LAB 3 DE 2

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
Medición de Caudal y Presión.
Calibración de Venturímetro y Placa Orificio
Santa de Coro; Mayo de 2012

2. 1. Experimento:
Medición de caudal y presión. Calibración de Venturímetro y Placa Orificio.
2. Objetivos:
Efectuar mediciones con los instrumentos de medición de caudal y presión
utilizando la herramienta de MultiH Virtual.
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 utilizados en
la práctica.
3. Equipos:
En el Laboratorio:
a) Grupo para el estudio de flujo en tuberías, Modelo H38D/E.
b) Cronometro.
En el MultiH Virtual:
a) En el laboratorio se encuentra instalado un banco de tuberías, en el cual
existe un conducto en el que pueden montarse tuberías de dos diámetros
diferentes y tres diferentes tipos de medidores de flujo (Placa de Orificio, Venturi y
Toberas).
4. Investigar:
1. Concepto de:
 Caudal másico.
 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.

3. 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.
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 más comunes de
medición que presentan en este tipo de instrumentos son: Psi (libra/pulg2),
Pascales, Bar, cms de Hg, entre otras.
Figura 1 Manómetro de Bourdon

4. 5.1.2) Manómetro diferencial de Mercurio:
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 práctica #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. ¿Cuál será la diferencia de
presión (∆P) entre AYB?
Respuesta: Como el Peso Especifico del Mercurio es γHg= 13600 kg/m2,
entonces empleando la ecuación fundamental de la hidrostática, se obtiene:
∆P = γHg* ∆H (Hg) = 13600 * 0,025 = 340 kg/m2
Figura 2 Manómetro diferencial de Mercurio.

5. H
P O
H
A *
2


5.1.3) Piezómetros:
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:
Figura 4. Medición de presión en el punto
A con un piezómetro.
Figura 3 Piezómetros

6. t
Q


lps
segundos
litros
Q 95
,
0
20
19


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.
5.2.1.2) Rotámetro: Es un medidor de área variable que consta de
un tubo transparente y un medidor de “flotador” (más 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
Figura 5. Rotámetro.
El caudal se lee
directamente en la
escala graduada
del aparato en m3/
hora.

7. 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 está pasando por la tubería.
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 Venturi o Venturímetro: 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 gradualmente divergente que termina en una sección cilíndrica del
mismo tamaño de la tubería. El caudal se determina midiendo la diferencia de
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 6. .Vista superior del Contador Volumétrico

8. 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.
A continuación se presenta la Ecuación que relaciona el caudal que fluye por
el Venturímetro y la diferencia de presiones medida con el manómetro diferencial
de mercurio.
)
)
/
(
1
/(
)
1
)
/
((
*
*
*
2
(
*
* 4
1
2
2 2
D
D
h
g
Cv
Q O
H
Hg 


 

A
Figura 7. Vista exterior del Venturimetro instalado en el Banco de
tuberías.
Figura 8 .Esquema de funcionamiento del Venturímetro.
Seccion2
(Sección
Contraída)

9. 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 Venturímetro.
Para el cálculo del gasto, que circula a través de una tubería en la que está
intercalado una Placa Orificio, conocido el resto de los parámetros, el coeficiente
de descarga puede calcularse por tablas preparadas al efecto (ISO 5167-1996 o
Flow Measurement With Orifice Meters), o según la fórmula propuesta por Stolz,
Figura 9. Vista exterior de la Placa Orificio.
Los extremos del
manómetro
diferencial se
conectan antes y
después de la
placa.
Contracción
Brusca de la
Placa
Q

10. Donde,
b: relación de diámetros
NRD: Número de Reynolds calculado para el diámetro de la tubería.
L1 y L2: coeficientes que dependen del tipo de toma de presión.
Cuando L1 es mayor o igual a 0,4333 el resultado del producto de la
ecuación de Stoltz se toma como el valor 0,0390.
El cálculo de L1 y L2 se realiza según,
6. Procedimiento para realizar las actividades Experimentales:
6.1 Para el Venturi.
6.1.1) Anotar los datos iniciales siguientes:
 Diámetro nominal de la tubería en mm (pulg).
 Diámetro interior de la tubería en mm.
 Diámetro del estrechamiento en mm.
 Coeficiente
 Ubicación de la toma aguas arriba.
 Ubicación de la toma aguas abajo.
 Área del tanque de aforo en m2
 Viscosidad cinemática, en m2/s
 Datos del Elemento Secundario.
6.1.2) Entrar al Menú Principal del MultiH, seleccionar Hidrometría y el
Submenú Conducciones Forzadas.

11. Figura 10. Menú Principal del MultiH.
Figura 11. Menú Principal del MultiH.
6.1.3) Seleccionar la opción de Venturi e inmediatamente escoger Entrada
Fundida y luego Tradicional.

12. Figura 12. Selección de Material y Diámetro de Tubería
Figura 13. Apertura de Válvulas de Paso
Figura 14. Datos de Instalación.
6.1.4) En la Primera Vista del Banco de Tuberías, seleccionar el diámetro y
el material a utilizar en la primera tubería, la cual es donde se ubica el medidor a
calibrar.
6.1.5) Cerrar las válvulas que no entran en el proceso y abrir las
correspondientes solamente al ensayo de pérdidas.
6.1.6) Ver y rectificar si es necesario los datos de la instalación. Opción que
se encuentra en la parte superior en la barra de herramientas.

