Mecanica de fluidos

1. 1
FACULTAD DE INGENIERIA
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS N° 2
USO DEL VENTURÍMETRO PARAEL CÁLCULO DE CAÍDAS DE
PRESIONES
INTEGRANTES
CABANA ACERO JORGE LUIS
QUIPSE CCAHUANIANCCO IAN JHORDY
SOTO DE LA CRUZ FLAVIO DIEGO
VEGA HUMPIRI MARTHA ROCIO
ZAPANA VILCA ALEXANDER GUSTAVO
DOCENTE
ING. MARÍA DEL CARMEN MANCHEGO CASAPIA
AREQUIPA-2021

2. 2
1. LOGRO GENERAL DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE
El medidor Venturi, inventado por el ingeniero estadounidense Clemans Herschel (1842- 1930) y
nombrado por él en honor del italiano Giovanni Venturi (1746-1822) por sus trabajos pioneros a
cerca de las secciones cónicas de flujo, es el flujómetro más preciso en este grupo, pero también el
más caro. Su contracción y expansión graduales evitan la separación del flujo y los remolinos, y sólo
tiene pérdidasde fricción en las superficies de la pared interior. Los medidores Venturi causan
pérdidas de carga muy bajas, y por lo tanto se deben preferir para aplicaciones que no puedan
permitir grandes caídas de presión. La pérdida de carga irreversible para los medidores Venturi
debida a la fricción sólo es de alrededor de 10%. El medidor Venturi es utilizado para medir la taza
de flujo de “descarga” en una tubería, o sea la cantidad de agua en volumen que está pasando a
través de una tubería en la unidad de tiempo.
Por lo general el tubo Venturi está formado por:
1. Una pieza fundida (ver figura 1) formada por una porción, corriente arriba, del mismo tamaño
de latubería, la cual está provista de una toma piezométrica para medir la presión estática.
2. Una región cónica convergente (tobera).
3. Una garganta cilíndrica con otra toma piezométrica.
4. Una sección cónica gradualmente divergente, la cual desemboca en una sección cilíndrica del
tamaño de la tubería (difusor).

3. 3
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
a) Medir caudales con el Venturímetro.
b) Determinar el coeficiente de descarga (Cd) del Venturímetro.
c) Medir caudales con el depósito volumétrico del banco hidráulico.
d) Aplicar la ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad.
e) Determinar el coeficiente de velocidad del Venturímetro.
f) Observar el comportamiento de la distribución de las presiones a través del Venturímetro.
3. MATERIALES Y EQUIPOS
1. Banco hidráulico.
2. Aparato medidor Venturi
3. Cronometro
4. FUNDAMENTO TEORICO
A. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL TEÓRICO (Qt).
La ecuación de Bernoulli representa la conservación de la energía mecánica por unidad de peso para
flujo continuo, incomprensible y sin fricción. Estudiaremos el comportamiento teórico que tiene el
flujo a través del Venturímetro, para deducir la expresión que nos determinara el caudal. Aplicando la
ecuación de Bernoulli entre la sección (1) y la sección (2) y asumiendo que no hay pérdida de energía
entre ambas secciones, tenemos:
P: presión estática detectada en un orificio
lateral.
V: Velocidad del flujo.
Z: Elevación desde el nivel de referencia topográfica a la línea del flujo, por lo tanto, Z1=Z2 para
tubos horizontales.

4. 4
De la figura 1:
El punto (1) corresponde a la entrada.
El punto (2) corresponde a la garganta del Venturímetro.
Las cotas topográficas de ambas secciones son iguales puesto que el tubo esta horizontal y pueden
ser descartadas. Z1=Z2 Las alturas piezométrica se representan matemáticamente como sigue:
Con el aparato Armfield, la presión estática P, es medida usando un manómetro directamente de un
orificio lateral. El manómetro mide realmente la carga de presión estática, h, en metros, que está
relacionada con P con la relación:
ℎ =
𝑃
𝛾
Esto permite q la ecuación de Bernoulli pueda ser escrita en forma revisada, es decir:
La parte de la velocidad relacionado con respecto de la carga de presión total se llama la carga de la
presióndinámica. De la ecuación de continuidad sabemos que el caudal permanece constante:
Despejando v1 y sustituyendo:
Efectuando y transponiendo términos obtendremos la velocidad teórica del fluido al pasar por la
garganta:
Al multiplicar la velocidad teórica ecuación 5, por el área de la garganta (A2), obtenemos el
caudal teóricoque está pasando a través del Venturímetro:
h1= Lectura de altura piezométrica en el
entrada (m).
h2= Lectura de altura piezométrica en la
garganta (m).
A1= Área de la entrada (m2).
A2= Área en la garganta (m2).

