Informe De Laboratorio: Medicion De Caudal

“Universidad Señor de Sipán”

Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Urbanismo

MECANICA DE FLUIDOS II

INFORME DE LABORATORIO Nº 2

Docente:

ING. CORONADO ZULOETA OMAR.

Alumno:

CUBAS BENAVIDES, José Luis

Fecha de Experimento:

Domingo, 09 DE SEPTIEMBRE DEL 2012

Fecha de Presentación:

VIERNES, 14 DE SEPTIEMBRE DEL 2012

INTRODUCCIÓN

Los conocimientos realizados durante el desarrollo de una práctica de laboratorio, haciendo uso de los materiales, instrumentos y equipos de laboratorio, constituyen una oportunidad única para familiarizarse de los hechos y leyes que rigen la Mecánica de Fluidos.

Es importante porque para desarrollar actividades en el laboratorio debemos tener en cuenta tanto normas y recomendaciones para una correcta y segura experiencia en el mismo. Así pues el uso correcto de los equipos y materiales de laboratorio es una parte de suma importancia para todo ingeniero.

El uso correcto de los equipos nos permiten una mayor velocidad para la realización de las prácticas y a la vez aumentar la vida útil de los mismo, pues al usarlos correctamente evitaremos su deterioro por mal uso.

Con el desarrollo de esta práctica podremos reconocer, describir y comprender la estructura de materiales empleados en los trabajos de laboratorio. También podremos identificar por el nombre, clasificar y señalar los usos y funciones de cada uno de ellos.

OBJETIVOS

Permitir obtener la presión hidrostática exacta del sistema y verificar la ecuación de Bernoulli. Sin embargo, el conocimiento de estas secciones no es un trabajo fácil.

El propósito de este experimento es obtener por medio de los tubos de pitot y las medidas piezométricas el valor exacto de las diferentes secciones.

MARCO TEORICO

La dinámica de los líquidos, está regida por el mismo principio de la conservación de la energía, el cual fue aplicado a ellos por el físico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782), obteniendo como resultado una ecuación muy útil en este estudio, que se conoce con su nombre.

Para ello se puede considerar los puntos 1 y 2, de un fluido en movimiento, determinando la energía mecánica de una porción de éste, a lo largo del filete de fluido en movimiento que los une.

Si m es la porción de masa considerada, v su rapidez, Y la altura sobre el nivel tomado como base, la presión y ρ la densidad en cada uno de los puntos, se puede escribir utilizando el teorema trabajo-energía cinética:

Si ahora se divide a todos los términos de los dos miembros, entre la masa considerada, se obtendrá la ecuación de Bernoulli, que corresponde a la ley de la conservación de la energía por unidad de masa. Si el fluido es incompresible, como supondremos en lo sucesivo, donde:

ρ_1=ρ_2=ρ , la ecuación de Bernoulli adopta la forma:

(6.10)

Así como la estática de una partícula es un caso particular de la dinámica de la partícula, igualmente la estática de los fluidos es un caso especial de la dinámica de fluidos. Por lo tanto, la ecuación (6.10) debe contener a la ecuación (6.5) para la ley de la variación de presión con la altura para un fluido en reposo. En efecto, considerando un fluido en reposo, y remplazando v_1=v_2=ρ

en la ecuación de Bernoulli, se obtiene:

ρ_1-ρ_2=ρg(Y_2-Y_1 ),

que es precisamente la ecuación fundamental de la estática de fluidos.

ρ_2=ρ_1-ρg(Y_2-Y_1 )=3,04 〖10〗^5-〖10〗^3 10 6=2,44 〖10〗^5 [Pa]=2,41[Pa].

Ecuación de Bernoulli y la Primera Ley de la Termodinámica

De la primera ley de la termodinámica se puede concluir una ecuación estéticamente parecida a la ecuación de Bernouilli anteriormente señalada, pero conceptualmente distinta. La diferencia fundamental yace en los límites de funcionamiento y en la formulación de cada fórmula. La ecuación de Bernoulli es un balance de fuerzas sobre una partícula de fluido que se mueve a través de una línea de corriente, mientras que la primera ley de la termodinámica consiste en un balance de energía entre los límites de un volumen de control dado, por lo cual es más general ya que permite expresar los intercambios energéticos a lo largo de una corriente de fluido, como lo son las pérdidas por fricción que restan energía, y las bombas o ventiladores que suman energía al fluido. La forma general de esta, llamémosla, "forma energética de la ecuación de Bernoulli" es:

Dónde:

es el peso específico ( ).

es una medida de la energía que se le suministra al fluido.

es una medida de la energía empleada en vencer las fuerzas de fricción a través del recorrido del fluido.

