División de Ingeniería Mecánica e Industrial

Laboratorio de Mecánica de Fluidos I

Semestre 2024-2

Profesor: Ing. Fabian Palacios Carbajal

Práctica no. 6

Medidores de flujo en tuberías

Grupo: 9

Brigada: 1

Integrantes:

● Cedillo Nava Mariano Mikael

● Melesio García Luis Antonio

Fecha de realización: 13/03/2024

Fecha de entrega: 03/04/2024
 PRÁCTICA 6: Medidores de flujo en tuberías

OBJETIVO
2.0
Realizar mediciones de gasto utilizando medidores de obstrucción: placa con
orificio y tubo Venturi.

INTRODUCCIÓN

Flujómetros ultrasónicos:
Los flujómetros ultrasónicos son dispositivos utilizados para medir el flujo de
líquidos o gases en tuberías mediante el uso de ondas ultrasónicas. Estos
dispositivos funcionan emitiendo pulsos de ondas ultrasónicas a través del fluido
en la tubería y midiendo el tiempo que tardan en viajar contra y a favor del flujo. Al
comparar los tiempos de tránsito de las ondas ultrasónicas, el flujómetro
ultrasónico puede calcular la velocidad del flujo. Hay dos tipos principales de
flujómetros ultrasónicos: los de tiempo de tránsito y los de efecto Doppler. Los
flujómetros ultrasónicos son ideales para aplicaciones donde se requiere una
medición no invasiva y precisa del flujo, como en industrias químicas, petroleras, y
de agua.

Rotámetro:
El rotámetro es un dispositivo de medición de flujo que utiliza el principio de
flotación para determinar la tasa de flujo de un fluido en una tubería. Consiste en
un tubo vertical, generalmente de vidrio o plástico transparente, con un flotador
móvil en su interior. Cuando el fluido fluye a través del tubo, el flotador se eleva
hasta alcanzar un equilibrio entre la fuerza de flotación y la fuerza del flujo del
fluido. La posición del flotador dentro del tubo indica la tasa de flujo del fluido. El
rotámetro es simple, económico y adecuado para medir flujos de líquidos y gases
en una amplia gama de aplicaciones, desde laboratorios hasta plantas industriales.

2
Medidor de flujo por boquilla:
El medidor de flujo por boquilla es un dispositivo utilizado para medir el flujo de
líquidos o gases en una tubería. Consiste en una sección de la tubería que se
estrecha en forma de boquilla, lo que provoca un aumento en la velocidad del fluido
y una disminución en la presión. Al medir la diferencia de presión entre la entrada y
la salida de la boquilla, el medidor de flujo por boquilla puede calcular la tasa de
flujo del fluido utilizando ecuaciones específicas. Estos medidores son precisos y
confiables en una variedad de condiciones de flujo y son comúnmente utilizados en
aplicaciones industriales donde se requiere una medición precisa del flujo, como en
plantas químicas, de petróleo y de energía.

3
 1.0
CUESTIONARIO

1. ¿Qué representa físicamente el coeficiente de descarga?

El coeficiente de descarga, representado comúnmente como Cd, es una medida

adimensional que representa la eficiencia de un dispositivo de flujo, como una
boquilla, una compuerta o un orificio, para convertir la energía potencial del fluido en
energía cinética. Este coeficiente se define como la relación entre el flujo real del
fluido a través del dispositivo y el flujo teórico máximo posible para las condiciones
de flujo dadas.

Físicamente, el coeficiente de descarga refleja las pérdidas de energía debido a la

fricción, la turbulencia y otras imperfecciones en el dispositivo de flujo. Cuanto más
cercano a 1 sea el valor de Cd, más eficiente será el dispositivo en convertir la
energía potencial del fluido en energía cinética, lo que resulta en un flujo más suave
y preciso.

2. ¿Cómo varía el coeficiente de descarga con el número de Reynolds? ¿Qué

pasa a bajos y a altos valores de este último y por qué?

El coeficiente de descarga varía con el número de Reynolds de la siguiente manera:

● A bajos valores de Reynolds: El coeficiente de descarga tiende a ser menor.

