Laboratorio de Fisica 11

U.A.S.L.P FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO FÍSICO- MATEMÁTICO LABORATORIO DE FÍSICA B PRÁCTICA #11 VELOCIDAD DEL FLUJO DE AIRE UTILIZANDO LA SONDA DE PRANDTL Y EL TUBO DE VÉNTURI RIVERA RODRÍGUEZ VANESSA MARTÍNEZ MARTÍNEZ MAURICIO ANDRÉS VILLEGAS TORANZO LUCERO SÁNCHEZ TORO ADRIÁN JAHIR RODRÍGUEZ OCHOA GUSTAVO ADOLFO

2 DE MAYO DE 2013 JUEVES. 7 – 8 A.M. FIS. MARTÍNEZ CASARES JOSÉ ORLANDO

INTRODUCCIÓN: La idea de Ludwig Prandtl fue la de combinar en un solo instrumento un  tubo de Pitot y un tubo piezométrico:  El tubo de Pitot mide la presión total; el tubo piezométrico mide la presión estática, y el tubo de Prandtl mide la diferencia de las dos, que es la presión dinámica. La llamada sonda de Prandtl es un instrumento que se utiliza para obtener la presión dinámica y con ella, la magnitud de la velocidad del fluido (líquido o gas) con una sola medición. La sonda se utiliza para medir la magnitud de la velocidad de los aviones, de los submarinos y en general para todo aquel artefacto que se mueva inmerso en un fluido y no se les pueda adaptar un velocímetro como el de los automóviles.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA: En el croquis se aprecia esquemáticamente, un tubo de Prandtl inmerso en un fluido de densidad , conectado a un manómetro diferencial cuyo líquido manométrico tiene densidad . El tubo de Prandtl, al igual que el tubo de Pitot, al ser introducido en el fluido en movimiento, produce una perturbación que se traduce en la formación en el de un punto de estancamiento, de manera que:

En el punto 0 la corriente no perturbada tiene la presión y la velocidad que es la que se quiere medir. El punto 1 es la entrada del tubo de Pitot, y el punto 2, donde se indica en la figura. En el punto 2 lo que se tiene es un tubo piezométrico, con varias entradas laterales interconectadas que no perturban la corriente y que por lo tanto miden la presión estática.

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El tubo de Venturi  se utiliza para medir la velocidad de un fluido incompresible. Consiste en un tubo con un estrechamiento, de modo que las secciones antes y después del estrechamiento son  A1 y A2, con A1 > A2. En cada parte del tubo hay un manómetro, de modo que se pueden medir las presiones respectivas  p1 y p2.

Encuentra una expresión para la velocidad del fluido en cada parte del tubo en función del área de las secciones, las presiones y su densidad.

La ley de conservación de la masa establece que en un flujo estacionario toda la masa que entra por un lado de un recinto debe salir por otro, lo que implica que la velocidad debe ser mayor en la parte más estrecha del tubo

Por otro lado, la ley de Bernouilli establece que para dos puntos situados en la misma línea de corriente se cumple

Si los dos puntos se encuentran a la misma altura la presión hidrostática es la misma para ambos, por lo que

Reordenando términos

Sustituimos la ecuación de conservación de la masa

Análogamente

y el flujo volumétrico es

Si la diferencia de presiones se mide a partir de la diferencia de altura en dos manómetros, esto queda

DESARROLLO: MATERIAL 4 Soportes universales 2 pinzas de sujeción 1 Impulsor de aire FICEr 1 Sonda de Prandtl 1 Vernier 1 Tubo de Vénturi

PROCEDIMIENTO 1. Monte el equipo. Cerciórese de que la manguera y el impulsor de aire estén separados de cada equipo alrededor de 15 cm. Aproximadamente las alturas deberán estar inicialmente en 3 cm. 2. Llene la Sonda de Prandtl y el tubo de Vénturi con agua (hasta la medida indicada) 3. Encienda el impulsor de aire y mantenga una velocidad del flujo constante. Deje que las columnas del fluido estabilicen sus respectivas alturas. 4. Observe ambas ramas del manómetro y registre en la tabla de datos la diferencia en las alturas h que existe entre las columnas. 5. Registre en la tabla de datos la densidad ρ m densidad del líquido y ρ f  densidad del aire para la sonda de Prandtl. 6. Calcule la velocidad del aire que sale por la manguera del impulsor y registre en la tabla. 7. Para el tubo de Vénturi realice los pasos 3 al 6.