5. 5
B. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL REAL Y VELOCIDAD REAL (Qr y Vr).
La determinación del caudal real se realizará mediante lecturas directa de la probeta cilíndrica y
graduada disponible en el banco hidráulico. La velocidad del flujo se mide por la medición del volumen
del flujo, V, durante un período de tiempo, t. Esto da la tasa de flujo de volumen como: quea su vez da
la velocidad del flujo a través de un área definida, A, es decir esto permite q la ecuación de Bernoulli
pueda ser escrita en forma revisada, es decir:
Vi-real= Velocidad real de cada sección en el Venturímetro (m/s).
Qr= Caudal obtenido del banco hidráulico (m3/s).
Ai= Área de cada sección en el Venturímetro (m2).
C. CARGA TOTAL DE PRESION
La carga de la presión total, h0, se puede medir a partir de una sonda con un agujero final desemboca
en el flujo de tal forma que trae la corriente para descansar en destino, en el extremo de la sonda. Por
lo tanto,
Y de la ecuación de Bernoulli, se sigue que h01 = h02
D. DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD EXPERIMENTAL (Vexp).
Si a la carga de presión total se le resta la carga de presión estática obtendremos la energía cinética,
de esta despejamos la velocidad para poder calcularla con datos experimentales del equipo.
Vi-exp= Velocidad experimental de cada sección en el Venturímetro (m/s).
h0 = Carga de presión total en el sistema (leída en el tubo de pitot, m).
hi = Lectura piezométrica en cada sección en el Venturímetro (m2).
kg = Aceleración de la gravedad
E. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DESCARGA Y COEFICIENTE DE VELOCIDAD (Cd, Cv).
Para deducir la fórmula del caudal teórico ecuación 6, asumimos que no se producen pérdidas de
energía, lo cual afectaría los resultados, es decir que el caudal teórico (Qt) va a diferir del caudal real
(Qr), de manera que para que el caudal teórico sea igual al caudal real es necesario multiplicarlo por
una constante (Cd),
Cd = Coeficiente de descarga del Venturímetro.
Qr = Caudal real determinado con el Banco hidráulico.
Qt = Caudal teórico. Despejando v1 y sustituyendo:

6. 6
Dónde:
Cv = Coeficiente de velocidad del Venturímetro.
Vr = Velocidad real determinada a partir del caudal real.
Vt = Velocidad experimental.
F. COMPORTAMIENTO DE LA LÍNEA PIEZOMÉTRICA A TRAVÉS DEL VENTURIMETRO.
Cuando el flujo pasa a través del Venturímetro se produce un proceso de transformación de
energía, de carga piezométrica (que en este caso es solo de carga a presión, porque el aparato
está colocado horizontalmente) a carga de velocidad en el trayecto de la entrada hacia la
garganta. Ocurriendo el proceso inverso, de la garganta hasta la salida del Venturímetro; esto
es debido a que el diámetro no es constante a través del Venturímetro. Lo anterior implica que
la velocidad también varía para cada sección, esto se puede apreciar en la figura 1. Con
anterioridad hemos dicho, que solo necesitamos dos lecturas piezométrica para determinar el
caudal. El resto de las lecturas piezométrica es para apreciar el proceso anteriormente
expuesto.
G. DISTRIBUCIÓN IDEAL Y REAL DE LAS PRESIONES.
Estas distribuciones están expresadas por:
Dónde:
h1 = Lectura piezométrica en la entrada;
V1 = Velocidad en la entrada;
Vn = Velocidad de una sección cualquiera;
hn = Lectura piezométrica en esa sección cualquiera
Por razones de cálculo y comparación de los resultados experimentales con los teóricos,
expresaremos (hn -h1) como una fracción de la carga de velocidad de la garganta; es decir:

7. 7
5. PROCEDIMIENTO (DESARROLLO DE LA PRÁCTICA)
PROCEDIMIENTO EXPERIENCIA
1) Ponga el aparato de la
ecuación de Bernoulli sobre
el banco hidráulico para que
la base este horizontal; esto
es necesario para que la
medida de las alturas
piezométricas sean exactas.
2) Asegure que el tubo de salida
de equipo se posiciona sobre
el tanque volumétrico para
facilitar las colecciones de
volumen cronometradas.
3) Conecte la entrada del
equipo al suministro de flujo
de banco; cierre la válvula del
banco y la válvula de control
de caudal de aparato y
encienda la bomba.
4) Gradualmente abra la válvula
del banco para llenar el
equipo de la prueba con agua
5) Con el fin de sacar el aire,
cerrar tanto la válvula del
banco como la válvula de
control de caudal.
6) Abra la válvula del banco para
que fluya el caudal a través
de los tubos del manómetro
para purgar el aire.
7) A continuación, abra el
tornillo de purga ligeramente
para permitir que el aire
entre en la parte superior de
los manómetros (Puede que
necesite ajustar ambas
válvulas para lograr esto).
2
3