13. Figura 15. Cambio de Vista.
6.1.7) Cambiar de vista.
6.1.8) Seleccionar el líquido manométrico de los posibles.
Figura 16. Líquidos Manométricos.
6.1.9) Cerciorarse que la válvula de descarga del tanque está abierta.
Figura 17. Válvula de Descarga.

14. 6.1.10) Arrancar la bomba.
Figura 18. Bomba.
6.1.11) Abrir la válvula de regulación y accionarla para obtener el gasto
deseado.
Figura 20. Válvula de Abasto
6.1.12) Extraer el aire de la rama diferencial operando el manifold.

15. 6.1.13) Cerrar la válvula de descarga del tanque y visualizar el cronómetro
y la ampliación del piezómetro del tanque.
Figura 22. Elementos Activos de Medición.
6.1.14) Medir el tiempo (t) que demora en llenarse una altura establecida
(h) en el tanque de aforo. Anotar la lectura.
Figura 21. Calibración de los Meniscos

16. Figura 23. Lectura del tiempo de llenado del Tanque.
Figura 25. Acercamiento de la Rama Diferencial.
6.1.15) Vaciar el tanque.
Figura 24. Válvula de Descarga.
6.1.16) Hacer un acercamiento de la rama en U y a partir de este un
acercamiento de cada uno de los meniscos.

17. Figura 24. Menú Principal del MultiH.
6.1.17) Anotar la lectura indicada en el manómetro diferencial en U (∆h)
sumando la leída en cada menisco, esta lectura viene expresada en cm de Hg.
6.1.18) Variar el gasto en la tubería con la Válvula de Abasto y repetir los
pasos a partir del 6.13.
6.2 Para la placa de Orificio.
6.2.1) Anotar los datos iniciales siguientes:
 Diámetro nominal de la tubería en mm (pulg).
 Diámetro interior de la tubería en mm.
 Diámetro del estrechamiento en mm.
 Coeficiente
 Ubicación de la toma aguas arriba.
 Ubicación de la toma aguas abajo.
 Área del tanque de aforo en m2
 Viscosidad cinemática, en m2/s
 Datos del Elemento Secundario.
6.2.2) Entrar al Menú Principal del MultiH, seleccionar Hidrometría y el
Submenú Conducciones Forzadas.
6.2.3) Seleccionar la opción de Orificios e inmediatamente escoger Toma
Cara - Cara y luego Tradicional.

18. Figura 25. Menú Principal del MultiH.
6.2.4) Repetir los Pasos desde 6.14 hasta el 6.1.17 del Venturi.
7. Los errores más comunes que se han detectado son:
 Abrir la válvula de vaciado del tanque antes de concluir el registro del
tiempo de llenado.
 Accionar la válvula de abasto durante el registro del tiempo de llenado del
tanque de aforo.
 Desbordamiento del tanque por accionamiento tardío de la válvula de
vaciado de este.
 No abrir las válvulas de entrada y salidas de las prácticas a realizar.
 Abrir las válvulas de entradas salidas de otros niveles que no tienen que
ver con las prácticas a realizar.
 No purgar el airé en las ramas diferenciales.
 Lectura de las ramas diferenciales.

19. 8. Tabla de Datos:
8.1 Del Laboratorio:
Contador Volumétrico
#
Q Rotámetro
(m3/hora).
Volumen
(m3)
Tiempo
(seg)
Q Contador
Volumétrico
(m3/s)
Presión
Bourdon
(Bar)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
8.2 Del MultiH Virtual: (Para Venturi y Placa de Orificio).
# #Vueltas
Altura del
Tanque
(m)
Área del
Tanque
(m2)
Volumen del
Tanque
(m3)
Tiempo
(Cron)
Dh
(cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

20. cinemática
visc
D
Q
.
*
*
4
Re


9. Tabla de Resultados:
9.1) Para La Placa Orificio y el Venturi
#
Gasto
Volumétrico
(m3/s)
∆h (m)
(2)
∆P (Kg/mt2)
(3)
C
(4)
Re
(8)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Venturímetro y Placa de Orificio:
D1 (m) = Diámetro de la Tubería
D2(m) = Diámetro del Ensanchamiento.
b= Coeficiente que relaciona D1 y D2.
Donde:
(1) Dividir el Volumen del Tanque entre el Tiempo del cronómetro en segundos.
(2) Transformar ∆h (cm) a ∆h (mts).
(3) Multiplicar ∆h (mts) por 13600 kg/m3 (peso específico del Hg).
(4) Calcular Cp y Cv de las ecuaciones dadas en el numeral 5 de este manual.
(5) Calcular el número de Reynolds:
Donde la Viscosidad Cinemática se determina por:

21. 9.2) 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
5
6
7
8
9
10
(1) Trasformar Q Rotámetro (m3/hora) a (litros/min).
(2) Transformar Q contador volumétrico (m3/s) a (litros/min).
(3) Restar (1) – (2) en valor absoluto
(4) Dividir (3) entre (1) y multiplicar por 100%.
9.3) 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
NOTA: Los cálculos de estas dos últimas tablas se realizan con los datos obtenidos
en el laboratorio real (Tabla 8.1).

22. 10. Gráficas a realizar:
10.1) Papel Semilogaritmico:
Cp Vs. R Placa Orificio.
Cv Vs. R Venturi.
10.2) Papel Aritmético:
% Error Vs. Q Rotámetro (litros/min)
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 gráfica que muestra la variación del % de error contra Q Rotámetro.
¿Aumenta o disminuye el error al aumentar Q? Por qué?
11.3) ¿Como pueden ser empleadas estas curvas de calibración, para medir
caudal con estos instrumentos en otro sistema de tuberías?