Este documento presenta una guía práctica para medir el flujo de un fluido a través de un tubo Venturi. Explica cómo calcular el caudal y la pérdida de energía usando las ecuaciones del tubo Venturi. También describe los pasos para realizar un experimento de laboratorio para calibrar un tubo Venturi y calcular el coeficiente de descarga considerando los errores.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – SEDE MEDELLÍN
MECÁNICA DE FLUIDOS Semestre 01/2016
GUÍA PRÁCTICA: Flujo a presión por un Tubo de Venturi
1. Conceptos
 Medidores de Caudal en flujo a presión.
 Presión diferencial.
 Disipación energética.
2. Objetivos
 Entender los procedimientos para hallar la ecuación de calibración de un medidor a presión
tipo Tubo-Venturi, y el coeficiente de descarga correspondiente.
 Aplicar las técnicas de tratamiento de datos experimentales para estimar los errores totales
(sistemático más aleatorio) tanto en el cálculo del coeficiente de descarga del Venturímetro
como en la estimación de caudales a partir de diferencias de presión en el conducto.
 Entender las aplicaciones del tubo Venturi, la tobera y el orificio como dispositivos aforadores
de flujo en conductos a presión.
3. Esquema del montaje (Figura 1)
Figura 1. Esquema para el estudio del tubo Venturi.
4. El tubo Venturi
Este es un dispositivo hidráulico que se usa para varios fines en los sistemas de flujo a presión. Uno de
los usos del Venturímetro es el de servir como dispositivo aforador de flujo, en cuyo caso se
demuestra que el caudal corresponde a la siguiente expresión:
Q=Cd
a1 a2 √2g
√a1
2
−a2
2
.H A 7
1/2
=π
4
Cd
d1
2
d2
2
√2g
√d1
4
−d2
4
.H A 7
1/2
(1)
Donde: Cd es el coeficiente de descarga del Venturi; a1 y a2 son las áreas transversales de las secciones
de flujo ubicadas en la entrada y en la garganta del tubo Venturi respectivamente; y
H A7=
(PA−PV 7)
γ es la diferencia de las cabezas de presión entre las tomas piezométricas antes de
entrar al medidor (A) y en la garganta (V7) del venturímetro.
Por otra parte, la pérdida de energía por unidad de volumen del flujo puede calcularse con base en la
diferencia de presiones entre las tomas piezométricas localizadas a la entrada (A) y la salida del
Venturi (V13). Esto es,
ΔE=pA−pV 13=γ H A 13 (2)
Téngase en cuenta que los términos HA7 y HA13, en las ecuaciones (1) y (2) son magnitudes
calculadas a partir de la correcta lectura del manómetro diferencial conectado al medidor.
Q
D=4”
D=2”
V13
VG
V7
VA
D=4”

2. Datos para la calibración del tubo Venturi
Dato Q(LPS) h7 – hA (cm) h13- hA (cm) HA7 (cm) HA13 (cm) ΔE(dina/cm2
)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
h7-hA y h13-hA son las diferencias de altura de la columna de mercurio entre ambos brazos del
manómetro diferencial conectado a los puntos 7-A y 13-A, respectivamente.
Práctica de Laboratorio
• Demostrar las ecuaciones (1) y (2) a partir de las ecuaciones de continuidad, energía y momentum.
• Confirmar la homogeneidad dimensional de las ecuaciones (1) y (2).
• Por regresión de mínimos cuadrados para una función del tipo Y=AX, donde (X,Y)= (HA7
1/2
, Q),
calcular el coeficiente de descarga del vertedero rectangular con contracciones, asociado a una
confiabilidad del 95%.
•Graficar las parejas de datos experimentales (HA7
1/2
, Q) y la función de regresión correspondiente.
• Propagar los errores en el cálculo del Cd: Cd=
~
Cd±δCd
Observe que Cd=
4 A √d1
4
−d2
4
π .d1
2
d2
2
√2 g
y que, por tanto, el error relativo en Cd se calcula como:
δCd
Cd
=
√(
δ A
A
)
sist
2
+(
δ A
A
)
aleat
2
+(2
δd1
d1
)
sist
2
+(2
δd2
d2
)
sist
2
+(
1
2
δ[d1
4
−d2
4
]
d1
4
−d2
4
)
sist
2
+(
1
2
δ g
g
)
sist
2
En cuyo caso los errores sistemático y aleatorio en la pendiente de la recta que pasa por el origen son:
(
δ A
A
)
sist
=
√[
δ X
X
]
2
max
+[
δY
Y
]
2
max
Y (
δ A
A
)
aleat
=
√(
1
A
t .sd
√∑ X
2
)
2
Donde t es el parámetro de la distribución t-Student y sd=
√∑(Yi−AXi)
2
N−1
• Ahora bien, dado un Hi experimental cualquiera, el caudal junto con su error aleatorio se calcula con
base en la fórmula:
Q=π
4
Cd
d1
2
d2
2
√2g
√d1
4
−d2
4
. H A7
1/2
±t . sd
√1+
Xi
2
√∑ Xi
2
•Calcule las pérdidas de energía ΔE y analice los resultados.
Referencia: Jiménez, J.F. Tratamiento de Datos Experimentales. Univ. Nacional de Colombia. 2009.