8. 8
8) Reapriete el tornillo cuando
los niveles del manómetro
alcancen la altura adecuada.
El volumen máximo del flujo
de caudal será determinado
por la necesidad de tener las
máximas (h1) y mínimas (h5),
ambas lecturas en la escala
del manómetro.
9) Anote las alturas de cada
tubo piezométrico y luego
determine el caudal que
proporciona la bomba por
medio de la regleta graduada
que tiene el banco hidráulico
(Método volumétrico).
10)Cierre gradualmente ambas
válvulas para variar el caudal
y repita el paso (9) una vez
más.
11)Repita el paso (10) y solo
anote las lecturas
piezométrica de la entrada
(h1) y de la garganta (h5) por
lo menos 8 veces.
Distribución de presiones adimensionales

9. 9
6. ENTREGABLES
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
1) Calcular las áreas variables a lo largo del medidor Venturi en base a los diámetros
proporcionados en la tabla 1.
2) Con las áreas A (1) = A1; A (2) = A5 y las alturas piezométricas h (1) = h1; h (2) = h5, calcular
la velocidad en la sección 2 (garganta cilíndrica) con la ecuación 5.
3) Multiplique la V2 obtenida en el inciso anterior por el área respectiva A2 (A5), para calcular
el caudal teórico para todas las lecturas realizadas durante el ensayo.
4) Determine el caudal real para todas las lecturas, empleando los datos recolectados
directamente de la regleta graduada del banco y aplicando la fórmula siguiente: Q=V/t
5) Determine el Cd del medidor Venturi según la ecuación 10.
6) Para calcular la distribución ideal y real de las presiones a lo largo del Venturímetro aplique
la ecuación 13 que relaciona la entrada y la garganta cilíndrica con cada una de las tomas
piezométricas ubicadas en el medidor Venturi.
Datos para la determinación del caudal real y teórico
Lectura no
colectado
Volumen (lts)
Tiempo
colectado (s)
Lecturas piezometrica
(mm)
h1 h5 h0
1 0.574 1.000 396 90 348
2 0.476 1.000 380 164 348
3 0.405 1.000 368 212 348
4 0.350 1.000 362 240 348
5 0.289 1.000 354 268 348
6 0.249 1.000 350 384 348
7 0.225 1.000 348 296 348
8 0.190 1.000 348 304 348
9 0.151 1.000 346 316 348
TABLA DE PRESENTACION DE RESULTADOS
Posición A (m2) B(m2) C(m2) D(m2) E(m2) F(m2)
Área 0.0005309 0.0004227 0.00026590 0.00020110 0.0002214 0.0002679
Lectura piezometrica (mm)
Lectura N°1 A (h1, entrada) B (h2) C (h3) D (h4) E (h5, garganta) F (h6)
1 396 382 246 40 90 196
2 380 372 278 130 164 238

