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Informe Boquilla de Flujo
Informe Boquilla de Flujo
Informe Boquilla de Flujo
BOQUILLA DE FLUJO
INFORME
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1. INTRODUCCIÓN
En esta práctica se usará una boquilla de flujo, la cual es una contracción gradual de la corriente de
flujo, que sirve para medir caudales debido a una diferencia de presiones. También se
realizará la calibración de la boquilla a través del manómetro diferencial de mercurio y de una
gráfica. Se encontrarán las pérdidas generadas teniendo en cuenta los cambios de diámetro en la
tubería.
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2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL:
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3. MARCO TEÓRICO
Este dispositivo puede ser un diafragma o una boquilla, cumple la misma función de un
venturímetro, pero las pérdidas de energía en este son mayores, debido a la ausencia de la
expansión gradual.
Este dispositivo consiste en una placa, en la que se realiza un orificio de área 𝐴0 la cual es
insertada dentro de la tubería en el lugar adecuado.
El cambio de las velocidades genera un cambio de presiones antes y después del diafragma,
y su diferencia permite calcular el caudal circulante por el sistema de tuberías en el cual se
ha instalado el dispositivo (diafragma).
Aplicando las ecuaciones de continuidad y de Bernoulli entre dos secciones, antes y después
de la placa, realizando una sustitución y remplazando unos términos de una en la otra como
las que se hicieron para el venturímetro, se obtiene la siguiente expresión para la velocidad
teórica:
2𝑔(𝑃1−𝑃2)/𝛾
𝑉2𝑡 = √ 𝑐 𝐴 2
(1)
1−( 𝑐 0 )
𝐴1
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En esta ecuación se expresa la velocidad de la sección 2 en función del área del orificio, 𝐴0 ,
y un coeficiente de contracción 𝐶𝑐 , debido a que en general en estos dispositivos, después
del orificio se presenta una contracción en la vena liquida cuya área no se puede medir
directamente. Si se quiere una expresión de la velocidad real se multiplica la velocidad teórica
en la sección contraída por un coeficiente de velocidad, denominado, 𝐶𝑣 .
Por último, al multiplicar el área de la sección contraída, expresada en función del área del
orificio como 𝐴0 𝐶𝑐 se obtiene una expresión para el caudal real:
𝑃1−𝑃2
2𝑔( )
𝛾
𝑄 = 𝑐𝑣 𝐴0 𝐶𝑐 √ 𝑐 𝐴 2 (2)
1−( 𝑐 0 )
𝐴1
o CALIBRACIÓN BOQUILLA
𝑄 = 𝑘ℎ𝑛 (3)
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o NÚMERO DE REYNOLDS:
señala la naturaleza del flujo laminar o turbulento y su posición relativa sobre una escala que
indica la importancia relativa de las tendencias del turbulento a laminar.
Para dos flujos geométricamente semejantes, Reynolds dedujo que serían dinámicamente
similares si las ecuaciones diferenciales generales que describen su flujo son idénticas. Al
cambiar las unidades de masa, longitud y tiempo en un conjunto de ecuaciones y determinar
la condición que debe satisfacerse para hacerlas idénticas a las ecuaciones originales.
o PÉRDIDAS LOCALIZADAS
En tuberías que transportan flujos a presión, cualquier causa perturbadora o elemento que
modifique las condiciones del flujo, altere la línea de corriente, cambie la velocidad o su
distribución produce una pérdida de energía localizada en el sitio, la cual se desarrolla en una
longitud muy corta, en comparación a la longitud d la tubería.
