Guía Práctica Laboratorio Teorema de Bernoulli y Exp Reynolds

FUNDACION UNIVERSIDAD DE AMERICA

FO-10-PR-EF-019

FACULTAD DE INGENIERIAS

Versión 0

GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Febrero 2014

PROGRAMA:

DEPARTAMENTO:

NOMBRE ASIGNATURA: Mecánica de Fluidos

CODIGO: 3445

PRÁCTICA No. 1 y 2

Código:

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Teorema de Bernoulli y Experimento de Reynolds

1 INTRODUCCIÓN Y MARCO TEÓRICO: El principio de conservación de la energía se expresa en Mecánica de fluidos por medio del Principio de Bernoulli. La energía se conserva, transformándose entre energía cinética, energía de flujo y energía potencial. En una tubería horizontal, los cambios se dan entre las dos primeras formas. Una aplicación muy importante del principio de Bernoulli, es la determinación de caudal, por medio del tubo Venturi. En esta práctica se busca que el estudiante aplique el principio, mida datos de caudal real y compare con el caudal teórico obtenido mediante la ecuación derivada del principio e interiorice el sentido, la importancia y las limitaciones de esta expresión fundamental en el estudio de la dinámica de fluidos. El Número de Reynolds es un número adimensional empleado en Mecánica de Fluidos, que permite caracterizar el tipo (régimen) de flujo en cuanto a la relación de fuerzas inerciales a viscosas; esto es saber si el flujo está en régimen laminar o turbulento, para luego, con base en ello, poder determinar muchas otras propiedades o variables como la pérdida de energía.

2 OBJETIVO(S): Medir la presión a lo largo de un tubo Venturi Medir la presión total con sonda Pitot. Determinar la presión dinámica Determinar el caudal mediante el tubo Venturi Medir el caudal mediante aforo Determinar el coeficiente de descarga de tubo Venturi Demostrar la aplicabilidad del principio de Bernoulli Determinar el número de Reynolds de algunos flujos Caracterizar esos flujos según el número de Reynolds comparando visualmente

3 EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y/O MATERIALES: 1.

Módulo básico para ensayos sobre Mecánica de Fluidos HM 150

Especificaciones: *Circuito cerrado de agua con depósito de reserva, bomba sumergible y tanque de medición *Tanque de medición, para mediciones volumétricas, con ayuda de un cronómetro *Superficie de trabajo con borde interior para un posicionamiento seguro de los accesorios y para la recogida del agua de goteo *Material plástico reforzado con fibra de vidrio *Estructura de soporte de aluminio reforzado *Ruedas inferiores con freno para permitir su desplazamiento y ubicación segura. Datos técnicos: *Bomba: 250 W de Potencia consumida; Caudal máximo 150L/min; máxima carga 7,6 m. *Depósito de reserva 180 L *Tanque de medida para flujos grandes 40 L. Para flujos pequeños 10 L *Dimensiones del módulo: Largo X Ancho X Alto: 1230X770X1070 mm; Masa: 82 kg

2.

Módulo HM 150.07

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Tubo de Venturi (con placa frontal transparente y seis puntos de medición de presión estática por medio de sendos tubos manométricos) - Áreas de las distintas secciones del tubo Venturi (numeradas de 1 a 6, en la dirección de flujo): A1: 3,38*10-4 m2; A2: 2,33*10-4 m2; A3: (Garganta del Venturi) 8,46*10-5 m2; A4: 1,70*10-4 m2; A5: 2,55*10-4 m2; A6: 3,38*10-4 m2. - Ángulo en la entrada: 10,5°; - ángulo en la salida: 4° Tubo de Pitot (desplazable axialmente para determinar la presión total en las distintas secciones del Tubo Venturi) - Área desplazable: 0-200 mm; diámetro: 4 mm Tubos y conectores de tubos: PVC Rangos de medición:- presión estática: 0-290mmCA; presión total: 0-370mmCA Dimensiones y masa: LxAnxAl: 1100x680x900mm; 3.

Cronómetro: rango de medición: 0...9 horas 59 minutos 59 segundos

4.

Matraz aforado para flujos volumétricos muy pequeños. Capacidad 2 L.

5.

Módulo HM 150.18

Experimento de Reynolds Permite la observación del régimen de flujo: Laminar o turbulento, mediante tinta azul que se inyecta en el flujo de agua. Así mismo, se puede determinar el Número de Reynolds crítico. Tubo de vidrio en la sección vertical para la observación. Tubo de vidrio. Longitud: 65 cm; diámetro interno 1 cm. Tanque de agua. Capacidad 2200 mL. Tanque de tinta. Capacidad 250 mL Dimensiones y masa: LxAnxAl: 400X400X1140 mm; Masa: 16 kg

