SEMANA 15 - GRUPO 6

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MECÁNICA DE FLUIDOS II
SEMANA 15
PROFESOR: ING. VELARDE VILLAR, OSCAR 
INTEGRANTES:
Hernández Calderón Jesús
Nobile Zegarra Renato Alexander
Nuñez Pereyra Alex Daniel
Ortiz Samaniego Joseph Christian
Sosa Romani, Maite
Carlos Villareal, Bill
Mamani Castro Reyneiro Francisco
Flores Ticuña Arnold Francisco
CICLO: 2021 – 1
SEMANA 15:
Primera  sesión de la semana 15:
Medición de flujo en conducto cerrado, medidor de orificio y medidor Venturi.
Medición de flujo en conducto cerrado
La medicion del caudal es de suma importancia, y en gran parte de los procesos existe la necesidad de controlar el caudal y para esto lo primero que se debe de hacer es medirlo.
Esto se da en obra hidraulicas como presas, embalses, bocatomas y control de avenidas. En el sector agricola es util para el diseño de los sistemas de riego y drenaje.
Existen diferentes técnicas e instrumentos para medir el caudal, la técnica a utilizar dependerá de la necesidad y condiciones en las cuales se esté. Los cuatro grandes grupos que permiten medir el caudal son los siguientes: 
medidores de presión diferencial
medidores de velocidad 
medidores másicos 
medidores volumétricos. 
Medidores de presión diferencial
Entre los principales tipos de medidores de presion diferencial tenemos:
Placa de oricio​
Tubo venturi
Tubo pitot
se sabe que cualquier restricción de fluido produce una caída de presión después de esta, lo cual crea una diferencia de presión antes y después de la restricción. Esta diferencia de presión tiene relación con la velocidad del fluido y se puede determinar aplicando el Teorema de Bernoulli, y si se sabe la velocidad del fluido y el área por donde está pasando se puede determinar el caudal. 
La ecuación de Bernoulli es una de la más útiles y famosas en la mecánica de fluidos y su principio físico es utilizado para medir el caudal. El teorema de Bernoulli establece que la energía mecánica de un fluido, medida por energía potencial gravitacional, la cinética y la de la presión es constante. 
Ventajas de los medidores diferenciales 
Su sencillez de construcción y el funcionamiento se comprende con facilidad. 
No son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se comparan con otros medidores. 
Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos y hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos. 
Desventajas 
La amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de los otros tipos de medidores. 
Pueden producir pérdidas de carga significativas. 
Deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo del medidor que, según el trazado de la tubería y los accesorios existentes, pueden ser grandes.
Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de depósitos o la erosión de las aristas vivas. 
La precisión suele ser menor que la de medidores más modernos, especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar.
Medidor de orificio
Los medidores de caudal de placa orificio pertenece al grupo de caudalímetros por pérdida de carga o de presión diferencial. Se trata sencillamente de pasar un fluido a través de una restricción y se lee la presión diferencial a través de la restricción.
Basado en el teorema de Bernoulli aplicado en medidor de placa orificio para vapor, la relación entre la velocidad del fluido pasando a través del orificio es proporcional a la raíz cuadrada de la pérdida de presión a través de ella. Otros de este grupo son los Venturi y toberas. 
En los medidores de caudal de placa orificio la restricción tiene forma de placa con un orificio concéntrico con la tubería. Se le conoce como el elemento primario. Para medir la presión diferencial, deben conectarse líneas de impulso desde las tomas de presión aguas arriba y aguas abajo a un dispositivo secundario conocido como un Transmisor DP (de presión diferencial).
Del Transmisor DP, la información puede pasar a un sencillo indicador de caudal o a un procesador de caudal junto con la información de temperatura y/o presión, que permite al sistema compensar por los cambios en la densidad del fluido. En líneas horizontales por las cuales fluye vapor, se puede acumular agua (o condensado) aguas arriba del orificio.
Para evitar esto, debe haber un orificio de drenaje en la base de la placa. Debe tomarse en cuenta el efecto de este orificio cuando se determinan las dimensiones de la placa orificio. La instalación correcta es esencial y la aplicación de placa orificio para mediciones de caudal está documentada en la Normativa Internacional ISO 5167.
Instalación de los medidores de caudal de placa orificio
Tomas de presión. Son tuberías de pequeño diámetro (llamadas también líneas de impulso) que conectan las tomas de presión aguas arriba y aguas abajo de la placa de orificio a un transmisor de presión diferencial. La ubicación de las tomas de presión puede variar. Los lugares más comunes son:
Desde las bridas (o el porta placa) que contiene la placa orificio como se muestra en la figura anterior. Esto es práctico, pero hay que tener cuidado cuando las tomas están en la parte inferior de la tubería, ya que pueden llegar a obstruirse.
Un diámetro de tubería en el lado de aguas arriba y 0,5 x diámetro de tubería en el lado de aguas abajo. Esto es menos práctico, pero potencialmente más preciso ya que se mide su mayor presión diferencial que está en la vena contracta y esta se produce en esta posición. 