𝑉2
ℎ=𝑘 2𝑔
(5)
o LÍNEA DE ENERGÍA
𝑖𝑉2
𝐿. 𝐸. = 𝐿. 𝑃. + 2𝑔 (𝟔)
Donde
𝐿. 𝐸: 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎
𝐿. 𝑃. : 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑃𝑒𝑖𝑧𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎
𝑉𝑖2
: 𝐶𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
2𝑔
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5. ESQUIPOS E INSTRUMENTOS:
o Cronometro: Reloj de gran precisión que permite medir intervalos de tiempo muy pequeños,
hasta fracciones de segundo. (precisión de centésimas de segundo y capacidad de 60
minutos)
o Flexometro: Es un instrumento de medida que consiste en una cinta flexible graduada y que
se puede enrollar, haciendo que el transporte sea más fácil. También con ella se pueden
medir líneas y superficies curvas. (precisión de 1mm y Capacidad de 3 metros)
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6. PROCEDIMIENTO:
1. Hacer circular por el sistema 3 caudales, de tal manera que se puedan realizar
adecuadamente todas las lecturas Piezométricas, medir volumétricamente el caudal
circulante y:
Calcular las pérdidas de energía producidas por la boquilla. Tenga presente que para
el análisis de las perdidas hay una contracción y una expansión brusca. Comparar el
valor obtenido con el obtenido experimentalmente. Para determinar la perdida de
energía experimentalmente es necesario definir de manera adecuada el volumen de
control.
2. Colocar le manómetro diferencial para realizar la calibración de la boquilla. ¿Qué ocurre con
la lectura del manómetro diferencial si la línea piezométrica corta el eje de la tubería? ¿se
afecta la calibración de la boquilla?
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7. DATOS
En las tablas 1,2 y 3 se presentan los datos obtenidos en el Laboratorio. (Nota: recordado que t =
Tiempo, Q = Caudal, Δh = Lectura manométrica).
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8. CÁLCULOS
8.1.1. Caudal.
Para poder determinar el caudal en cada uno de los casos se realizó el mismo procedimiento
que a continuación, se muestra.
Después se determina el volumen que es constante ya que se mide el tiempo cada 2 cm para
cada medición luego, se divide sobre el tiempo y se obtiene los valores de los caudales para
el sistema.
Se calcula del caudal para cada uno de los volúmenes y tiempos registrados, en la tabla 4 se
encuentran los valores obtenidos para los diferentes caudales.
Debido a que hay 2 diámetros Diferentes por lo tanto se obtiene 2 Velocidades Diferentes,
se calcula con el caudal Obtenido anteriormente y se divide sobre el área de cada diámetro
y después se calcula cada una de las cabezas de Velocidad en la tabla 4 se encuentran
registrados los datos obtenidos.
(Nota: Los Cálculos que encuentran a continuación, son con respecto al caudal numero 1)
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t (s) Dist (m) ∀ (𝒎 ) (𝒎 ⁄𝒔) 𝒑𝒓𝒐𝒎 (𝒎 ⁄𝒔) 𝑽 (𝒎⁄𝒔) 𝑽 (𝒎⁄𝒔) 𝑽 ⁄ 𝒈 (𝒎) 𝑽 ⁄ 𝒈 (𝒎)
13.58 0.008176 0.00060206
Q1 14.32 0.02 0.008176 0.00057095 0.000584 0.018 0.039 0.001591 0.007516
14.11 0.008176 0.00057945
16.59 0.008176 0.00049283
Q2 15.17 0.02 0.008176 0.00053896 0.000515 0.016 0.035 0.001236 0.005840
15.94 0.008176 0.00051292
14.72 0.008176 0.00055543
Q3 16.1 0.02 0.008176 0.00050783 0.000531 0.016 0.036 0.001316 0.006220
15.4 0.008176 0.00053091
Después de haber determinado los caudales y las velocidades se realizó el siguiente procedimiento
para poder dibujar las líneas de Energía y Líneas Piezométricas.
Para obtener los valores de las líneas de energía consiste en sumar la cabeza de velocidad
teniendo en cuenta el diámetro donde esté ubicado el piezómetro. Después de haber
obtenido los valores de las líneas de Energía se grafican con respecto a la distancia Horizontal
en la tabla 5 se puede observar los valores obtenidos para cada uno de los caudales del
sistema y en la gráfica 2 se puede observar cada una de las gráficas obtenidas para cada uno
de los diferentes caudales.
