Laboratorio de mecánica de fluidos Laboratorio N°3

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

LIC. EN INGENIERÍA AMBIENTAL

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

Laboratorio N°3

Semejanza: Prototipo y Modelo

Integrantes

Grupo

1IB132 (A)

Fecha de entrega

06 de mayo, 2023

Profesor

Moisés Robles

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN        3

Objetivo general        4

Objetivos específicos        4

MARCO TEÓRICO        5

MATERIALES Y EQUIPOS        7

PROCEDIMIENTO        8

CÁLCULOS        9

ANÁLISIS Y RESULTADOS        10

CONCLUSIÓN        12

BIBLIOGRAFÍA        13

ANEXOS        14

HOJA DE EVALUACIÓN DE LOS INFORMES        15

INTRODUCCIÓN

El análisis dimensional es un método que nos ayuda a pensar y planificar un experimento o teoría, también proporcionan leyes de escala que pueden convertir los datos obtenidos sobre un pequeño modelo en información para el diseño de un prototipo grande. Estos modelos de laboratorio deben cumplir con las tres condiciones que se establecen en la semejanza para analizar fenómenos que se tienen bajo condiciones reales y así comparar con los modelos de laboratorio, éstas son: semejanza geométrica, semejanza cinemática y semejanza dinámica.

El presente informe se realizó con el objetivo de comprobar el cumplimiento de las leyes de semejanza (dinámica) para un modelo sencillo.

Para llevar a cabo la experiencia se tomó como modelo una medalla suspendida a diferente altura, luego se cronometró el tiempo de oscilación de cada una, por último, se promediaron los datos y se realizó una comparación entre el modelo y prototipo para obtener el Tp (tiempo del prototipo).

OBJETIVOS DE LABORATORIO

Objetivo general:

Examinar el cumplimiento de las leyes de semejanza aplicadas a un modelo sencillo.

Objetivos específicos:

• Aplicar el concepto de semejanza dinámica para lograr la comparación entre un modelo y un prototipo.
• Comprender la importancia del numero de Froude y Reynolds en el desarrollo del experimento.

MARCO TEÓRICO

El análisis dimensional se considera estrictamente como un método de análisis de fenómenos o problemas físicos y se aplica para resolver ecuaciones generales desconocidas en variables continuas y reales, ordinarias o clásicas. La transición de ecuaciones de variables ordinarias a ecuaciones de variables adimensionales es posible en cierto grado, por las siguientes consideraciones dimensionales: ecuaciones completas, dimensión de magnitud, principios generales de homogeneidad, base y fórmulas dimensionales. El análisis dimensional en un sentido más general o amplio conduce a contenido como la teoría de las cantidades físicas, la teoría de la uniformidad, la teoría de la medida, las leyes de la física, las ecuaciones físicas, la teoría de la similitud y los modelos físicos.

El método presenta ventajas a la hora de que permite abordar problemas complejos, Requiere de información mínima y simplifica la investigación, reduciendo la experimentación. Pero a su vez hay que tener en cuenta que entrega una solución incompleta del problema en estudio y no se gana un conocimiento respecto al mecanismo del fenómeno estudiado.

El termino semejanza en este ámbito, consiste en el estudio de modelos para estimar los resultados que se deben producir en el prototipo en función de los resultados obtenidos sobre el modelo. El modelo se refiere a una reproducción a pequeña escala de una situación o de un elemento, mientras que el prototipo es el primer elemento que se realiza a la escala que corresponde de manera más bien definitiva y como antecesor al producto final.

Para que un modelo sea semejante a un prototipo debe existir:

• Semejanza geométrica, se debe poseer una forma idéntica entre modelo y prototipo, con una diferencia de tamaño la cual será representada por un factor de escala.
• Semejanza cinemática, es necesario que la direcciones y magnitudes de las velocidades en juego en el experimento sean similares.
• Semejanza dinámica, se presenta cuando se tienen distribuciones de fuerzas tales que en puntos correspondientes de ambos flujos (modelo y prototipo), son paralelos y se relacionan en magnitud por un factor de escala λ en todos los puntos correspondientes. La forma de comparar un modelo con un prototipo es con los parámetros adimensionales.

El número de Froude (NF) en hidráulica señala la relación que existe entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitatorias para un fluido. Hace referencia a una cantidad adimensional la cual debe su nombre al ingeniero hidráulico y arquitecto naval británico William Froude. El número de Reynolds (NR) es otra cantidad adimensional importantísima en el análisis del flujo de fluidos, mediante la cual se conoce cuándo el fluido tiene comportamiento laminar y cuándo es turbulento. Estos conceptos son aplicables tanto a flujos en tuberías cerradas como en canales abiertos.

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