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El Principio dice que a lo largo de la línea de corriente de un fluido, la presión total, compuesta por la presión estática, dinámica e hidrostática, permanece constante. Complementario al Principio de Bernoulli, se suele usar la ley de conservación de la masa, de la cual se desprende que el caudal permanece constante en una misma corriente de fluido.

En la experiencia de laboratorio se cuenta con el equipo HM 150.07, el cual posee distintos manómetros que permiten medir presiones estáticas y totales de agua fluyendo a lo largo de las distintas secciones de área de un tubo Venturi.Al comparar los resultados obtenidos con los teóricos, se pretende poder validar al principio de Bernoulli.

En este caso el objetivo general podría escribirse como: “Analizar la variable de velocidad a partir de los datos obtenidos para la distancia y el tiempo”.

Los objetivos específicos podrían escribirse como:

• Medir la distancia del objeto en determinados tiempos.
• Graficar los datos obtenidos.
• Analizar los datos obtenidos en base a lo esperado teóricamente.

Los cambios de presión que se dan en un flujo incompresible a través de un tubo se producen debido a cambios en el nivel o bien cambios en la velocidad debido a cambios en el área de la sección transversal y por otra parte debido al rozamiento. En la ecuación de Bernoulli solo se toman en cuenta los cambios de nivel y de velocidad del flujo por lo que para describir un flujo real se deben considerar la geometría de la sección medida y los efectos del rozamiento en la perdida de carga.

• Perdida por geometría: Se producen en ramificaciones, modificaciones de sección o en codos de la tubería. Estas están relacionadas con cambios en el momentum del fluido debido a la variación de velocidad producida por la geometría, perdiéndose presión dinámica. En esta ocasión se estudiarán las pérdidas en modificaciones de sección y en codos.
• Perdidas por fricción: Producidas por el material e imperfecciones que presente el tubo por el cual pasa el fluido. También se tiene el coeficiente de fricción del tubo, que depende de la rigurosidad el tubo y del número de Reynolds, utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido.

En dinámica de fluidos, se tiene la ecuación de Darcy-Weisbach, ampliamente utilizada en hidráulica, que permite el cálculo de la perdida de carga debida a la fricción dentro de una tubería. Esta fórmula permite la evaluación apropiada del efecto de cada uno de los factores que inciden en la pérdida de energía en una tubería. Es una de las pocas expresiones que agrupan estos factores. La ecuación está dada por la siguiente fórmula (ecuación 3.1):

A continuación, se describirá el equipo utilizado en esta experiencia (figura 3.2):

1. Cuadrante de tubo estrecho: radio de curvatura de 40mm y diámetro de 17mm.
2. Cámara anular con tubuladura de medición: conecta manguera con los puntos de medición.
3. Manómetro multitubos séxtuple: entrega valores de presión estática. En esta experiencia solo se utilizaron dos.
4. Cuadrante de tubo ancho: radio de curvatura de 100mm y diámetro de 17mm.
5. Válvula de bola: controla el flujo.
6. Codo de tubo: sin curvatura.
7. Manguera de conexión: Conecta los puntos de medición con el manómetro multitubos.
8. Estrangulación/Ampliación:
9. Manómetro de tubo elástico o manómetro de Bourdon.
10. Tubo acotado: diámetro de codo de 17mm, con leve curvatura.

Donde

Gráfico 6.2: Comparación de presiones medidas y calculadas para diversos sectores del equipo con un caudal de 0.134 [l/s].

Se observa en las tablas de medidas experimentales que para el caso de la ampliación (a diferencia del caso anterior) la perdida de presión es bastante menor, incluso, llegar a ser cero, pues la pérdida por fricción del tubo puede ser superada por el aumento de presión debido al cambio de sección transversal.

Entre los codos, ya sea de tubo, cuadrante de tubo estrecho y cuadrante de tubo ancho, la mayor caída de presión experimental y teórica (tabla 6.3, 6.6, 6.9) está asociada al codo de tubo, debido al abrupto cambio de dirección en 90° (a diferencia de los cuadrantes que presentan un radio de curvatura más suave) que produce turbulencia en las líneas de corriente y genera pérdidas de energía, que a su vez afecta la perdida de carga. En el tramo horizontal la perdida de carga está en su mayoría influenciada por el roce con las paredes del tubo, pues no presenta ninguna geometría especial.

El valor del factor de paso es una constante independiente del flujo circulante en el tubo de Venturi, ya que solo depende de las dimensiones de este.  Se demuestra que la presión dinámica es mayor en las posiciones con menor área transversal, en cambio la presión estática es mayor en las posiciones con mayor área transversal; además la presión total se mantiene casi constante a lo largo del venturímetro con una baja perdida de presión lo que muestra la utilidad del tubo de Venturi como un instrumento útil para la demostración del Principio de Bernoulli.

La utilización de una sonda para la medición de presión total en los puntos del Tubo de Venturi genera pequeñas variaciones en los valores de estas, estos errores se pueden minimizar calculando promedio de las mediciones.