Esto se debe a que a velocidades bajas, el flujo tiende a ser laminar y las
pérdidas por fricción son más significativas, lo que reduce la eficiencia del
dispositivo de flujo.
● A altos valores de Reynolds: El coeficiente de descarga tiende a aumentar.
En condiciones de flujo turbulento, las pérdidas por fricción disminuyen, lo
que mejora la eficiencia del dispositivo de flujo. Sin embargo, a valores muy
altos de Reynolds, pueden surgir otros fenómenos, como separaciones de
flujo, que pueden afectar negativamente el coeficiente de descarga.

3. Una vez considerando el coeficiente de descarga, ¿consideras que alguno de

los instrumentos utilizados tiene una mayor exactitud o precisión?

En términos de exactitud y precisión, la preferencia entre los instrumentos utilizados

depende de varios factores, como las condiciones específicas de la aplicación y las
características del flujo a medir. Por ejemplo:

4
 ● Los flujómetros ultrasónicos pueden ofrecer una mayor exactitud y precisión
en mediciones no invasivas de líquidos y gases, especialmente en tuberías
grandes y en condiciones de flujo variable.
● Los rotámetros son simples y económicos, pero su precisión puede verse
afectada por factores como la viscosidad del fluido y las variaciones en la
densidad. A menudo se utilizan en aplicaciones donde se requiere una
medición básica de flujo con un presupuesto limitado.
● Los medidores de flujo por boquilla ofrecen una buena precisión en una
amplia gama de condiciones de flujo, pero pueden ser más sensibles a la
obstrucción y a la erosión en comparación con otros dispositivos.

4. ¿Cuándo consideras conveniente utilizar la placa de orificio y el tubo venturi?

La placa de orificio y el tubo Venturi son ambos dispositivos utilizados para medir el
flujo de líquidos en tuberías, pero tienen aplicaciones ligeramente diferentes:

● La placa de orificio es más adecuada para aplicaciones donde se requiere

una medición económica y simple del flujo, especialmente en sistemas con
fluidos limpios y no viscosos. Se utiliza comúnmente en aplicaciones
industriales para mediciones de flujo generales y en sistemas de control de
procesos.
● El tubo Venturi es preferible en aplicaciones donde se necesita una mayor
precisión y se pueden tolerar mayores costos de instalación. Es
especialmente útil en sistemas donde se requiere una medición precisa del
flujo en una amplia gama de condiciones de flujo y viscosidades de fluido.

BIBLIOGRAFÍA

● Laser optical measurement systems and sensors. (2024, March 19). Dantec
Dynamics | Precision Measurement Systems & Sensors.
https://www.dantecdynamics.com/
● White, F. (2010). Fluid Mechanics. McGraw-Hill Education.

MATERIALES 2.0
● Tubo de Venturi
● PLaca con orificio (No utilizado en esta práctica)
● Fluido a utilizar (agua)
● Cronómetro
● Banco de pruebas de flujo
● Manómetro de mercurio

5
 ● Válvula reguladora de gasto
● Tanque volumétrico

DESARROLLO
Actividad 1. Medición del gasto volumétrico con placa de orificio.
El diámetro interior de la tubería principal es de 39 mm y el diámetro del orificio de
la placa es de 22 mm.
1. Colocar la sección de tubería que tiene la placa de orificio en el banco de
pruebas, poniendo especial atención en que los empaques de cada uno de
los extremos de la sección de tubería se encuentren en su lugar.

2. Conectar las mangueras que van al manómetro de mercurio en cada una

de las válvulas (2) que se encuentran en la placa de orificio, teniendo
cuidado que dichas válvulas se encuentren totalmente cerradas al igual que
las válvulas de purga del manómetro (3).

6
 3. Abrir gradualmente la válvula que regulará el gasto a lo largo del
experimento (4) y encender el equipo (5) apretando el botón negro para
que el agua (fluido de trabajo), inicie a circular por el sistema.
4. Abrir las válvulas (2) que se encuentran en la placa de orificio para que el
agua pase y expulse el aire que tienen las mangueras por la zona en las
que se encuentran las válvulas de purga, dejando dichas mangueras
totalmente purgadas de aire.
5. Una vez purgadas las mangueras se debe de abrir al mismo tiempo y
lentamente las dos válvulas de purga para evitar fuertes cambios de
presión que puedan hacer que el manómetro de mercurio se dañe. Abiertas
totalmente las válvulas de purga (3) se tendrá en el manómetro una
diferencial de presión la cual se utilizará como la primera medición.

