INFORME
Ø Clasificación de un flujo laminar y turbulento.
Ø Identificar los tipos de perturbaciones que pueden existir en un flujo
Ø Analizar y verificar las ecuaciones de Bernoulli y de continuidad.
Ø Determinar las velocidades en el tubo de Venturi.
Ø Determinar el caudal y flujo másico para diferentes velocidades.
Ø Determinar presiones en el tubo de Venturi.
Ø Determinar la caída de presión entre dos puntos.
2.- FUNDAMENTO TEORICO
La hidrodinámica es la parte de la física que se ocupa de estudiar el movimiento de los líquidos y gases bajo condiciones isotérmicas y la acción de fuerzas.
Llamamos fluido ideal al fluido que es incomprensible y no tiene fuerza de rozamiento interno, es decir carece de viscosidad, sin embargo, esta hipótesis se cumple para los líquidos y no asi para los gases cuando las diferencias de presión son muy grandes.
Un fluido real es el que presenta fuerzas de rozamiento, es decir no fluye con facilidad debido a la viscosidad que se opone al movimiento.
Si se observa el flujo de un liquido a través de un tubo de vidrio usando pequeñas partículas teñidas, se observa que el movimiento no es ordenado, sino irregular, este es el caso general de corriente donde la presión y la velocidad en cualquier punto del espacio, dependen de las coordenadas y del tiempo, o sea:
P = f1 ( X, Y, Z, t ) v = f2 ( X, Y, Z, t )
Y recibe el nombre de FLUJO TURBULENTO.
Cuando la velocidad del flujo disminuye, existe una cierta velocidad bajo la cual las partículas del fluido se mueven regularmente en trayectorias paralelas a las paredes del tubo, todas las moléculas que pasan por un punto dado lo hacen siempre con la misma velocidad, es decir este tipo de corriente es invariable con el tiempo y se denomina FLUJO ESTACIONARIO.
a) ECUACION DE BERNOULLI
Cuando circula un fluido incomprensible a través de un tubo de sección variable, y de acuerdo a la ecuación de continuidad, la velocidad aumenta al disminuir la sección y lo contrario ocurre con la presión.
Si tomamos dos puntos a diferentes alturas, la diferencia de presión no solamente varia con la diferencia de alturas, sino también con la diferencia existente entre las velocidades.
Para un flujo incomprensible y en condiciones isotérmicas (a temperatura constante), la diferencia de presión entre dos puntos viene dada por la siguiente ecuación:
P – P = / r (v22 – v12) + rg (y2 – y1)
b) ECUACION DE CONTINUIDAD
En el caso de un fluido incomprensible que fluye por una tubería de sección variable y sin perdidas de fluido en el tramo 1-2, se verifica:
Q = v1.A1 = v2.A2 = Ctte.
En donde v1 y v2 son las velocidades medias del fluido en las secciones rectas A1 y A2 respectivamente.
3.- REPRESENTACION GRAFICA DE LA PRACTICA
TUBO DE VENTURI MEDICION DE DIAMETROS
4.- EQUIPOS UTILIZADOS Y MATERIALES
ü Tubo de Venturi
ü Manómetros en U.
ü Anemómetro.
ü Líquidos manométricos.
ü Fuente de aire.
ü Tablero de pruebas.
ü Equipo de clasificación de flujos.
ü Cuerpos de diferentes formas.
ü Cojín neumático.
5.- DESCRIPCION DE LA PRACTICA
Se siguen los siguientes pasos:
Ø Leer los diámetros del Venturi en los puntos 1, 2 y 3 con un vernier.
Ø Iniciar la practica con una velocidad baja en el cojín neumático que pueda hacer variar la altura en los manómetros.
Ø Medir la altura desplazada en los manómetros 1 y 2.
Ø Medir la velocidad de salida en 3 con un anemómetro.
Ø Repetir el procedimiento 10 veces aumentando el flujo del aire.
6.- DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO
7.- CALCULOS
a) Efectuar un balance de presiones en los manómetros para determinar las caídas de presión en los tres puntos del Venturi. Por ej. Pi = (P2 – P1).
c) Con las velocidades, determinar el caudal y el flujo másico en las tres secciones del tubo.
i. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,036 m/s = 0,076 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 0,371 m/s = 0,076 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,070 m/s = 0,076 m3/s
ii. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,047 m/s = 0,099 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 0,484 m/s = 0,099 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,091 m/s = 0,099 m3/s
iii. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,070 m/s = 0,147 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 0,721 m/s = 0,147 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,136 m/s = 0,147 m3/s
iv. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,085 m/s = 0,179 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 0,876 m/s = 0,179 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,165 m/s = 0,179 m3/s
v. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,087 m/s = 0,183 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 0,896 m/s = 0,183 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,169 m/s = 0,183 m3/s
vi. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,095 m/s = 0,200 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 0,979 m/s = 0,200 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,184 m/s = 0,200 m3/s
vii. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,011 m/s = 0,023 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 0,113 m/s = 0,023 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,021 m/s = 0,023 m3/s
viii. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,124 m/s = 0,261 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 1,277 m/s = 0,261 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,240 m/s = 0,261 m3/s
ix. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,133 m/s = 0,280 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 1,370 m/s = 0,280 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,258 m/s = 0,280 m3/s
x. Calculo del caudal
Q1 = A1 v1
= 2,107 m2 x 0,176 m/s = 0,371 m3/s
Q2 = A2 v2
= 0,204 m2 x 1,813 m/s = 0,371 m3/s
Q3 = A3 v3
= 1,087 m2 x 0,314 m/s = 0,371 m3/s
8.- RESULTADOS Y DISCUSION
· Balance de presiones
· Velocidades
· Caudal
9.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La práctica se hizo de acuerdo a los pasos de la guía, los resultados nos salieron bien pero con un inconveniente la velocidad (v3) hallada no coincide a la velocidad dada por el anemómetro, puede que los cálculos estén mal hechos o que la velocidad dada por el anemómetro se halla hecho de manera incorrecta.
