Este documento describe un experimento de laboratorio para medir caudal y presión utilizando diferentes instrumentos como un venturímetro, placa de orificio y tubo Pitot. El objetivo es calibrar estos instrumentos de medición indirecta y construir curvas de calibración. Se explican conceptos como caudal, velocidad media y ecuación de Bernoulli. También se describen los equipos de laboratorio y el procedimiento experimental que incluye encender las bombas, ajustar las válvulas, y realizar mediciones de presión diferencial y caudal con cada instrumento.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
AREA DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA
LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS
Medición de Caudal y Presión, Calibración,
Venturimetro, Placa orificio y Tubo Pitot. (REAL)
Profesor:
Luís Alejandro Sánchez R.
Agosto, 2006

2. 1. Experimento:
Medición de caudal y presión. Calibración, Venturimetro, Placa Orificio y Tubo
Pitot.
2. Objetivos:
Efectuar mediciones con los instrumentos de medición de caudal y presión
disponibles en el laboratorio.
Realizar cálculos de error y precisión de los instrumentos de medición, así
como también conversiones entre las distintas unidades de una variable.
Construir la curva de calibración de los medidores indirectos disponibles en
el laboratorio.
3. Equipos de Laboratorio:
a) Grupo para el estudio de flujo en tuberías, Modelo H38D/E.
b) Cronometro.
4. Investigar:
1. Concepto de:
 Caudal masico.
 Gasto volumétrico o descarga.
 Velocidad media.
2. Significado físico de cada termino en la ecuación de Bernoulli
3. Ecuación de continuidad para flujo unidimensional permanente.
4. Instrumentos de medición de presión: Piezómetros, Manómetros Diferenciales
de Mercurio Manómetros de Bourdon y Transductores.
5. Características fundamentales y funcionamiento de los siguientes instrumentos
de medición, así como también, su utilidad, y las ventajas y desventajas de
ser usado.
6. Medidores de Caudal Directos: Rotámetros y Medidores Volumétricos.
7. Medidores de Caudal Indirectos: Placa Orificio, Medidor de Venturi y Tubo de
Estancamiento.
8. Otros instrumentos para medir caudal.

3. 5. Nociones básicas:
5.1) Los medidores de Presión disponibles en el laboratorio son los
siguientes:
5.1.1) Manómetro de Bourdon:
Este instrumento mide presiones relativas en cualquier
sistema de tuberías o en otro tipo de maquinas tales como
Depósitos de gas domésticos, hidroneumáticos, equipos de
oxicorte, y en muchos sistemas industriales que trabajen con
líquidos a presión gases comprimidos. Las unidades mas
comunes de medición que presentan en este tipo de
instrumentos son: Psi (libra / pulg 2), Pascales, Bar, cms de Hg ,
entre otras.
5.1.2) Manómetro diferencial de Mercurio:
Figura 2.1 Manómetro de Bourdon
Figura 2.2 Manómetro diferencial de Mercurio.

4. Consiste en un tubo doblado en forma de “U”, y en su
interior contiene Mercurio. Este instrumento mide
exclusivamente la diferencia de presiones entre dos puntos de
un sistema; por lo tanto no sirve para conocer la presión en un
punto específico, sino más bien la variación de presión de un
punto a otro. La unidad directa de medición es mm de Hg pero
esas unidades pueden ser expresadas también en pascales o en
Kg/ m2. Para emplearlo, el primer paso es calibrarlo, lo cual
radico solamente en verificar que los dos meniscos tanto el
izquierdo como el derecho este alineados horizontalmente (el
proceso de calibración fue explicado en la practica #1). Posterior
a la calibración solo se deben conectar los extremos de las tomas
de presión del manómetro diferencial en los puntos que se
requiera conocer la diferencia de presión (∆P), verificando que
las válvulas de control estén cerrada para evitar que se
derrame el mercurio. Luego, se mide con la escala graduada el
desnivel entre el menisco izquierdo y el derecho y ese es el valor
de ∆H que permitirá estimar la diferencia de presión entre los
dos puntos de medición.
Por ejemplo; Supóngase que se conectaron los dos extremos del
manómetro diferencial entre dos puntos cualesquiera A y B del
sistema de tuberías y el desnivel entre los meniscos fue de ∆H
(Hg) = 25 mm. ¿Cual será la diferencia de presión (∆P) entre
AYB?.
Respuesta: Como el Peso Especifico del Mercurio es
γ Hg= 13600 kg / mt2, entonces empleando la ecuación
fundamental de la hidrostática, se obtiene:
∆P = γ Hg* ∆H (Hg) = 13600 * 0,025 = 340 kg/ m2
5.1.3) Piezómetros:
Figura 2.3 Piezómetros