Medición del gasto real con el tanque volumétrico. Con la primera diferencia de
presiones se tomará el gasto que se tiene en el tanque volumétrico donde se
descarga el agua, dicha medición se realizará de la siguiente manera:
6. Se obstruirá el flujo del agua dejando caer una esfera en el orificio (6) por
donde esta se evacua.
7. En la zona de medición del volumen (7) se dejará que el agua pase a la
segunda escala de medición y marque 5 litros, momento en el que se
iniciará a tomar el tiempo con el cronometro.

7
 8. Se tomará el tiempo que tarda en llenarse cierta cantidad de volumen en el
medidor de volumen (7), se recomienda usar volúmenes altos para
minimizar errores en el accionamiento del cronómetro (iniciar y detener) en
el conteo del tiempo. Para gastos bajos se recomienda 10 litros, y para
gastos altos 20 litros. Después de realizar las mediciones, quitar la esfera
para liberar el fluido del tanque volumétrico.
Se sugiere realizar la medición de gasto al menos 5 veces, variando el gasto con
la válvula del equipo (4).
Los datos obtenidos de volumen y tiempo serán utilizados para calcular el gasto
real del agua, Qreal.
Actividad 2. Medición del gasto volumétrico con el tubo venturi.

El diámetro interior de la tubería principal es de 39 mm y el diámetro de la

garganta del tubo venturi es de 18 mm.
Efectuar el procedimiento descrito en la actividad 1 (incisos 1 a 8), pero ahora con
el tubo venturi.
Se sugiere realizar la medición de gasto al menos 5 veces, variando el gasto con
la válvula del equipo (4).
Los datos obtenidos de volumen y tiempo serán utilizados para calcular el gasto
real del agua, Qreal.

8
TABLAS DE DATOS

TUBO VENTURI D tubería = 39 mm D reducción= 18 mm

Posición p1-p2 Volumen Tiempo [seg]

Válvula L1 [mm] L2 [mm] [Litros]

1 11 10 6.25

2 8 10 7.41

3 5 10 9.81

4 3 10 11.09

5 0 5 30.22

MEMORIA DE CÁLCULO
3.0
2 2
⊘ 0.039 2
𝐴1 𝑒𝑥𝑝2 = π 4
= π 4
= 0. 001194 [𝑚 ]

9
 2 2
⊘ 0.018 2
𝐴2 𝑒𝑥𝑝2 = π 4
= π 4
= 0. 000254 [𝑚 ]

𝑉 10
𝑄 𝑑𝑒𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑜 = 𝑡
= 6.25
= 1. 6 [𝐿/𝑠]

𝑃 = 𝑔ℎ(ρ𝐻𝑔 − ρ𝐻20) = 9. 78[𝑚/𝑠2] * 0. 011[𝑚](13600[𝑘𝑔/𝑚3] − 1000[𝑘𝑔/𝑚3]) =

= 1355. 508 [𝑃𝑎]

𝑄 𝑑𝑒𝑝 1.6 [𝐿/𝑠]
𝑈1 = 𝐴1
= 0.001194 [𝑚2]
= 1340. 03 [𝑚/𝑠]

2[𝑃1−𝑃2] 1/2 2[1355.508] 1/2

𝑈2 = ( 𝐷2 4 ) =( 0.018 4 ) = 1. 68519 [𝑚/𝑠]
ρ[1−( 𝐷1
) ] 1000 [1−( 0.039
) ]

𝑄 𝑜𝑏𝑠 = 𝐶𝑑 * 𝐴 𝑜𝑏𝑠 * 𝑈2 = 0. 98 * 0. 000254 * 1. 68519 = 0. 0004194

𝑈1*ρ*𝐷1 1340.03*1000*0.039
𝑅𝑒 = µ
= −3 = 52 261 170
1𝑥10

TABLA DE RESULTADOS Y ANÁLISIS

TUBO DE VENTURI

Posición U1 [m/s] Ut [m/s] Re U1 (p1-p2) Qdep Qobs

Válvula [Pa] [L/s] [L/s]

