Fluidodinámica 20141 TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO N° 2 Medidores de velocidad y caudal por presión diferencial Alumno Legajo Objetivos Realizar mediciones de: Experiencia 1: velocidad del aire en el túnel de viento por medio de un tubo Pitot y manómetro de rama inclinada. Comparar con lectura de anemómetro de hilo caliente Dantec Flowmaster. Experiencia 2: Caudal de aire en un tubo venturi (microtúnel de calibración de anemómetros), con un manómetro diferencial de columna de agua. Comparar con graduación del control de velocidad del microtúnel. Experiencia 1 Con el objetivo de corroborar el modelo teórico visto en clase, se realizó la medición de la velocidad del aire en un túnel de viento. Para realizar dicha experiencia se cuenta con un tubo Pitot (ver figura 1), el cual estará conectado a un manómetro de agua. En forma paralela a la medición del manómetro se utilizó un anemómetro de hilo caliente Dantec Flowmaster para contar con un valor de referencia de la velocidad del viento, donde también se relevó la temperatura dentro del túnel de viento. Es de vital importancia para una buena medición que el tubo Pitot esté perfectamente alineado con la dirección del viento, ya que de no ser así se cometerán errores en la medición. Fluidodinámica 2014 2 Figura 1 La experiencia procede con el encendido del túnel de viento y el relevamiento de datos. Para cada velocidad del aire, se registra la velocidad marcada por el anemómetro y la diferencia de altura en el manómetro de agua. Equilibrio hidrostático. Pt = Pe + Pd P₁ = Pt P₁ = P₃ = P₂ + Δh . g . ρ P₂ = Pe P₁ - P₂ = Δh . g . ρ = Pd Bernoulli en el tubo Pitot: Pd = Δh . g . ρ = ½ ρ´ . V² => V= Δh = Δl . sen α Combinando las expresiones, obtenemos: Fluidodinámica 2014 3 Resultados: Medición V Flow master (m/s) V Pitot-Prandl (m/s) 1 4,1 3,9 2 6 5 3 8 6,12 4 9 7 Error cometido: Medición Error absoluto Error relativo Error % 1 0,2 0,048 4,8 2 1 0,167 16,7 3 1,88 0,235 23,5 4 2 0,026 2,6 Los errores que se registran en las mediciones pueden ser causados por una mala alineación del tubo Pitot, o al margen de error asociado al anemómetro y/o al manómetro. Experiencia 2 Fluidodinámica 2014 4 En la experiencia 2 se utilizó un tubo Venturi para determinar el caudal experimentalmente y poder compararlo con el caudal mediante ecuaciones de conservación de masa y energía. Para esto, se utilizó un tubo Venturi. El tubo de Venturi es un dispositivo diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Consiste en un tubo formado por dos secciones cónicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza a mayor velocidad (ver figura 2). La presión en el tubo de Venturi se puede medir con un tubo en forma de “U” conectando la región ancha y la parte estrecha. La diferencia de alturas en el tubo en “U” permite medir las presiones en ambos puntos, y en consecuencia la velocidad. Figura 2 Tubo Venturi utilizado en el laboratorio: Cálculos: Conservación de masa a la entrada y a la salida: Fluidodinámica 2014 5 Flujo masico a la entrada = Flujo masico a la salida ρ . Ae . Ve = ρ . As . Vs => Ve = β² . Vs siendo β = d/D Aplicando ec. De Bernoulli a la entrada y a la salida: Δ ( V²/2 + g.z + U + P/ρaire ) = 0 iendo - U 0 - g . z = 0 - perdidas despreciables ΔV²/2 + ΔP/ρaire = 0 Hidrostática: ΔP = ρagua . g . Δh Combinando las 3 ecuaciones, se llega a la siguiente expresión: Resultados: ∆h (m) 0,038 0,075 0,126 0,188 0,265 V medida (m/s) V referencia (m/s) 24,85 30 35,03 40 45,34 50 55,28 60 65,69 70 Fluidodinámica 2014 6 Error cometido: Error absoluto Error relativo Error % 5,145 0,171 17,1 4,966 0,124 12,4 4,652 0,093 9,3 4,717 0,078 7,8 4,30 0,061 6,1 Las fuentes de errores pueden provenir de una mala observación de alturas, o del efecto de la histéresis, que es un fenómeno de descomposición que presentan algunos instrumentos que se produce cuando se hace una comparación entre la variación de una misma medida tanto a nivel ascendente como descendente. Grafico Q vs. ∆P Teniendo en cuenta que: ΔP (medido) Q (medido) 371,65 0,00945 738,42 0,01333 Fluidodinámica 2014 7 1237,22 0,01725 1838,71 0,02103 2596,69 0,02499 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 C a u d a l v o l u m e t r i c o ΔP medida Q vs. ΔP (medido) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 C a u d a l v o l u m e t r i c o ΔP real Q vs. ΔP (real) ΔP (real) Q (real) 541,463 0,0114 962,601 0,0152 1504,063 0,019 2165,851 0,0228 2945,9643 0,0266