4 MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS: 1. Instalar el módulo 150.07 sobre el Módulo básico 150, conectando la manguera de salida de la bomba del módulo básico en la tubería de empalme N°8. (Ver Anexos para numeración de partes). 2. Ajustar la conexión de la sonda Pitot (N° 6) para medir la presión total, de forma que la sonda pueda moverse libremente, 3. Abrir las válvulas N° 9 y 4; y las válvulas de purga del manómetro de tubos múltiple N° 10 y del manómetro de columna N° 2. 4. Poner en servicio la bomba y abrir lentamente la válvula de salida de la misma. 5. Cerrar lentamente la válvula N° 4, de salida del módulo, hasta que los tubos de los manómetros queden irrigados, y esperando a que el caudal en el tubo Venturi se estabilice. 6. Anotar en la planilla adjunta los datos de presión estática del manómetro múltiple y la presión total, medida con la sonda, en cada punto. 7. Determinar el caudal mediante aforo, por medio de un promedio de tiempos de llenado hasta un volumen de 10 o 15 Litros en el tanque del Módulo básico. 8. Elaborar la tabla de resultados, indicando: la presión total, la presión dinámica y la velocidad en cada sección; así los caudales

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teóricos y reales y el coeficiente de descarga del tubo Venturi. 9. Presentar informe con análisis de resultados y conclusiones, teniendo en cuenta los objetivos planteados en esta guía. NOTA: Para el Experimento de Reynolds no hay procedimiento porque la práctica la desarrolla el profesor. El estudiante toma nota de las observaciones y apunta los datos tomados en la práctica para elaborar el informe.

5 CÁLCULOS Y RESULTADOS: A.

Tabla de toma de datos para Teorema de Bernoulli

Punto 1

Punto 2

Punto 3

Punto 4

Punto 5

Punto 6

t (s)

Q real (m3/s)

hstat (m) htotal (m) hdyn (m) v (m/s) *** Volumen medido: ______ L = ____ m3 LISTADO DE FÓRMULAS Y SU SIGNIFICADO:

Ecuación de Bernoulli entre dos puntos:

Altura estática:

Altura total:

p1 =h stat 1 γ

p1 v 21 + γ 2g

Caudal teórico:

p1 v 21 p2 v 22 + z 1+ = + z 2 + γ 2g γ 2g

(Donde las alturas z1 y z2 son iguales en este caso)

Se mide con los tubitos manométricos localizados en las seis (6) diferentes zonas del tubo Venturi.

Se mide con el tubo manométrico acoplado a la sonda Pitot, desplazable.

√

2

Qteo= A1 2 g(hstat 1−h stat 3 )/[

( ) A1 A 23

−1]

( Donde A1 es el área inicial, de entrada al Venturi y A3 es el de la

garganta)

Caudal real:

Qreal =

V t

(donde V es el volumen aforado, leído con el indicador localizado en el Módulo Básico; y t es el tiempo promedio

de llenado, medido con el cronómetro)

Coeficiente de descarga del tubo Venturi: C

¿ Qreal /Qteo

B. Cálculos para el Experimento de Reynolds Ecuación del Número de Reynolds:

ℜ=

ρuD uD o ℜ= μ ν

Donde : densidad; u: velocidad; D: diámetro interior; :

viscosidad absoluta y : viscosidad cinemática.

Velocidad:

Medida

υ=

Q A

Donde Q: caudal A: área interior del tubo; Caudal: Q=V/t: volumen / tiempo promedio; Área: A = D2/4

Tiempo promedio (s)

Tabla de Datos experimento de Reynolds Volumen (mL) / (m3) Caudal (m3/s) Velocidad (m/s)

Reynolds / Flujo

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6 ANEXOS: 1.

PARTES DEL MÓDULO BÁSICO

PARTES: 1 válvula de estrangulación, 2 rebose, 3 depósito de reserva con bomba sumergible, 4 válvula de compuerta, 5 indicador de nivel, 6 tanque de medición. No se indica, pero en la parte superior de la válvula de estrangulación está el panel de energizado y encendido del Módulo; y la tubería de conexión de la bomba con el módulo que se desee instalar. 2.

PARTES DEL MÓDULO DE BERNOULLI

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.

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Panel de prácticas Manómetro de tubo simple conectado a la sonda Pitot Tubo de salida Válvula en salida Tubo de Venturi con seis puntos de medición Empaquetadura para prensaestopas Sonda Pitot desplazable(para medir presión total) Racor de manguera de suministro de agua Válvula en entrada de agua Manómetro de seis tubitos (distribución de presión en el tubo Venturi) PARTES DEL MÓDULO DE REYNOLDS

1 2 3 4 5 6

Depósito de tinta Tanque de agua Tubo de entrada de agua Conexión de salida de agua Tubo de vidrio para visualización del flujo Rebosadero del tanque de agua

7 REFERENCIAS: Mecánica de fluidos, Prentice Hall, 6 edición. Robert Mott. Manual de equipo de laboratorio, Gunt Instruments.

Elaboró Cargo

Docente

Nombre Firma

Juan Andrés Sandoval Herrea

Revisó Director de Programa o Coordinador de Área

Autorizó Decanatura o Dirección Ciencias