5. H
P O
H
A *
2


t
Q


Este dispositivo mide presiones relativas o manométricas pequeñas
y positivas solamente de líquidos. Consiste en un tubo de plástico
transparente que se introduce en la tubería a través de una
perforación efectuada en la misma. Cuando las presiones son
positivas la columna del líquido asciende por el tubo cierta altura
H. Aplicando los principios de hidrostática y las técnica de
manometría se sabe que la presión en el punto A de la tubería
(ver figura 2.4) se obtiene a través de la siguiente ecuación:
5.2) Los medidores de Caudal se pueden clasificar como directos e indirectos y
los que se encuentran disponibles en el laboratorio son los siguientes:
5.2.1) Directos:
5.2.1.1) Método Volumétrico: Consiste en medir el tiempo en que
se llena un volumen conocido. Por ejemplo, si se usa un cuñete
de 19 litros y se toma el tiempo que tarda en llenarse
completamente; supongamos que son 19 segundos, entonces se
puede conocer el caudal que sale por una tubería solo midiendo
el tiempo de llenado, a través de la siguiente expresión.
Figura 2.4. Medición de presión en el punto A
con un piezómetro.

6. lps
segundos
litros
Q 95
,
0
20
19


5.2.1.2) Rotámetro: Es un medidor de área variable que consta
de un tubo transparente y un medidor de “flotador” (mas
pesado que el liquido) el cual se desplaza hacia arriba por el
flujo ascendente de un fluido en la tubería.
El tubo se encuentra graduado para leer directamente el
caudal. La ranura en el flotador hace que rote y, por
consiguiente que mantenga su posición central en el tubo.
Mientras mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume
el flotador.
5.2.1.3) Contador Volumétrico: Dentro de la tubería hay un
sistema giratorio que se mueve con el paso del fluido por dicho
punto. El instrumento esta calibrado de tal manera que en su
parte superior un conjunto de relojes poseen agujas que al dar
una vuelta completa indican el volumen que paso por ese
punto. Si se toma el tiempo que tarda una de las agujas en dar
una vuelta completa y se divide el volumen conocido que
indica el reloj entre ese tiempo, entonces podemos estimar el
caudal que esta pasando por la tubería.
Figura 2.5. Rotámetro.
El caudal se lee
directamente en la
escala graduada
del aparato en m3/
hora.

7. 5.2.2) Medidores de caudal Indirectos: Estos medidores se
denominan indirectos porque no miden el volumen de
fluido ni tampoco miden el caudal que circula por la
tubería de manera directa. Estos dispositivos son llamados
también medidores diferenciales de caudal, ya que la
variable que se mide es la diferencia de presiones entre dos
puntos del aparato , y luego a través de una expresión
matemática, se obtiene una relación entre el caudal que
fluye por el aparato y dicha diferencia de presiones.
Como la expresión matemática proviene de la
aplicación de Ecuaciones teóricas, entonces dichas
expresiones deben ser corregidas
experimentalmente estimando los diferentes
coeficientes de calibración. ( Cp y Cv). Este
procedimiento se lleva a cabo construyendo las
Curvas de Calibración Experimentales de cada
medidor indirecto.
5.2.2.1) Tubo Ventur1 o Venturimetro: Consta de tres partes
fundamentalmente, una sección aguas arriba la cual tiene el
mismo tamaño de la tubería, una región cónica convergente o
garganta contraída y finalmente una región cónica
Q
El flujo hace girar la hélice y
esta a su vez mueve la aguja
de los relojes en la parte
superior.
Se toma el
tiempo que
tarda una de
las agujas en
dar una vuelta
completa
Figura 2.6. .Vista superior del Contador Volumétrico

8. gradualmente divergente que termina en una sección cilíndrica
del mismo tamaño de la tubería. El caudal se determina
midiendo la diferencia de presiones entre un punto antes de la
contracción y un punto justo en la sección contraída, para luego
emplear una expresión matemática que relaciona estas dos
variables ( Q, ∆P) que se obtiene aplicando la ecuación de
Continuidad y la ecuación de Bernoulli entre estos dos puntos.
Figura 2.7. Vista exterior del Venturimetro instalado en el Banco de
tuberías.
Figura 2.8 .Esquema de funcionamiento del Venturimetro.
Seccion2
(Sección
Contraída)