8. Usando el vernier mida el diámetro principal D y mida indirectamente el diámetro menor d (interno) del tubo de Vénturi. Registre ambos valores en la tabla. 9. Repita el paso 6 para el tubo de Vénturi. Registre en la tabla.

OBSERVACIONES Y DATOS: DENSIDAD DEL

DENSIDAD DEL AIRE

LÍQUIDO EN EL

 

 

DIÁMETRO PRINCIPAL D

m

MAGNITUD DE LA

ALTURAS

LA ACELERACIÓN

VELOCIDAD V DEL

G DE LA

AIRE

GRAVEDAD

 

H

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ρm

EN

MAGNITUD DE

ρf 

MANÓMETRO

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DIFERENCIA DE

   

DIÁMETRO MENOR d EN m

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DENSIDAD

DENSIDAD

DEL LÍQUIDO

DEL AIRE ρf

EN EL

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MANÓMETRO

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DIFERENCIA DE MAGNITUD DE ALTURAS h LA VELOCIDAD v m

DEL AIRE

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.002 m

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ANÁLISIS: 1. ¿Existe alguna dependencia entre la magnitud de la velocidad y la aceleración de la gravedad local? Explique Si aunque es difícil de explicar ya que la gravedad no cambia. Pero sólo con ver la fórmula nos damos cuenta de que si aumenta la gravedad aunque sea un poco también aumenta la velocidad. Aunque si aumenta la velocidad la gravedad no se ve afectada en lo absoluto ya que ésta no cambia por la velocidad. 2. ¿Para qué sirven los dos orificios superior e inferior que tiene la Sonda Prandtl? Los dos pequeños orificios sirven para evitar que haya vacío en el tubo. 3. ¿Qué adaptación haría en el Tubo de Vénturi para lograr medir la magnitud de la velocidad de un líquido? Tal vez si en lugar de usar agua, se llenara con algo sólido y en lugar de aire hacer que lo empuje un líquido. Claro que se necesitaría desarrollar más, pero poner esto como base.

APLICACIONES: 1. ¿Cómo utilizaría la sonda para medir la velocidad de un avión? Creemos que la mejor manera de medirla sería colocándola detrás de la turbina del avión y así medimos como va fluyendo el aire por la sonda con los impulsos que tiene. 2. Describa como le haría para medir la magnitud de la velocidad de un gas y de un fluido sin usar el tubo de Venturi. Para medir la del fluido creo que podríamos tener una cantidad ya medida y ponerla en un canal con una longitud establecida y conocida por nosotros. Lo colocamos en una pendiente y vemos cuánto tarda en bajar. Hacemos las mediciones necesarias y así obtenemos el valor de la velocidad.

Para medir la velocidad del gas creo que la mejor manera sería poner una especie de veleta dentro de un tanque de este gas que tuviera alguna fuerza que lo moviera, y medir la velocidad a la que se mueve.

CONCLUSIONES: Luego de haber realizado esta práctica, se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo, que puede ser utilizado en muchas aplicaciones tecnológicas y aplicaciones de la vida diaria, en donde conociendo su funcionamiento y su principio de operación se puede entender de una manera más clara la forma en que este nos puede ayudar para solventar o solucionar problemas o situaciones con las cuales nos topamos diariamente. Primero pudimos dejar a un lado la teoría y ver el funcionamiento real del tubo, ya que en muchas ocasiones solo leemos acerca de este en los libros. Para un Ingeniero es importante tener este tipo de conocimientos previos, ya que como por ejemplo con la ayuda de un Tubo de Venturi se pueden diseñar equipos para aplicaciones específicas o hacerle mejoras a equipos ya construidos y que estén siendo utilizados por  empresas, en donde se desee mejorar su capacidad de trabajo utilizando menos consumo de energía, menos espacio físico y en general muchos aspectos que le puedan disminuir pérdidas o gastos excesivos a la empresa en donde estos sean necesarios. Finalmente se puede decir que el Tubo de Venturi es un dispositivo que por medio de cambios de presiones puede crear condiciones adecuadas para la realización de actividades que nos mejoren el trabajo diario, como lo son sus aplicaciones tecnológicas. BIBLIOGRAFÍA: http://es.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_Prandtl http://laplace.us.es/wiki/index.php/Tubo_de_Venturi