GASTO VOLUMETRICO

Gasto volumétrico

El caudal,flujo o gasto volumétrico o tasa de flujo de fluidos es el volumen de fluido que pasa por una superficie dada en un tiempo determinado. Usualmente es representado con la letra Q mayúscula.

Algunos ejemplos de medidas de caudal volumétrico son: los metros cúbicos por segundo (m³/s, en unidades básicas del Sistema Internacional) y el pie cúbico por segundo (cu ft/s en el sistema inglés de medidas).

Dada un área A, sobre la cual fluye un fluido a una velocidad uniforme v con un ángulo  desde la dirección perpendicular a A, la tasa del caudal volumétrico es:

En el caso de que el caudal sea perpendicular al área A, es decir, , la tasa del flujo volumétrico es:¹

La mecánica de fluidos es un de las ciencias básicas de la ingeniería. Ésta estudia las leyes del comportamiento de los fluidos; tanto de fluidos en equilibrio (hidrostática), como de fluidos en movimiento (hidrodinámica).

Un fluido es una sustancia sin forma propia debido a su poca cohesión intermolecular. Por lo tanto adquiere la forma del recipiente que lo contiene.

El movimiento de cada partícula del fluido se debe a la ley fundamental de la dinámica (F=M*a), este movimiento puede ser dentro de conductos cerrados (tuberías) o por conductos abiertos (canales).

El agua, flujo importante para el estudio de fluidos, se distribuye para el consumo mediante redes que presentan variados problemas tales como: selección de diámetro de tuberías, distribución de presiones y rapidez de flujo de volumen; estas problemáticas son resueltas gracias a distintas ecuaciones y leyes de la mecánica de fluidos.

El siguiente experimento se basó en investigar el comportamiento de fluidos incompresibles (líquidos, específicamente agua); analizando sus propiedades, sus características y la relación existente entre teoría y práctica. Para ello se utilizó un sistema de escurrimiento de fluido y se tomaron mediciones que se efectúan en un manómetro diferencial, registrándose en él la caída de presión del fluido al pasar por una placa orificio.

La primera experiencia tuvo como fin determinar el factor de fricción (f) y su relación gráfica con el número de REYNOLDS (Nre). Esto se realizó en tuberías rectas horizontales.

En la segunda experiencia se analizaron las pérdidas de energía en una contracción brusca, determinándose el coeficiente de resistencia (K).

Los resultados de la experiencia se tabulan y analizan posteriormente.

Desarrollo Experimental

Al iniciar la experiencia, se utilizó un sistema de escurrimiento de fluidos por el cual circulaba agua.

Primeramente se energizó el sistema; luego se verificó el nivel de agua del estanque y se puso en funcionamiento la bomba centrífuga.

Posteriormente se abre la válvula de regulación del flujo, desde la cual fluye el agua. Luego, mediante válvulas incorporadas en el sistema se purgaron las tuberías, es decir se eliminó el aire existente en ellas hasta que el flujo se hiciera continuo. Las otras válvulas existentes en el sistema se mantuvieron perpendiculares a las tuberías, lo cual indicó que se encontraban cerradas.

Enseguida, se eligieron dos puntos de referencia; entre los cuales se registró la diferencia de presión del fluido al pasar por una válvula denominada placa orificio.

Desde estos dispositivos (puntos de toma de presión), son dirigidas pequeñas cañerías hacia un panel que posee tres manómetros conectados al sistema. Dichos manómetros corresponden a:

M1:Mercurio (Hg); M2:Tetracloruro de Carbono (CCl4) y M3; Mercurio (Hg). Este último fue utilizado para medir la diferencia de altura ( H) que se provoca al pasar el fluido por los puntos de referencia mencionados anteriormente.

Luego, se estableció que para cada H existía un p (diferencia de peso) que se produjo desde un pi (peso inicial) a un pf (peso final) en un determinado tiempo(registrado mediante un cronómetro). Esto determinó el caudal volumétrico en (L/s) para cada medición realizada.

La experiencia se repitió 15 veces tabulando los valores registrados.

Con los datos obtenidos se procederá a graficar Q(L/s) v/s H para luego buscar la mejor ecuación de ajuste; ésta permitirá obtener posteriormente cualquier caudal a partir de H (M1) y H (M2), que son las diferencias de alturas obtenidas en dispositivos de la cañería recta, (esto se utilizó en la segunda experiencia, explicada posteriormente). (Véase fig.1)

En la segunda experiencia se analizó el comportamiento del fluido en una tubería recta y en una contracción brusca.

Para una tubería recta:

Se debió energizar el sistema, verificar el nivel de agua del estanque y poner en funcionamiento la bomba centrífuga, asegurándose que todas las válvulas del sistema se encontraran bien cerradas.

Luego se procedió a purgar las tuberías y abrir las válvulas de la tubería en la cual se realizaron las mediciones.(Véase fig.2)

Enseguida, se tomaron como referencia dos puntos los cuales se encontraban a una misma altura en la cañería y con diámetros iguales. Posteriormente con el fin de medir la diferencia de altura ( H) producida por la caída de presión, se utilizó el manómetro M1 o M2 y el manómetro M3.

A medida que se cerraba lentamente la válvula reguladora del flujo volumétrico, se tabularon 15 valores registrado por cada manómetro.

Finalmente, se cerraron las válvulas correspondientes, se apagó la bomba centrifuga y sé desenergizó el sistema.

Para una contracción brusca

Básicamente es el mismo desarrollo explicado anteriormente, pero ahora los puntos elegidos debieron ser designados de manera que se produjera una contracción brusca (el sentido del fluido circula de un diámetro mayor a un diámetro menor), dichos puntos se encontraban a la misma altura. (Véase fig. 2).

NOTA: Las experiencias se realizaron a una temperatura de 20º C.