VENTURIMETRO

Teoria e Instrucivo de Practica 4 “El Venturímetro” Laboratorio de Mecánica de Fluidos

Instructor: Ing Luis Sandoval 2do Semestre de 2013

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MEDIDORES DE FLUJO DE TUBERÍAS

Un punto fundamental en el estudio de flujos por el interior de tuberías es el

conocimiento del caudal y la velocidad del fluido que circula a través de la tubería. Los

diferentes métodos para la medida de velocidades medias en el flujo de fluidos pueden

clasificarse en tres grupos:

 Los basados en la diferencia de presión provocadas por estrechamientos de la

conducción con secciones de flujo constantes: diafragmas, boquillas y

venturimetros.

 Los basados en secciones de flujo variables provocadas por las diferencias de

presión constantes que determina un flotador: rotámetros.

 Los indirectos, basados en la medida de caudales en la determinada sección de

flujo: presas, contadores mecánicos, medidores térmicos, medidores ultrasónicos,

medidores magnéticos, etc.

En la mayor parte de las industrias es trascendental trasegar fluidos de un punto a otro.

Este campo es el campo de estudio de la dinámica de fluidos. Por lo tanto este estudio

constituye un pilar fundamental de los conocimientos en la ingeniería. Este estudio no sería

posible sin la ayuda de los medidores de flujo, que se encargan de medir la presión estática

en distintos puntos de la tubería o la medición de la velocidad del fluido. Entre los distintos

tipos de medidores se encuentran los medidores de orificio, las toberas, los venturímetros,

los rotametros, los anemómetros etc.

La mayor parte de estos equipos basan su funcionalidad en la primera ley de la

termodinámica, que enuncia la conservación de la energía total de los sistemas (Teorema de

Bernoulli). En este caso, el fluido presenta diversas formas de energía, como lo es la energía

mecánica, que se subdivide a su vez en energía cinética y energía potencial, así como la

energía interna del fluido, que es expresada como la presión del mismo, no es común

considerar los cambios térmicos del mismo, no obstante, en caso de haber un cambio en la

temperatura del mismo, también debe incluirse la misma en el balance general de energía.

Por otra parte, están los medidores de alta tecnología, que basan su funcionamiento en

otros fenómenos físicos, como la refracción de ondas electromagnéticas, el efecto doppler,

la conductividad eléctrica, la fuerza de sustentación hidrodinámica.

2.1 VENTURIMETRO

Es un tipo de boquilla especial, seguida de un cono que se ensancha gradualmente,

accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por

principio un medidor de área constante y de caída de presión variable.

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Figura 14. Esquema de un medidor tipo Venturi.

Fuente: http://tarwi.lamolina.edu.pe

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él

un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos.

La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o

instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el

caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este

combustible en la corriente principal.

Las dimensiones del Tubo de Venturi para medición de caudales, tal como las

estableció Clemens Herschel, son por lo general las que indica la figura 14. La entrada es

una tubería corta recta del mismo diámetro que la tubería a la cual va unida.

La presión que precede al cono de entrada se transmite a través de múltiples aberturas

a una abertura anular llamada anillo piezométrico. De modo análogo, la presión en la

garganta se transmite a otro anillo piezométrico. Una sola línea de presión sale de cada

anillo y se conecta con un manómetro o registrador. En algunos diseños los anillos

piezométricos se sustituyen por sencillas uniones de presión que conducen a la tubería de

entrada y a la garganta.

La principal ventaja del Venturi estriba en que sólo pierde un 10 - 20% de la diferencia

de presión entre la entrada y la garganta. Esto se consigue por el cono divergente que

desacelera la corriente.

Es importante conocer la relación que existe entre los distintos diámetros que tiene el

tubo, ya que dependiendo de los mismos es que se va a obtener la presión deseada a la

entrada y a la salida del mismo para que pueda cumplir la función para la cual está

construido.

Esta relación de diámetros y distancias es la base para realizar los cálculos para la

construcción de un Tubo de Venturi y con los conocimientos del caudal que se desee pasar

por él.

Deduciendo se puede decir que un Tubo de Venturi típico consta, como ya se dijo

anteriormente, de una admisión cilíndrica, un cono convergente, una garganta y un cono

divergente. La entrada convergente tiene un ángulo incluido de alrededor de 21º, y el cono

divergente de 7º a 8º.

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Figura 15. Tubo Venturi.

Fuente: http://www,monografias.com

Un tubo Venturi, como el mostrado en la figura 15, consiste en un tubo corto con un

estrechamiento de su sección transversal, el cual produce un aumento de la velocidad del

fluido y por consiguiente, puesto que la conservación de la carga expresada por el teorema

de Bernoulli debe satisfacerse, una disminución de la altura piezométrica. El estrechamiento

va seguido por una región gradualmente divergente donde la energía cinética es

transformada de nuevo en presión con una inevitable pequeña pérdida por fricción viscosa.

La caída de presión puede relacionarse con el caudal de fluido que circula por el conducto, a

partir de la ecuación de continuidad (caudal constante en cualquier sección de la

conducción) y de la ecuación de Bernoulli (conservación de la energía mecánica).

Figura 16. Un tubo Venturi inclinado.

Fuente: Departamento de Energía, Universidad de Oviedo, Practica de Mecanica de Fluidos, pág. 16.

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Aplicando el teorema de Bernoulli entre los puntos 1, en la entrada, y 2, en la garganta

del tubo Venturi de la figura 16, se obtiene:

(1)

Si el Venturi se encuentra situado en posición totalmente horizontal, las alturas de

posición de los puntos 1 y 2 son iguales, es decir z1 ≠z2, y estos términos se cancelan en la

ecuación (1), pero si el tubo Venturi está inclinado, como se muestra en la figura 16, las

alturas de posición son diferentes, z1 ≠z2.

Por otra parte, v1 y v2 pueden considerarse como las velocidades medias en la

sección correspondiente del tubo Venturi, y como el flujo se desarrolla en régimen

permanente y el fluido es incompresible, la ecuación de continuidad establece que:

(2)

Sustituyendo la expresión (2) en la ecuación (1), se obtiene:

(3)

Y, por tanto, el caudal se calcula como:

(4)

En consecuencia con un tubo Venturi el problema de medir un caudal se reduce a la

medida de las presiones p1 y p2, pues el resto de variables presentes en la ecuación (4) son

dimensiones geométricas fijas para cada caso. En concreto es suficiente la medida de la

presión diferencial p1 − p2, por ejemplo mediante un manómetro piezométrico en U, como el

mostrado en la figura 16, con un líquido no miscible con el fluido que circule por la

conducción.

Si éste es un gas, en el manómetro se puede usar agua; si circula agua, en el

manómetro se puede usar mercurio. Estrictamente, el resultado de la ecuación (4) es válido,

como la ecuación de Bernoulli, para flujos ideales en los que los efectos de la fricción son

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despreciables. En los tubos Venturi reales, la fricción, aunque pequeña, está presente, de

modo que la caída de presión p1 − p2 medida en el manómetro diferencial es debida al

aumento de energía cinética en la garganta, pero también a una pequeña pérdida de carga.

Por tanto los caudales obtenidos con la ecuación (4) tienden a ser ligeramente mayores que

los caudales reales, y por ello se introduce un factor de corrección, denominado coeficiente

de descarga o de derrame, Cd (ecuación 5). En cada caso habrá de calibrarse el Venturi

para obtener el valor adecuado de este coeficiente. Para un tubo Venturi convencional Cd

suele adoptar valores en el rango 0,90-0,96.

(5)

Los tubos Venturi resultan ser medios simples

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