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UPN-2025 MECANICA DE FLUIDOS INFORME LABORATORIO
Tipo: Apuntes
1 / 18
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“Caudal en el tubo de Venturi”
Autores:
Baldoceda Bardales, Bryan M.
Bautista Ramírez, Randhy E.
Quispe Inquiltupa, Danushka Sh.
Vargas Olivera, Jofry
Curso:
Mecánica de Fluidos
Docente:
Ing. Escobedo Guevara, Amílcar O.
17 de junio del 2025
1. Introducción y Fundamentos Históricos
1.1 Antecedentes Históricos del Tubo de Venturi
El tubo de Venturi fue desarrollado por el físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822),
quien fue profesor en las universidades de Módena y Pavía. Venturi (1797) publicó un estudio
pionero sobre el flujo de agua a través de tubos cilíndricos cortos, estableciendo los fundamentos
teóricos de lo que posteriormente se conocería como el efecto Venturi. Sin embargo, como señala
la literatura especializada, "no fue hasta 1888 que el diseño de Venturi se aplicó a algo práctico
cuando Clemens Herschel recibió una patente para el primer tubo Venturi comercial".
El objetivo original del dispositivo, según Venturi, era "medir el gasto de un fluido, es decir, la
cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión entre el lugar por
donde entra la corriente y el punto, calibrable, de mínima sección del tubo". Esta innovación marcó
el inicio del desarrollo de instrumentos de medición de caudal basados en principios de la mecánica
de fluidos.
1.2 Definición y Características del Tubo de Venturi
El tubo de Venturi se define como "un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por
él un fluido". Estructuralmente, consiste en "una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos
cónicos". Los tubos Venturi modernos están compuestos por tres secciones principales: una
entrada convergente, una garganta cilíndrica y una sección divergente o difusor.
Las características distintivas del tubo de Venturi incluyen su capacidad para proporcionar "alta
precisión y larga estabilidad" en la medición de caudales. Además, estos dispositivos "ofrecen una
excelente resistencia al desgaste y no requieren ningún tipo de mantenimiento" , lo que los
convierte en instrumentos ideales para aplicaciones industriales de largo plazo.
2. Principios Físicos Fundamentales
2.1 Efecto Venturi
El efecto Venturi constituye el principio físico fundamental que gobierna el funcionamiento del
tubo. Este fenómeno se define como "un fenómeno en el que un flujo en movimiento dentro de un
conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de
sección menor".
Como explica la teoría, "cuando el aumento de velocidad es muy grande, se llegan a producir
diferenciales de presión" significativos. Este efecto se fundamenta en dos principios básicos de la
mecánica de fluidos: el principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa.
2.2 Principio de Bernoulli
2.2.1 Fundamento Teórico
El teorema de Bernoulli, enunciado por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica, establece que
"un fluido ideal (sin rozamiento ni viscosidad) que está en régimen de circulación por un conducto
cerrado, tendrá una energía constante en su recorrido". La ecuación de Bernoulli se expresa
matemáticamente como:
donde v representa la velocidad del fluido, P la presión, γ el peso específico y z la altura geométrica.
2.2.2 Componentes de la Energía
Según el principio de Bernoulli, "la energía de un fluido consta de tres componentes":
2.3 Principio de Continuidad
2.3.1 Ecuación de Continuidad
La ecuación de continuidad para fluidos incompresibles establece que "la masa total de un fluido
que circula por un tubo, sin pérdidas ni ganancias, se mantiene constante”. Matemáticamente, esto
se expresa como:
donde A representa el área de sección transversal y v la velocidad del fluido.
2.3.2 Conservación de la Masa
Como señala la literatura especializada, "el producto del área de sección transversal por la
velocidad recibe el nombre de caudal". La ecuación de continuidad implica que "a todo lo largo
de la tubería, el caudal es constante", principio fundamental para el funcionamiento del tubo de
Venturi.
3. Análisis Matemático del Caudal
3.1 Ecuación de Bernoulli
La ecuación de Bernoulli es una expresión de la conservación de la energía mecánica en un fluido
en movimiento. Para un flujo ideal, incompresible y sin pérdidas, se expresa como:
El procedimiento comenzó con el montaje del sistema hidráulico, asegurando que todas las
conexiones estuvieran firmes y sin fugas. Luego, se conectaron las tomas piezométricas a lo
largo del tubo de Venturi, distribuidas estratégicamente antes, en la garganta y después del
estrechamiento del tubo, con el fin de medir la presión en distintos puntos del flujo.
Una vez montado el sistema, se procedió a llenarlo con agua, eliminando cuidadosamente el aire
atrapado en las tuberías y en las tomas piezométricas. Posteriormente, se encendió la bomba
centrífuga para iniciar el flujo de agua a través del sistema. Se ajustaron la válvula de succión y
la llave de paso para controlar el caudal deseado.
Durante el experimento, se observaron y registraron las alturas de las columnas de agua en cada
una de las tomas piezométricas, utilizando la regla de acero para obtener mediciones precisas.
Estas alturas representaban la presión en cada punto del tubo. Con los 6 datos obtenidos, se
aplicaron las ecuaciones de Bernoulli y de continuidad para calcular el caudal real que atravesaba
el tubo de Venturi.
Finalmente, se repitió el procedimiento variando el caudal mediante el ajuste de la válvula de
paso, con el objetivo de analizar cómo se comportaban las presiones y el caudal bajo diferentes
condiciones de flujo. Los resultados obtenidos permitieron estudiar el principio de conservación
de la energía en fluidos y validar el funcionamiento del tubo de Venturi como medidor de caudal.
𝑒𝑥𝑝
𝑑
5
2
Donde:
𝐻: Carga del vertedero (m) - (0.057 m)
𝐶𝑑: Coeficiente de descarga, cuyo valor para un ángulo de vertedero de 28° es 0,
𝑒𝑥𝑝
5
2
𝑒𝑥𝑝
3
Donde:
Q: caudal constante
A: Área de la sección (diámetros brindados de la guía de laboratorio)
1
2
)
1
2
2
2
3
2
3
4
2
4
5
2
5
6
2
)
6
3
2
3
4
2
4
5
2
5
6
2
6
ecuación de continuidad (Q = A·V) en el sistema analizado. El análisis de los datos
muestra que el caudal se mantuvo constante en 0.000482 m³/s a lo largo de todos
los puntos de medición, con un error promedio de 0.00%, lo que demuestra la
excelente precisión del experimento y la correcta aplicación de los principios de
conservación de masa.
velocidad máxima de 2.728 m/s se registró en el punto P2 (garganta del tubo con
diámetro de 0.015 m), coincidiendo con la presión mínima de 0.160 m de altura
piezométrica.
analizado, demostrando la conservación de masa en flujos incompresibles. El efecto
Venturi se manifiesta claramente con la relación inversa entre velocidad y presión en
la garganta del dispositivo. Las pérdidas energéticas observadas (4.14%) son
consistentes con las expectativas teóricas para sistemas reales, validando la
necesidad de considerar términos de disipación en la ecuación extendida de
Bernoulli.
controladas a lo largo del tubo de Venturi. La energía inicial en P1 fue de 0.290 J,
alcanzando un máximo de 0.539 J en P2 (garganta), y finalizando con 0.278 J en P6,
evidenciando el comportamiento típico de aceleración y desaceleración del flujo.
(P6) del sistema, resultando en una eficiencia del 95.86%. Esta pérdida representa
los efectos de la fricción viscosa y las pérdidas menores asociadas con cambios de
sección, confirmando que ningún sistema real opera como fluido ideal.
