor del coeficiente C correspondera a todo el coeficiente encerrado en parntesis en la ecuacin mostrada.

TABLA N 1.1

K ___________

N (1) h1

(m)

(2) h2

(m)

(3) Uh (m)

(4) d

(m)

(5) Vol=0.1345*d

(m3)

(6) T

(s)

(7) Q=Vol/T (m3/s)

(8) Log Uh

(9) Log Q

(10) QR

(m3/s)

11 Cd

1

2

3

4

5

6

Cd promedio

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6

0.1

1

10

0.1110-10 -1 -0.1Log H (m)

Log Q (m

3/s)

-0.1

-1

-10

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