Tomas en las esquinas de la placa. Estas se utilizan generalmente en los medidores de caudal de placa orificio más pequeñas en las que hay restricción de espacio, significa que las tomas en las bridas son difíciles de fabricar. Por lo general, se usan cuando el diámetro de la tubería es de DN50 o menor. Desde el transmisor de presión diferencial se puede enviar la información a un indicador de caudal o a un procesador de caudal, junto con los datos de temperatura y/o presión, para proporcionar compensación de densidad. 
Tuberías. El requisito mínimo es de cinco diámetros de tubería recta aguas abajo de la placa de orificio, para reducir los efectos de perturbaciones causadas por la tubería. Una serie de factores afectan al número requerido de tramos rectos de tubería aguas arriba de la placa orificio: 
La relación ß (relación de diámetros) es la relación entre el diámetro del orificio de la placa y el diámetro interno de la tubería, tal como se muestra en al siguiente ecuación, y tendría un valor de típico 0,7:
La naturaleza y la geometría de la obstrucción anterior. En la siguiente figura se muestran algunos ejemplos de obstrucción: 
Medidor Venturi
El principio de medición Venturi se usa para medir la velocidad del flujo de gases. La presión del tubo Venturi alcanza su valor mínimo en la sección transversal más estrecha del tubo, lo que equivale a que la velocidad del flujo de aire sea la más alta en ese punto.
Consiste en un fenómeno en el que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor. En ciertas condiciones, cuando el aumento de velocidad es muy grande, se llegan a producir presiones negativas y entonces, si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido de este conducto.
¿Qué es un tubo Venturi?
El tubo Venturi es un instrumento utilizado para medir la velocidad de los fluidos en tuberías. Se trata de un dispositivo que aprovecha el efecto Venturi para permitir la medición de la caída de presión del fluido, y con este dato calcular su velocidad utilizando la ecuación de Bernoulli. Asimismo, cuando se utiliza un tubo Venturi hay que tener en cuenta que la turbulencia del fluido dentro de éste puede causar cavitación si la presión del fluido dentro del tubo llega a ser menor a la presión de vapor del fluido.
La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado por dos secciones cónicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluidose desplaza consecuentemente a mayor velocidad. La presión en el tubo Venturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la región ancha y la canalización estrecha. La diferencia de alturas del líquido en el tubo en U permite medir la presión en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.
Una segunda implementación consiste en la transmisión de la presión que precede al cono de entrada 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.
La diferencia entre las presiones de entrada y de la garganta se emplea para realizar la determinación del caudal por medio de la expresión del efecto Bernoulli:
En la figura se muestran partes del tubo Venturi.
Aplicaciones del efecto Venturi
El efecto Venturi, actualmente es uno de los descubrimientos más importantes dentro de la mecánica de fluidos y la ingeniería, aumentando exponencialmente sus aplicaciones. En la siguiente lista, veremos las principales aplicaciones que se le da al efecto Venturi:
Aplicación hidráulica: La depresión asociada al efecto Venturi es utilizada para la fabricación de máquinas que en una conducción hidráulica permiten obtener ciertos aditivos.
Aplicación aeronáutica: Se utilizan los fundamentos del efecto Venturi para obtener succión en instrumentos que trabajan con vacío, utilizados por lo general en aeronaves. Asimismo, este efecto explica la sustentación de las alas de los aviones en el aire.
Aplicación doméstica: Los equipos domésticos de potabilización de agua que utilizan ozono, se basan en el efecto Venturi para succionar el ozono de su contenedor de vidrio y mezclarlo con el agua que atraviesa el equipo y es suministrada por una tubería fina al usuario doméstico.
Aplicación automotriz: En los motores que utilizan carburación, el efecto Venturi se emplea para mezclar el carburador con el carburante, aspirando a este último y mezclándolo con el aire. El efecto Venturi también es utilizado para mejorar la velocidad de los vehículos, aprovechando las cargas aerodinámicas. En la Fórmula 1 se le conoce como efecto suelo, y es porque aprovechan la altura del vehículo respecto al suelo para generar una succión de aire utilizando el efecto Venturi para mejorar el desempeño del automóvil. 
Aplicación petrolera: En la industria del petróleo el efecto Venturi es utilizado para extraer el fluido de los pozos. Para ello, se inyecta aire a presiones muy altas mediante tuberías de sección transversal muy pequeñas, obteniéndose un cambio de energía y convirtiendo la energía potencial del proceso en energía cinética, lo que propicia la salida del petróleo.
Aplicación neumática: El efecto Venturi es utilizado para crear aplicaciones de ventosas y eyectores.
Aplicación acuariofilia: En tomas de bombas de agua o de filtros de agua, este efecto es utilizado para adicionar aire y CO2.
Aplicación odontológica: En la odontología antigua se utilizaba el efecto Venturi para succionar fluidos de la boca del paciente y de los instrumentos dentales.