Práctica 4 – Medición de caudal en tuberías

Práctica 4. Medición de caudal en una tubería
Objetivo general
 Reconocer los métodos e instrumentos para la medición del
flujo volumétrico.
Objetivos específicos
 Determinar el caudal mediante el método volumétrico o de
aforo.
 Calibrar el rotámetro utilizando los resultados provenientes
de la aplicación del método volumétrico.
 Determinar los coeficientes de flujo para el tubo Venturi y la
placa orificio.
Equipos Necesarios:
Experiencia A. Medición
volumétrico:
1. Rotámetro.
2. Tubo de aforo.
3. Regla Graduada.
de
caudal por el
4.
5.
método
Cronometro.
Tanque Receptor.
Experiencia B y C. Medición de caudal por medio del tubo
Venturi y/o placa orificio:
1. Tubo Venturi o Placa Orificio.
2. Piezómetro diferencial o tubo en U con Mercurio.
3. Rotámetro.
Consideraciones Teóricas:
 Caudal ó gasto volumétrico (Q): se define como el volumen
( ) de fluido que atraviesa una sección (A) dada en
determinado tiempo (t).
ec.1
de la aplicación de la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1
y 2 (Figs. 4.2 y 4.3)
(
√
[
)
(
) ]
ec. 3
Donde QI es el caudal ideal que pasa a través del instrumento
de medición, sin considerar las pérdidas de carga que se
producen en el mismo. Para determinar el caudal real (QR) se
debe determinar un coeficiente de descarga (Cd) por vía
experimental, el cual corrija el caudal ideal:
ec.4
También se define un coeficiente de flujo (Cq) de forma tal de
simplificar la ecuación. Este coeficiente es el que se reporta
habitualmente en las gráficas de calibración (ver Figs. 4.4 y
4.5)
√
√
(
ec. 5
)
Donde:
ec.6
Finalmente el caudal real que pasa por el instrumento se
obtiene de la siguiente manera:
La velocidad media del fluido (V) se obtiene mediante la
ecuación de continuidad. Para una tubería de sección circular:
√
ec.7
ec.2
Datos Experimentales:
 Tubo Venturi: instrumento para medir caudal en una tubería.
Es una sección de tubería insertada en la línea, que asemeja a
una boquilla ya que tiene una porción convergente desde el
diámetro interno de la tubería hasta una garganta, seguida
nuevamente por una sección divergente desde la garganta
hacia el diámetro interno de la tubería. Se utiliza un
manómetro diferencial para calcular la diferencia de presión
entre las posiciones 1 y 2. (Fig. 4.2).
 Placa orificio: es un instrumento de medición de caudal, que
consta de una placa de metal, bronce, acero inoxidable, etc.,
que lleva un orificio circular de diámetro D2 concéntrico con
el eje de la tubería de diámetro D1. También utiliza un
manómetro diferencial para calcular la diferencia de presión
entre las posiciones 1 y 2. (Fig. 4.3).
Para determinar el caudal a través del tubo Venturi o de la
placa orificio (medidores tipo obstrucción) solo se necesita
medir la caída de presión y utilizar las ecuaciones obtenidas
Experiencia A:
 1cm en el nivel del tanque equivale a 3,95 litros.
Experiencia B y C:
 Diámetro de:
 Tubería: D1 = 0,054m.
 Tubo Venturi: D2= 0,025m.
 Placa Orificio: D2= 0,0305m.
Q
z2; t2=∆t
z+
∆h=z2-z1
z1; t1=0seg
Volumen almacenado en el tiempo ∆t
Volumen inicial de fluido en el tanque
Fig. 4.1. Arreglo experimental de la experiencia A.
Procedimiento Experimental:
Experiencia A:
1. Medir la temperatura del agua.
2. Abrir la llave de descarga de la tubería para que el fluido
caiga en el tanque receptor (pileta) y esperar a que el flujo
(chorro) se estabilice.
3. Fijar un caudal en el rotámetro 2 y anotar el valor (QRot).
4. Medir el tiempo que el indicador de nivel del tanque de
aforo tarda en subir de z1 a z2. Anote el intervalo de tiempo
(Δt) en segundos.
5. Repetir el paso 4 dos veces.
6. Repetir los pasos 3, 4 y 5 para otros 3 caudales.
Cálculos a Realizar para la Experiencias B y C:
Cálculos a Realizar:



Volumen ( ):
( )
[L]
ec.1
Caudal promedio (QVProm):
(
)
ec.9
[m]
ec. 11
[m3/s]
ec. 3

Caudal ideal (QI):

Con el caudal del rotámetro obtener el caudal real (QR):

[LPS]

Diferencia de altura de presión:
ec.8
Caudal calculado por el Método Volumétrico (QV):
[LPS]

Las experiencias B y C poseen el mismo procedimiento
experimental y metodología de cálculos:
1. Hacer circular el fluido por el sistema (tubería) en el cual se
encuentra instalado el tubo Venturi y la placa orificio.
2. Instalar el piezómetro diferencial de tubo en U en el tubo
Venturi.
3. Fijar un caudal inicial en el rotámetro 2 y anotar el valor
(QRot).
4. Tomar la lectura del piezómetro diferencial (h).
5. Repetir los pasos 3 y 4 para otros cuatro caudales.
6. Conectar el manómetro de tubo en U en la placa orificio.
7. Repetir los pasos 3 al 5.

[LPH]
Coeficiente de descarga (Cd):
ec.13
%Error:
(
[
)
]
ec.10

Coeficiente de flujo (Cq):

Velocidad en la tubería (V1)
ec. 5
[m/s]
P1
P2

∆h
0
Q
P1>P2
ec. 15
D2, V2

Relación de áreas (m):
V1<V2

Obtener Cq grafica de la grafica correspondiente (Figs. 4.4 ó
4.5). Utilice el número de Reynolds y m.

%Error:
Fig. 4.2. Esquema del tubo Venturi.
[
P1
0
∆h
Q
1
2 D2, V2
D1, V1
P1>P2
V1<V2
Fig. 4.3. Esquema de la placa orificio.
Procedimiento Experimental:
Experiencia B y C:
ec. 14
Numero de Reynolds (Re)
2
1
D1, V1
P2
ec. 12
]
ec. 6
ec. 16
Donde:
Δh: Lectura tomada del manómetro en U convertida a metros de
columna de mercurio (mHg).
Trabajo a realizar:
Experiencia A: para cada caudal fijado en el rotámetro deberá:
 Con cada medición de tiempo (Δt) calcular un caudal
volumétrico (QV)
 Calcular el Caudal Volumétrico Promedio (QVProm).
 Construya la curva de calibración del Rotámetro Nº 2,
graficando Caudal Real (ordenadas) Vs. Caudal Rotámetro
(abscisas). Use EXCEL agregando una línea de tendencia
(
)
con un ajuste lineal para obtener la ecuación
 Calcular el error porcentual %E. Analice y comente.
Experiencia B y C: con cada instrumento deberá:
 Para cada caudal del rotámetro calcular: (ΔP/γ), QI, QR
(ec. 12), QR (curva de calibracion: Exp. A), Cd, Cq, V1, Re,
m, Cq grafica, %E.
 Graficar Cq vs. Re Analice y comente.
 Comparar el Cq y Cq grafica. Calcular el porcentaje de error
(%E) entre ambos coeficientes. Analizar y comentar.
 Compare el QR obtenido de la ec. 12 con el QR que se
obtiene de la curva de calibración. Analice y comente.
Gráficas para obtener Cq grafica:
Tabla de Datos:
Experiencia A:
QRot
(LPH)
z1 (cm)
Temp. Agua
(ºC)
t (s)
z2 (cm)
1
2
3
Cq
Experiencias B y C:
QRot (LPH)
Δh (cmHg)
Tubo Venturi
Placa Orificio
Temp. Agua
(ºC)
Tablas de resultados:
Experiencia A:
QRot
(LPH)
QV
(LPH)
Δh (cm)
QVProm
(LPH)
%Error
1
2
3
Figura 4.4. Coeficiente de flujo para medidor tipo tubo de
Venturi
Cq
Experiencias B y C:
m
Exp. B
1
QRot (m3/s)
ΔP/γ (m)
QI (m3/s)
QR ec.12 (m3/s)
QR curva (m3/s)
Cd
Cq
V1 (m/s)
Re
m
Cq grafica
%E
Figura 4.5. Coeficiente de flujo para medidor tipo placa
orificio.
2
3
Exp. C
4
1
2
3
4