9. A continuación se presenta la Ecuación que relaciona el caudal que
fluye por el Venturimetro y la diferencia de presiones medida con el
manómetro diferencial de mercurio.
Donde;
Q = Caudal real que fluye por la tubería
Cv = coeficiente de Calibración del Venturi
A2 = Área de la sección Contraída del Ventura
h = desnivel entre los meniscos del manómetro diferencial Hg
D2 = Diámetro en metros de la sección contraída
D1 = Diámetro en metros de la sección de la tubería
5.2.2.2) Placa Orificio: Consiste en una placa metálica delgada con
aguja de bordes agudos exactamente labrados. La placa se instala
entre las bridas del tubo de modo de que el agujero quede concéntrico
al tubo. La corriente continua convergiendo durante una corta
distancia agujas abajo a partir de la situada placa y luego vuelve a
divergir hasta llenar el diámetro del tubo. El funcionamiento de la
placa es el mismo del medidor Venturi pero la contracción del flujo es
brusca y no gradual como en el Venturimetro.
)
)
/
(
1
/(
)
1
)
/
((
*
*
*
2
(
*
* 4
1
2
2 2
D
D
h
g
Cv
Q O
H
Hg 


 

Figura 2.9. Vista exterior de la Placa Orificio.

10.  
 
1
/
*
*
2
* 2
2 
 O
H
hg
h
g
A
Cp
Q 

A continuación se presenta la Ecuación que relaciona el caudal que
fluye por la Placa Orificio y la diferencia de presiones medida con el
manómetro diferencial de mercurio.
Donde;
Q = Caudal real que fluye por la tubería
Cp = coeficiente de Calibración de la Placa Orificio
A2 = Área de la sección Contraída de la Placa
h = desnivel entre los meniscos del manómetro diferencial Hg
5.2.2.3) Tubo Pitot: Es un medidor de Velocidad y consta de un tubo de
vidrio curvado en ángulo recto con el objeto de que las partículas de
fluido ingresen al tubo y se dirija hacia arriba generando un ascenso del
fluido. El tubo pitot que se encuentra instalado en el laboratorio es de
tipo estático y su funcionamiento depende de la diferencia de presión
que se obtenga con el manómetro diferencial de mercurio.
Los extremos del
manómetro
diferencial se
conectan antes y
después de la
placa.
Contracción
Brusca de la
Placa
Q
Figura 2.10 Tubo Pitot Instalado en el Banco de tuberías

11. Hg
m
h
P 
*


 O
H
O
H P
h 2
2
/



O
H
g
V 2
*
*
2 
 tuberia
A
V
Q *

A continuación se presentan las Ecuaciones que permiten calcular la
velocidad y el caudal a partir de la diferencia de presiones medida con
el manómetro
6. Procedimiento para realizar las actividades Experimentales:
6.1) El primer paso es encender el grupo de Bombas que suministran el agua
desde el tanque de almacenamiento hacia el Banco de Tuberías. Este paso, se
lleva a cabo a través del tablero de control que regula la energía eléctrica que
pone en marcha el motor de las bombas.
Figura 2.11. Tablero de Control.

12. 6.2) Luego de poner en marcha las bombas, se verifica que las válvulas del
banco de tuberías estén dispuesta de tal manera que se asegure que el caudal
que fluye por el Rotámetro sea el mismo que pasa por cada medidor de
caudal que se quiere calibrar. La válvula principal del sistema debe estar
totalmente abierta para establecer el caudal máximo que puede ser medido
con el Rotámetro, ya que este valor va a determinar cada cuanto se realizara
la variación del caudal en cada medición.
6.3) Se calibra el manómetro diferencial de Mercurio, antes de realizar
cualquier medición en alguno de los medidores indirectos, tomando la
precaución de mantener las válvulas del manómetro cerradas para evitar que
se derrame el mercurio.
6.4) Las primera medición se realizara para el caudal máximo en la Placa
Orificio introduciendo los extremos del manómetro diferencial en las tomas de
presión de la placa respectivamente.
6.5) Luego se procede a medir en la escala graduada o regleta la lectura del
desnivel de los meniscos en el manómetro diferencial.
Figura 2.12. Válvula principal debe estar
abierta.
Figura 2.13. ∆H de mercurio

