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Universidad de La Serena Departamento de Obras Civiles Laboratorio de Mecánica de Fluidos I

LABORATORIO N° 3 MEDICIÓN DE CAUDALES

En la siguiente experiencia de laboratorio se desarrollarán expresiones matemáticas, aplicando Primera Ley de la Termodinámica para un Sistema Abierto (en adelante la denominaremos Primera Ley) nos permitan obtener el valor del caudal transportado, siempre ycuando se conozca la geometría del sistema. Posteriormente se contrastarán los resultados obtenidos con mediciones de los caudales reales para rectificar o ratificar la validez de las expresiones obtenidas. Para la medición de caudal, en general existen dos áreas de interés: • Flujos Compresibles: cuya densidad no puede considerarse constante, dentro de este grupo están los flujos de fluidoscompresibles tales como el vapor (con título próximo a “1”) o el aire. Flujos Incompresibles: cuya densidad puede considerarse constante (la mayoría de los líquidos). En este último grupo también es necesario observar la subdivisión en dos grandes áreas de interés: o Flujos a superficie libre: donde la superficie del fluido está a la presión atmosférica, y el flujo se produce por diferencias de altura,este es el caso de canales, drenajes, acequias y ríos. o Flujo en tuberías: donde el fluido ocupa toda la sección de la estructura que lo contiene, a una presión distinta a la atmosférica y el flujo se produce por diferencias de presión, como en tuberías o ductos de refrigeración.

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Existen variados métodos de medición de flujo, destacándose vertederos, placas orificio, venturímetros, toberas,rotámetros. De los métodos ya nombrados, los que se utilizarán en las experiencias del laboratorio, serán la placa orificio y el vertedero, ambos insertados en loop hidráulico.

Medidores de caudal. • Placa de orificio: Método de aforo o medición de fluidos que puede utilizarse, tanto para medir flujos compresibles como incompresibles. Consiste en una obstrucción en forma de una placa con unorificio circular con cantos agudos en su parte central, que se inserta en el interior de la tubería donde se desea medir el flujo. La obstrucción provoca una caída de presión entre los puntos que se encuentran antes y después de ella, y aplicando la primera ley, se puede determinar el fluido que pasa por ella. Está formado por una placa de aforo ubicada en la tubería que alimenta el canal (fig.1),y en cuyo extremo se ubica un manómetro de mercurio, el que nos servirá para medir el caudal que circula por el canal.

Figura 1: Placa de Orificio • Vertederos: Un vertedero es una obstrucción al flujo de una corriente, de altura tal que el fluido se ve obligado a pasar por encima de ella. Cuando termina de pasar por sobre ella, el fluido cae “vertiéndose” sobre otra superficie de altura menor.El ejemplo más clásico de un vertedero es una represa, donde el agua mantenida en un lago pasa por las compuertas y cae hacia un valle. En general, para que una obstrucción sea considerada como vertedero debe ser delgada, de manera que el fluido no sea capaz de seguir su superficie. En vez de ello, el fluido literalmente da un “salto” aguas abajo”. La superficie del vertedero recibe el nombre decresta. La altura de la capa de fluido que pasa por sobre ella recibe el nombre de Napa y se designa por la letra h. Esta napa puede considerarse como si fuera un chorro libre, por lo que puede considerarse que la presión en toda su extensión es igual a la atmosférica.

a). Vertedero Triangular: Consta de un vertedero de pared delgada, formado por una placa de acrílico con sus bordesconstruidos de una hoja de metal (fig. 3.a), que permite que el chorro salga libremente. El caudal que fluye por el canal, depende de la altura sobre el vértice del vertedero y se determina como: Q (lts/s) =1384∗ ∆H52 , ∆H=(m) Válida para vertedero triangular de 90º.

Figura 3.a: Vertedero Triangular

b). Vertedero Cipoletti: Para calcular el caudal en vertedero Cipoletti (fig. 3 b), se deben aplicar...