Los subíndices y indican si los valores están dados para el comienzo o el final del volumen de control respectivamente.

g = 9,81 m/s2 y gc = 1 kg•m/(N•s2)

Aplicaciones del Principio de Bernoulli

Chimenea

Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante y elevada a mayores alturas. Cuanto más rápidamente sopla el viento sobre la boca de una chimenea, más baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se extraen mejor.

Tubería

La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá la presión.

Natación

La aplicación dentro de este deporte se ve reflejado directamente cuando las manos del nadador cortan el agua generando una menor presión y mayor propulsión.

Carburador de automóvil

En un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presión, la gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.

Flujo de fluido desde un tanque

La tasa de flujo está dada por la ecuación de Bernoulli.

Dispositivos de Venturi

En oxigenoterapia, la mayor parte de sistemas de suministro de débito alto utilizan dispositivos de tipo Venturi, el cual esta basado en el principio de Bernoulli.

TUBO DE VENTURI

¿Qué es y cómo funciona?

Para medir el gasto que circula en un conducto se utilizan varios procedimientos. Cuando el conducto es un tubo, es frecuente utilizar lo que se llama medidor de agua de Venturi.

Este medidor remplaza la medida del gasto por la medida de una diferencia de presiones. El medidor de Venturi consiste en dos troncos de cono unidos por un tubo y éste a su vez esta conectado a la conducción por otro tubo, este tubo contiene mercurio y constituye un manómetro diferencial que determina la diferencia de presiones entre esos dos puntos.

Por lo general es una pieza fundida formada por una porción corriente arriba del mismo tamaño que la tubería, forrada de bronce y provista de un anillo piezométrico para medir la presión estática; una región cónica convergente; una garganta cilíndrica forrada de bronce y provista de otro anillo piezométrico; y una sección cónica gradualmente divergente forrada de bronce, la cual desemboca en una sección cilíndrica del tamaño de la tubería. Un manómetro diferencial está conectado a los dos anillos piezométricos. El tamaño del medidor Venturi se da con el diámetro de la tubería y la garganta; por ejemplo, un medidor Venturi de 6 * 4 in puede ser instalado en una tubería de 6” y tiene una garganta de 4”. Para obtener resultados adecuados el medidor Venturi debe ser precedido al menos por una longitud de 10 diámetros de tubería recta. En el flujo de la tubería a la garganta la velocidad aumenta mucho y la presión disminuye en forma correspondiente. Se demuestra que la magnitud de la descarga para flujo incompresible es función de la lectura del manómetro.

Las presiones en la sección corriente arriba y en la garganta son presiones reales y las velocidades de la ecuación de Bernoulli son velocidades teóricas. Si se consideran pérdidas en la ecuación de energía entonces las velocidades serán reales.

FÓRMULAS

En el caso de la hidráulica en donde se tiene en cuenta las pérdidas por fricción, lo más conveniente es desarrollar una ecuación que las contenga.

Después de hacer unos cálculos y unas simplificaciones se puede llegar a las siguientes ecuaciones que hacen más práctica y rápida la resolución de cierto tipo de problemas.

Q = K (12.6 h – Hf)1/2

K = SE [2 g / ((dE / dG)4 – 1)]1/2

SE = 0.7854 * dE2

dG = Diámetro en la garganta

dE = Diámetro en la tubería de conducción

h = Diferencia de nivel en el manómetro (se expresa en metro de mercurio)

Hf = Pérdidas por frotamiento (se expresa en m)

Es prudente tener en cuenta que esta ecuación se trabaja en el sistema internacional (m, s) y que el líquido manométrico es el mercurio. Las pérdidas de fricción se reportan en unidades de longitud (m) puesto que se tratan como una disminución en la cabeza de presión. Esta ecuación se trabaja para flujo incompresible. La descarga depende de la diferencia manométrica sin

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