13. 6.6) Posteriormente se procede a medir el caudal con el contador
volumétrico tomando el tiempo que tarda en dar una vuelta completa la
aguja de uno de los relojes. Este caudal debe ser el mismo que se mide con
el Rotámetro.
6.7) Luego se mide la presion que marca el manómetro Bourdon la cual
se expresa directamente en Bar.
6.8) El siguiente paso es variar el caudal para realizar la segunda
medición en La Placa orificio, esto se lleva a cabo cerrando la válvula
Principal hasta obtener una caudal menor al caudal empleado en la
primera medición, o sea, el gasto máximo. (Se sugiere variar el caudal
cada 0,1 m3/hora). Este paso se repite al menos diez veces.
6.9) Finalmente se repite el paso 6.3) pero para el Venturimetro y para el
tubo Pitot.
7. Precauciones a tener en cuenta durante la experimentación:
7.1) Asegurarse de cerrar las llaves del manómetro diferencial de mercurio
antes de realizar cualquier medición.
7.2) Conectar y desconectar con cuidado los dispositivos del manómetro.
7.3) Asegurarse de que las válvulas que controlan el flujo en cada tubería,
estén abiertas dependiendo del medidor que se este calibrando y las demás
estén cerradas para asegurar que el caudal que pasa por el Rotámetro es el
mismo que fluye por el medidor indirecto bien sea, La Placa Orificio, el Venturi
o el Tubo Pitot.
Figura 2.14. Manómetro Bourdon

14. 8. Tabla de Datos:
∆ H del Manómetro de Mercurio
(mm)
Contador
Volumétrico
# Q Rotámetro
(m3/hora).
Placa
Orificio
Venturi Tubo
Pitot
Volumen
(m3)
Tiempo
(seg)
Presión
Bourdon
(Bar)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
9. Tabla de Resultados:
9.1) Para La Placa orificio y el Venturi
Calibración Placa Orificio Calibración del Venturi
# Q
Rotámetro
(m3/seg).
(2)
∆h(mt)
(3)
∆P(Kg/mt2
)
(4)
Cp
(5)
∆h(mt)
(6)
∆P(Kg/mt2
)
(7)
Cv
(8)
Re
(9)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

15. Venturimetro
D1mm = 50
D2mm = 11,5
Placa _orificio:
D1mm = 50 mm 50
D2mm = 14,59 mm
(2) Trasformar Q Rotámetro (m3/hora) a m3/seg
(3) y (6) Transformar ∆h (mm) a ∆h (mts) para cada instrumento
(4) y (7) multiplicar ∆h (mts) por 13600 kg/m3 (peso especifico del Hg)
(5) y (8) Despejar Cp y Cv de las ecuaciones dadas en el numeral 5 de este manual
(9) El numero de Reynolds se calcula asi: Re =4*Q/( ∏*D* viscosidad cinemática)
9.2) Para el Tubo Pitot
# Q
(Rotámetro)
m3/seg
(1)
∆h(mt)
(2)
∆P(Pascales)
(3)
∆H
(mts de
agua)
(4)
∆P(mBar)
(5)
V
(m/seg)
(6)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(1) Trasformar Q Rotámetro (m3/hora) a m3/seg
(2) Transformar ∆h (mm) a ∆h (mts) para el Pitot
(3) multiplicar ∆h (mts) por 13600 kg/m3 y por g = 9,81 m/seg2
(4) dividir (3) entre 9810 new/ mt2
(5) multiplicar (3) por 1000 y dividir entre 105
(6) V = (2 * 9,81 * ∆h (mts de agua)) 1/2
9.3) Comparación de Q Rotámetro con Q contador volumétrico
# Q Rotámetro
(Litros / min)
(1)
Q Contador
Volumétrico
(Litros / min)
(2)
Diferencia
(3)
Error
%
(4)
1
2
3
4

16. 5
6
7
8
9
10
Tubo Pitot
D = 12 mm
(1) Trasformar Q Rotámetro (m3/hora) a litros / min
(2) Transformar Q contador volumétrico a litros / min
(3) Restar (1) – (2) en valor absoluto
(4) dividir (3) entre (1).
9.4) Transformaciones de las Presiones medidas con Bourdon
# Presión
(Bar)
(1)
Presión
(mts de agua)
(2)
Presión
(cms de Hg)
(3)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10. Graficas a realizar:
10.1) Papel Semilogaritmico:
Cp Vs. R Placa Orificio.
Cv Vs. R Venturi.
10.2) Papel Aritmético:
∆P (mBar) Vs. V (m/seg) Tubo Pitot.
% Error Vs. Q Rotámetro (litros/min)

17. 11. Analizar y Concluir:
11.1) Comparar las curvas teóricas con las experimentales para los tres (3)
medidores de caudal indirectos.
11.2) Comparar los Q del Rotámetro con los Q del Contador Volumétrico a
través de la grafica que muestra la variación del % de error contra Q
Rotámetro. ¿ Aumenta o disminuye el error al aumentar Q? porque ?.
11.3) ¿Como pueden ser empleadas estas curvas de calibración, para medir
caudal con estos instrumentos en otro sistema de tuberías?