Nota: Los Cálculos que encuentran a continuación, son con respecto al caudal número 1 y con el
piezómetro 1
𝑉12
𝐿𝐸 = 𝐿𝑃 + = 0,239 + 0,001591 = 0,2406 𝑚
2𝑔
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Q1 Q2 Q3
Piezómetro Dist (m) L.P. (m) L.E. (m) L.P. (m) L.E. (m) L.P. (m) L.E. (m)
1 0.00 0.2390 0.2406 0.3200 0.3212 0.4580 0.4593
2 0.05 0.2380 0.2396 0.3230 0.3242 0.4590 0.4603
3 0.10 0.2400 0.2416 0.3230 0.3242 0.4590 0.4603
4 0.15 0.2400 0.2416 0.3240 0.3252 0.4590 0.4603
5 0.20 0.2420 0.2436 0.3250 0.3262 0.4600 0.4613
6 0.25 0.2450 0.2466 0.3250 0.3262 0.4630 0.4643
7 0.30 0.2450 0.2466 0.3250 0.3262 0.4620 0.4633
8 0.35 0.2450 0.2466 0.3270 0.3282 0.4650 0.4663
9 0.40 0.2470 0.2486 0.3280 0.3292 0.4640 0.4653
10 0.45 0.2500 0.2516 0.3290 0.3302 0.4690 0.4703
11 0.50 0.1110 0.1185 0.1680 0.1738 0.2650 0.2712
12 0.55 0.1180 0.1255 0.1690 0.1748 0.2630 0.2692
13 0.60 0.1220 0.1236 0.1650 0.1662 0.2600 0.2613
14 0.65 0.1250 0.1266 0.1800 0.1812 0.2900 0.2913
15 0.70 0.1380 0.1396 0.2020 0.2032 0.3100 0.3113
16 0.75 0.1400 0.1416 0.2100 0.2112 0.3200 0.3213
17 0.80 0.1500 0.1516 0.2120 0.2132 0.3180 0.3193
18 0.85 0.1400 0.1416 0.2110 0.2122 0.3120 0.3133
19 0.90 0.1390 0.1406 0.2100 0.2112 0.3130 0.3143
Tabla 5: valores de línea Piezometrica y línea de Energía para los tres caudales. Fuente: Propia
Líneas Piezométricas
0.6000
Lectura Piezometría (m)
0.5000
0.4000
0.3000 Q1
Q2
0.2000
Q3
0.1000
0.0000
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Distancia Horizontal (m)
12
Líneas de Energía
0.6000
0.5000
0.4000
Energía (m)
0.3000 Q1
Q2
0.2000
Q3
0.1000
0.0000
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Distancia Horizontal (m)
Teóricamente:
𝐶𝑣
𝐶𝑑 =
𝐴
√1 − ( 1 )2
𝐴2
1 𝑉22
ℎ = ( 2 − 1)2
𝐶𝑣 2𝑔
Experimentalmente:
Q1 Q2 Q3
Energía en 10 (m) 0,2516 0,3302 0,4703
Energía en 12 (m) 0,1255 0,1748 0,2692
Perdida de Energía (m) 0,1261 0,1554 0,2011
Tabla 6: Perdidas de energía
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8.2. Calibración de la Boquilla.
Para la calibración e la boquilla VDI, se presenta mediante un gráfico (Curva de calibración), que
relaciona la lectura manométrica (∆ℎ), con el caudal (𝑄) y mediante la ecuación que se ajuata al
comportamiento de los datos experimentales se determina el coeficiente experimental (𝑘) y
exponente (𝑛).
Para determinar el valor de cada uno de los 15 caudales se repite el mismo procedimiento que se
realizó anteriormente para las líneas Piezométricas y de Energía, en la tabla 6 se puede observar los
valores encontrados.