1 1340.03 1.68519 52261170 1355.508 1.6 0.000419

4

2 1130.257 1.437138 4408004 985.824 1.3495 0.000357

68 57 9.4 73

3 853.7420 1.136157 3329593 616.14 1.0193 0.000282

37 8 9.4 81

4 755.2037 0.880064 2945294 369.684 0.9017 0.000219

31 05 5.5 07

5 138.5706 0 5404254. 0 0.1654 0

38 89

Graficar Q vs (p1-p2)

10
A través de la tabla y de las gráficas correspondientes, podemos observar que a
medida que si la presión es mayor, también lo serán la velocidad 2 y el gasto que
presenta el fluido, además del número de Reynolds que nos indica si el flujo es
turbulento o laminar. Debido a que las medidas fueron tomadas en un orden
inverso, nos encontramos con los valores mś grandes al inicio de la tabla.

CONCLUSIONES 2.0
Cedillo Nava Mariano Mikael

Durante la práctica se presentaron algunas complicaciones a la hora de tomar

medidas para la placa con orificio, pues no fueron recabadas las medidas de la
diferencia de presiones para llevar a cabo los cálculos correspondientes, por lo
que realizar una comparación entre ambas técnicas no es posible. Por otro lado,

11
para el tubo de Venturi no existieron obstáculos puntuales, pues se midieron todos
los datos necesarios para realizar las actividades. Si bien todo se realizó
eficientemente, hay que destacar que se depende de un observador con
cronómetro que puede llegar a tener errores en la medición al no ser una máquina
precisa que se detenga cuando se llega al gasto dado en el depósito, por ejemplo;
o inclusive errores en la observación de datos obtenidos con herramientas
analógicas.

De cualquier modo, la mayor dificultad que se presentó en el grupo es acerca del

uso de las fórmulas teóricas, pues al tomar la clase con un profesor distinto, la
forma de trabajo y la recolección de datos tomó otro enfoque. Por ello, se adquirió
un espectro práctico muy bueno, en donde al observar los vertederos y los datos
obtenidos directamente de los equipos, se comprende “en la vida real” el
funcionamiento de estas técnicas. Sin embargo, en el apartado teórico existieron
dudas en los cálculos y cómo cada dato nos lleva al número de Reynolds, por lo
que complementar teóricamente es vital para el aprendizaje íntegro. Aún así se
resolvieron las tareas dadas por el manual y se concluyó satisfactoriamente la
práctica.

Melesio García Luis Antonio

Durante la práctica, surgieron algunas dificultades al tomar medidas para la placa

con orificio, ya que no se registraron las diferencias de presión necesarias para
realizar los cálculos pertinentes. Esto imposibilita la comparación entre ambas
técnicas. Por otro lado, en el caso del tubo de Venturi, no se encontraron
obstáculos significativos, ya que se recopilaron todos los datos requeridos para
llevar a cabo las actividades.

A pesar de que se llevó a cabo la práctica de manera eficiente, es importante

señalar que se depende de un observador con cronómetro, lo que podría haber
ocasionado errores en las mediciones al no contar con una máquina precisa que
se detenga automáticamente al alcanzar el flujo deseado, por ejemplo. Además,
pueden haberse producido errores en la observación de datos obtenidos con
herramientas analógicas.

La mayor dificultad experimentada por el grupo estuvo relacionada con el uso de

las fórmulas teóricas. Al tomar la clase con un profesor diferente, el enfoque en la
recopilación de datos y el trabajo variaron. Por lo tanto, se adquirió un

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conocimiento práctico considerable al observar directamente los vertederos y los
datos generados por los equipos. Sin embargo, persisten dudas en cuanto a los
cálculos teóricos y cómo estos conducen al número de Reynolds. Por lo tanto, es
crucial complementar este aspecto teórico para un aprendizaje integral.

A pesar de los desafíos, se lograron resolver las tareas establecidas en el manual

y se concluyó la práctica de manera satisfactoria.

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