10. 10
COEFICIENTES DE DESCARGA
Lectura
Lecturas piezometrica
V2
Caudales (m3/s) Caudales (L/s)
Cd
h1(m) h2(m) (h1-h2)0.5
Teórico Real Teórico Real
1 0.396 0.090 0.553 2.698605 0.0005975 0.0005740 0.597471 0.574 0.960716
2 0.380 0.164 0.465 2.267282 0.0005020 0.0004760 0.501976 0.476 0.948252
3 0.368 0.212 0.395 1.926819 0.0004266 0.0004050 0.426598 0.405 0.949372
4 0.362 0.240 0.349 1.703957 0.0003773 0.0003500 0.377256 0.350 0.927752
5 0.354 0.268 0.293 1.430632 0.0003167 0.0002890 0.316742 0.289 0.912415
6 0.350 0.284 0.257 1.253287 0.0002775 0.0002490 0.277478 0.249 0.897369
7 0.348 0.296 0.228 1.112449 0.0002463 0.0002250 0.246296 0.225 0.913534
8 0.348 0.306 0.205 0.999777 0.0002214 0.0001900 0.221351 0.190 0.858366
9 0.346 0.315 0.176 0.858933 0.0001902 0.0001510 0.190168 0.151 0.794035
10 0.348 0.348 0.000 0.000000 0.0000000 0.0000000 0.000000 0.000 -
COEFICIENTE DE VELOCIDAD EN LA ENTRADA (POSICION A)
Lectura
Lecturas piezometrica (m) Velocidades (m/s)
Cv
h1(m) h0(m) Exp Real
1 0.396 0.396 0.000000 1.081183 -
2 0.380 0.396 0.560856 0.896591 1.598610
3 0.368 0.396 0.741943 0.762856 1.028186
4 0.362 0.396 0.817582 0.659258 0.806351
5 0.354 0.396 0.908691 0.544359 0.599058
6 0.350 0.396 0.950978 0.469015 0.493192
7 0.348 0.396 0.971432 0.423809 0.436272
8 0.348 0.396 0.971432 0.357883 0.368408
9 0.346 0.396 0.991464 0.284423 0.286872
10 0.348 0.396 0.971432 0.000000 0.000000
COEFICIENTE DE VELOCIDAD EN LA GARGANTA (POSICION E)
Lectura
Lecturas piezometrica (m) Velocidades (m/s)
Cv
h2(m) h0(m) Exp Real
1 0.090 0.348 2.252172 2.592593 1.151152
2 0.164 0.348 1.901957 2.149955 1.130391
3 0.212 0.348 1.635164 1.829268 1.118707
4 0.240 0.348 1.457148 1.580849 1.084893
5 0.268 0.348 1.254113 1.305330 1.040839
6 0.284 0.348 1.121713 1.124661 1.002628
7 0.296 0.348 1.011098 1.016260 1.005105
8 0.306 0.348 0.908691 0.858175 0.944408
9 0.315 0.348 0.805469 0.682023 0.846741
10 0.348 0.348 0.000000 0.000000 -

11. 11
DISTRIBUCION IDEAL Y REAL DE PRESIONES COMO FRACCION DE LA ENERGIA CINETICA EN LA
GARGANTA
LECTURA A B C D E F
1
IDEAL 0 -0.082857 -0.4285063 -0.85651758 -0.681546 -0.41999785
REAL 0 -733.39318 -8083.3846 -19164.5809 -16380.8987 -10760.0021
2
IDEAL 0 -0.082857 -0.4285063 -0.85651758 -0.681546 -0.41999785
REAL 0 -31.336009 -355.141436 -856.517581 -745.10066 -480.485472
7. DESEMPEÑO DE COMPRENSIÓN
1. ¿Cuáles son las fuentes de error en el ensayo?
 Se producen burbujas de aire en el interior de los tubos.
 El error se haya podido generar al dejar fluir el agua a una mayor velocidad que la anterior.
2. ¿Qué efecto se tendría si el venturímetro no estuviera horizontal?
 En el tubo de Venturi existen líneas de corriente del flujo de un fluido. la dirección de las
líneas denota la dirección del flujo y el espaciado entre ellas representa su velocidad. cuanto
menor es el espacio entre línea, mayor es su velocidad.
 El flujo horizontal, cuando la velocidad aumenta, la presión disminuye, por lo que cuando las
líneas de corriente se juntan la presión disminuye. así este efecto no podría ocurrir si el
venturímetro no estuviera horizontal.
3. ¿por qué el coeficiente cd no es constante?
Esto se debe a errores que se cometieron durante el laboratorio, que generalmente es de
visualización, al momento que se hace lectura en los manómetros y que los caudales no son
iguales.
4. ¿A qué se debe que la pérdida total en el Venturímetro sea pequeña?
El venturimetro tiene una pérdida total pequeña, debido a la gradual expansión cónica, que
ayuda a transformar la energía cinética en la garganta en energía de presión. Las pérdidas de
carga en una tubería son básicamente pérdidas de presión que se producen en el fluido debido
a la fricción que ejercen las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería por
donde se están conduciendo.