Nota: Los Cálculos que encuentran a continuación, son con respecto al caudal número 1, y se repite
este procedimiento con los demás datos.
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9.39 0.008176 0.00087
Q7 9.14 0.02 0.008176 0.00089 0.00089 0.043
9.01 0.008176 0.00091
8.14 0.008176 0.00100
Q8 8.32 0.02 0.008176 0.00098 0.00096 0.045
9.10 0.008176 0.00090
8.75 0.008176 0.00093
Q9 8.61 0.02 0.008176 0.00095 0.00093 0.048
8.89 0.008176 0.00092
8.42 0.008176 0.00097
Q10 9.11 0.02 0.008176 0.00090 0.00096 0.051
8.18 0.008176 0.00100
8.08 0.008176 0.00101
Q11 8.70 0.02 0.008176 0.00094 0.00095 0.054
8.96 0.008176 0.00091
7.48 0.008176 0.00109
Q12 7.96 0.02 0.008176 0.00103 0.00104 0.058
8.29 0.008176 0.00099
8.48 0.008176 0.00096
Q13 8.64 0.02 0.008176 0.00095 0.00102 0.060
7.13 0.008176 0.00115
8.42 0.008176 0.00097
Q14 8.33 0.02 0.008176 0.00098 0.00100 0.063
7.74 0.008176 0.00106
7.13 0.008176 0.00115
Q15 7.86 0.02 0.008176 0.00104 0.00110 0.068
7.42 0.008176 0.00110
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Tabla 6: Calibración de la Boquilla. Fuente: Propia
0.00100
Q = 0.0051Δh0.5631
.(𝒎 ⁄𝒔)
0.00080
0.00060
0.00040
0.00020
0.00000
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080
Δh (m)
𝑄 = 0,0051 × ∆ℎ0,5631
De la ecuación se obtiene un valor de coeficiente experimental de 0,0051 y un exponente de
0,5631.
Para determinar el Coeficiente de Descarga por le método teórico se hace a partir de la figura 2, se
calcula primero la relación entre las áreas de y se determina el numero de Reynolds en la sección 1
(piezómetro 10, diámetro de 0,0413 m), para cada caudal diferente los datos necesarios se
encuentran en la tabla 7 y los datos obtenidos para los demás obtenido se encuentran en la tabla 8.
Datos
D1 0,0413
A1 0,00134
D2 0,019
A2 0,00028
Densidad 998,68
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Viscosidad 1,0942, E-03
Para determinar el Coeficiente de Descargar por el método experimental usamos la Formula (2),
espejando el coeficiente de descarga, los datos necesarios aparecen en la tabla 7 y los datos
obtenidos aparecen en la tabla 8.
Cd
Caudales 𝑷𝒓𝒐𝒎 (𝒎 ⁄𝒔) Δh (m) Re Cd (Expe)
(Grafica)
Q1 0,000492 0,015 13853 0,900 0,903
Q2 0,000545 0,020 15327 0,910 0,865
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Q3 0,000613 0,025 17254 0,920 0,871
Q4 0,000663 0,033 18665 0,940 0,820
Q5 0,000768 0,035 21623 0,940 0,922
Q6 0,000743 0,038 20899 0,930 0,856
Q7 0,000891 0,043 25068 0,950 0,965
Q8 0,000962 0,045 27065 0,960 1,018
Q9 0,000935 0,048 26296 0,965 0,958
Q10 0,000956 0,051 26900 0,960 0,951
Q11 0,000955 0,054 26864 0,960 0,922
Q12 0,001035 0,058 29136 0,976 0,965
Q13 0,001019 0,060 28674 0,976 0,934
Q14 0,001003 0,063 28221 0,973 0,897
Q15 0,001096 0,068 30846 0,980 0,944
Tabla 8: Coeficiente de descarga Teórico y Experimental para cada Caudal. Fuente: Propia
9. CONCLUSIONES:
10. BIBLIOGRAFIA
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