Reporte pratica 6 laboratorio de fisica

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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA.

LABORATORIO DE FISICA II

PRACTICA #6 “Fluidos en movimiento” Parte I.

Instructor: M.C. César Sordia Salinas.

Brigada: 414

Alumno: 1804727 - Jesús Eduardo Balleza de la Cruz.

Carrera: Ingeniero Administrador de Sistemas (IAS).

SEMESTRE ENERO – JUNIO 2018

Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza N.L

26 de Abril del 2018.

Elemento de competencia: Analizar las propiedades básicas de los fluidos en movimiento mediante la ecuación de continuidad para líquidos y la ecuación de Bernoulli para aplicarla en un caso práctico.

Objetivo: Analizar las propiedades básicas de los fluidos en movimiento mediante la ecuación de continuidad para líquidos y ecuaciones de Bernoulli.

Hipótesis: Cuando un fluido esta en movimiento dentro de un medio horizontal como el agua, en las partes donde las regiones del agua donde se mueve más lento. Si una región del fluido debe de estar haciendo sobre ella.

Marco Teórico

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente al ser sometida a un esfuerzo cortante, no importando cuan pequeño puede ser este. En esta clasificación de la materia entran los líquidos y los gaseosos. Es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente.

Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a:

Su estado de agregación en:

• Gases: No tienen un volumen definido. Ocupan todo el espacio disponible.
• Líquidos Tienen un volumen definido.

Según su compresibilidad en:

• Fluidos Compresibles: Varían fácilmente al ser sometidas a presión.
• Fluidos Incompresibles: La variación de su volumen al ser sometidas a presión es prácticamente nula.

Según si viscosidad en:

Newtanos: Su viscosidad es constante y la deformación que presentan es lineal al esfuerzo. Ej.: Aire y Agua.

No Newtanos: Su viscosidad no es constante  sino que varía con la temperatura o con el esfuerzo aplicado. Ej.: Fluidos plásticos o el barro.

Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras.

La densidad de un material está definida como la masa por unidad de volumen. Algunos factores que pueden influir en la densidad son la presión sometida y la temperatura, entre otros. Las unidades de medición de la densidad son:    entre otras, dependiendo del sistema con que sea medida.[pic 3]

La hidrodinámica  estudia la dinámica de los líquidos, es decir, los líquidos es en movimiento.

Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes:

• Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.

• Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento.

• Se supone que el flujo de los líquidos es un régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.

Daniel Bernoulli fue uno de los primeros matemáticos que realizó estudios de hidrodinámica.

La hidrodinámica o fluidos en movimientos presentan varias características que pueden ser descritas por ecuaciones matemáticas muy sencillas. Entre ellas:

Ley de Torricelli: si en un recipiente que no está tapado se encuentra un fluido y se le abre al recipiente un orificio la velocidad con que caerá ese fluido será:

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El caudal o gasto es una de las magnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como el volumen de líquido que fluye por unidad de tiempo, Sus unidades en el Sistema Internacional son los m3/s y su expresión matemática:

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Esta fórmula nos permite saber la cantidad de líquido que pasa por un conducto en cierto intervalo de tiempo o determinar el tiempo que tardará en pasar cierta cantidad de líquido.

El principio de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito. Su expresión matemática es:

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Donde P es la presión hidrostática, p  la densidad, g la aceleración de la gravedad, h la altura del punto y v la velocidad del fluido en ese punto. Los subíndices 1 y 2 se refieren a los dos puntos del circuito.

La otra ecuación que cumplen los fluidos no compresibles es la ecuación de continuidad, que establece que el caudal es constante a lo largo de todo el circuito hidráulico:

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Donde A es el área de la sección del conducto por donde circula el fluido y V su velocidad media.

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Datos:         

• La densidad del agua es de 1000  lo cual equivale a 101, 325 Pa. [pic 9]

Materiales o Equipo a utilizar:

• Bomba.
• Cinta métrica.
• Piezómetros.
• Cilindro pequeño.
• Dos contenedores de agua.
• Tubo con diferentes áreas.
• Simulador de fluidos.

Procedimiento  Experimental realizado:

Caso 1:

• En el laboratorio se nos fue mostrado un dispositivo, el cual se trataba de dos cilindros los cuales eran entrada y salida de una bomba de agua, y entre ambos cilindros se encontraban una serie de piezómetros los cuales estaban a una x distancia desde el primer cilindro al último, la entrada y salida se regulaban por medio de dos válvulas, al momento de parar de subir el agua de la válvula al cilindro se colocó una regla paralela a donde se paró el agua y se midió la diferencia de altura a cada piezómetro, pero debido a que bajaba a gran velocidad el agua del primer cilindro no se pudo medir de manera precisa todas las medidas. Se nos mostró con el fin de que nosotros mismos buscáramos un simulador parecido para igualar las ecuaciones

Caso 2:

• Dentro de  la página Phet se encontró un simulador de drenaje el cual podría ser variado el volumen así como la altura de cada sección de la tubería, de esta manera también contaba con una regla en metros, así como dos flechas las cuales servían para poder saber tanto la presión como la velocidad de cada sección, y un anillo el cual media el caudal que a su vez era el mismo en todo el sistema y este mismo anillo decía la medida de cada área del sistema, de este modo hicimos que cada sección de la tubería midiera de diámetro 4 m, 3 m, 2.5 m, 2 m y 1 m, y cada sección seria medida su velocidad y su presión a una altura similar así que esta podría ser eliminada.

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Cálculos y Resultados:

Caso 1:

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Caso 2:

= )/== (12.5 *0.4 m/s)/ 7.2 = 0.694 m/s[pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22][pic 23]

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