10.- CUESTIONARIO
1.- ¿LA PRESIÓN DE UN LIQUIDO EN MOVIMIENTO, ES MAYOR DONDE LA VELOCIDAD ES MAYOR O DONDE LA VELOCIDAD ES MENOR?
La presión de un liquido cuando está en movimiento es mayor donde la velocidad del liquido es menor ya que si la presión fuera menor la velocidad seria mayor. La presión es mayor en un área es grande.
2.- ¿COMO SE DEFINE AL FLUJO ESTACIONARIO Y AL FLUJO TURBULENTO?
Flujo Estacionario: La velocidad en cada punto no varía con el tiempo, aunque sí punto a punto. Las fotografías en distintos instantes son iguales.
Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.
3.- ¿QUE SON LAS LÍNEAS DE CORRIENTE Y LAS LÍNEAS DE FLUJO?
LINEAS DE FLUJO.- Una línea de flujo es la trayectoria seguida por una pequeña partícula suspendida en el fluido. Las líneas de flujo también se llaman apropiadamente líneas de corriente o curvas integrales.
4.- ¿QUE SON LAS PERDIDAS DE CARGA HIDRÁULICA?
La perdida de carga hidráulica en una tubería o canal, es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene.
Pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.
5.- ¿COMO INFLUYE LA RUGOSIDAD DE LA TUBERIA EN LA CIRCULACIÓN DEL FLUJO?
Las pérdidas de energía por rozamiento se ven acentuadas por la rugosidad de la conducción, la cual, a su vez, depende del tipo de material de construcción, de su mecanizado y de su estado de mantenimiento (suciedad, incrustaciones, corrosión).
En los accidentes de la conducción (uniones, codos, juntas, ensanchamientos, estrechamientos, válvulas, etc.) se producen cambios de velocidad y dirección que distorsionan el flujo y generan turbulencias que intensifican el rozamiento, contribuyendo de manera importante a la pérdida de energía mecánica del fluido.
El conocimiento de estas pérdidas por fricción en conducciones tiene gran importancia por ser necesario para calcular el trabajo mecánico que es necesario aplicar al fluido, mediante bombas, en los casos líquidos o fluidos no compresibles, para mantener una determinada presión o velocidad (y por lo tanto, un determinado caudal).
6.- ¿DONDE EXISTE MAYOR VELOCIDAD EN EL CENTRO DE UN TUBO O EN EL PERIMETRO DE UN TUBO, PORQUE?
Existe mayor velocidad en el centro porque no tiene roce con ninguna de sus paredes, mientras que la velocidad en el perímetro es menor debido a la fricción o roce que tiene con sus paredes interiores.
7.- ¿COMO SE DEFINE A UN FLUIDO VISCOSO Y A UN NO VISCOSO?
· Fluido viscoso
En un fluido viscoso el balance de energía es muy diferente. Al abrir el extremo del tubo, sale fluido con una velocidad bastante más pequeña. Los tubos manométricos marcan alturas decrecientes, informándonos de las pérdidas de energía por rozamiento viscoso. En la salida, una parte de la energía potencial que tiene cualquier elemento de fluido al iniciar el movimiento se ha transformado íntegramente en calor. El hecho de que los manómetros marquen presiones sucesivamente decrecientes nos indica que la pérdida de energía en forma de calor es uniforme a lo largo del tubo
· Fluido no viscoso
En este caso el fluido no tiene mucho roce ante un objeto y por lo tanto no pone resistencia dejando que el objeto pueda moverse con más facilidad que en un fluido viscoso.
8.- ¿ENTRE MAS ALTA SEA UNA CHIMENEA, MEJOR ES EL ARRASTRE DE HUMO QUE SALE, EXPLICAR ESTE FENÓMENO?
El arrastre del humo es mucho más rápida en la parte más alta de la chimenea porque la velocidad está de acuerdo al área; si el área es pequeña, la velocidad por lo tanto será grande y pasa lo mismo si el área es grande la velocidad entonces será pequeña. Ej:
Con área pequeña
V = Q = 0,280 = 1,37 m/s
A 0,204
Con área grande
V = Q = 0,280 = 0,13 m/s
A 2,107
Entonces dicho esto como la chimenea es mas angosta hace que la velocidad de salida del humo sea más rápida.
11.- BIBLIOGRAFIA
Ø Guía de laboratorio de física
Ø http://www.wikipedia.com.org/
Ø Libro Física general