12. 12
5. ¿Cómo puede usarse el tubo de Venturi para bombear fluido?
Teniendo un fluido a una velocidad constante hasta llegar el punto donde acortamos el área
para que bombee con mayor presión aumentando la velocidad y de esa manera pueda servir
como una bomba de fluido.
6. ¿Qué pasaría si la altura del agua en el banco hidráulico sobrepasa la altura estipulada
por los requerimientos del equipo?
Si la altura sobrepase la altura necesaria por el equipo hidráulico significa que el caudal del
fluido es demasiado y por lo tanto la presión sería también mucho más grande y no sería la
presión indicada que pueda soportar el equipo, por ende, se originaria un derrame, porque la
altura no sería suficiente para sostener la capacidad volumétrica del líquido.
7) Grafique:
a. Cd vs. Q teórico del Venturímetro.
Cd Teórico
0.960716 0.597471
0.948252 0.501976
0.949372 0.426598
0.927752 0.377256
0.912415 0.316742
0.897369 0.277478
0.913534 0.246296
0.858366 0.221351
0.794035 0.190168
- 0.000000

13. 13
b. (h1 – h2)1/2 vs. Qt del Venturímetro.
(h1-h2)0.5
Teórico
0.553 0.597471
0.465 0.501976
0.395 0.426598
0.349 0.377256
0.293 0.316742
0.257 0.277478
0.228 0.246296
0.205 0.221351
0.176 0.190168
0.000 0.000000
y = -0.0547x + 0.6708
0.000000
0.100000
0.200000
0.300000
0.400000
0.500000
0.600000
0.700000
0 2 4 6 8 10 12
Cd vs Q t
y = 1.0801x - 4E-16
-0.100000
0.000000
0.100000
0.200000
0.300000
0.400000
0.500000
0.600000
0.700000
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600
(h1-h2)0.5 vs Qt

14. 14
c. La distribución de presiones real y teórica contra la distancia que hay de la garganta a
cada toma piezométrica.
REAL 1 Exp 1 REAL 2 Exp 2
0 0 0 0
-733.39318 -0.082857 -31.336009 -0.082857
-8083.3846 -0.4285063 -355.141436 -0.4285063
-19164.5809 -0.85651758 -856.517581 -0.85651758
-16380.8987 -0.681546 -745.10066 -0.681546
-10760.0021 -0.41999785 -480.485472 -0.41999785
d. Qr vs. Qt del Venturímetro. ¿Qué significa la pendiente de esta gráfica?
Real Teórico
0.574 0.597471
0.476 0.501976
0.405 0.426598
0.350 0.377256
0.289 0.316742
0.249 0.277478
0.225 0.246296
0.190 0.221351
0.151 0.190168
0.000 0.000000

15. 15
e. Vr vs. Vexp del Venturímetro. ¿Qué significa la pendiente de esta gráfica?
Real Exp
2.592593 2.252172
2.149955 1.901957
1.829268 1.635164
1.580849 1.457148
1.305330 1.254113
1.124661 1.121713
1.016260 1.011098
0.858175 0.908691
0.682023 0.805469
0.000000 0.000000
y = 1.0168x + 0.0197
0.000000
0.100000
0.200000
0.300000
0.400000
0.500000
0.600000
0.700000
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700
Qr vs Qt
y = 0.8296x + 0.1448
0.000000
0.500000
1.000000
1.500000
2.000000
2.500000
0.000000 0.500000 1.000000 1.500000 2.000000 2.500000 3.000000
Vr vs Vexp

16. 16
f. Cv vs. Vexp del Venturímetro.
Cv Exp
1.151152 2.252172
1.130391 1.901957
1.118707 1.635164
1.084893 1.457148
1.040839 1.254113
1.002628 1.121713
1.005105 1.011098
0.944408 0.908691
0.846741 0.805469
- 0.000000
y = -0.2003x + 2.5366
0.000000
0.500000
1.000000
1.500000
2.000000
2.500000
0 2 4 6 8 10 12
Exp

17. 17
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
 Se pudo observar el correcto uso del Venturímetro en combinación con el banco
hidráulico para mediante datos calcular el coeficiente de descarga, los caudales y
observar el comportamiento de las presiones en el venturimetro.
 El conocimiento teórico ayudo a medir caudales en la experiencia virtual y
mediante cálculo aplicar la ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad para
ser reflejados en los resultados de la práctica realizada.
 Determinamos el tiempo empleado en alcanzar un volumen. El dato del caudal
en el banco hidráulico representaría posteriormente la base en el cálculo de la
velocidad real en la entrada como en la garganta del venturimetro.
 Si las secciones de los tubos de Venturi disminuyen, las velocidades aumentan por
lo tanto las presiones disminuyen, así ocurre en nuestros cálculos, el signo menos
de la obtención de las presiones ideales como reales indican una disminución en la
misma (la presión).
 Conocer el uso y manejo del venturimetro es importante para darnos cuenta cómo
actúan el flujo de los líquidos a través de cualquier tipo de tubería, saber también
la presión que está actuando en los mismos y a qué velocidad.