rapidez flujo fluido

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS Y MÁQUINAS TÉRMICAS LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS I

EXPERIENCIA: RAPIDEZ DE FLUJO FLUIDO

1. INTRODUCCIÓN Existen diversas técnicas para la medición de un fluido, entre las cuales se estudiará el uso y métodos para determinar el caudal del mismo; en ese caso se estudiará el método gravimétrico y volumétrico los cuales determinan midiendo con la ayuda de un cronómetro el peso o volumen que pasan en un intervalo de tiempo. La medición de caudal es muy importante en la industria de procesos, prueba de ello es su elevado porcentaje de ocurrencia en la práctica, dentro del conjunto de mediciones que se realiza habitualmente. Algunas de las funciones que se pueden llevar a cabo a través de la medición de caudales son los siguientes:     

Dimensionamiento de presas, embalses y obras de control de avenidas Conocimiento de la producción de un proceso o planta. Conocimiento de los diferentes consumos. Distribución en forma prefijada de una corriente. Mezcla de varias corrientes en determinadas proporciones.

La relación de caudal se determina tanto por métodos directos e indirectos.Los métodos directos resuelven estos problemas determinando el volumen o el peso del fluido que pasa a través de una sección en un cierto tiempo.Las mediciones indirectas determinan la altura, las diferencias de presiones, o de velocidades en varios puntos de una sección y con estos datos calculan el caudal. Entre ellos tenemos: el venturímetro, rotámetros, vertederos, etc. Caudal (método volumétrico):

𝑄=

𝑉 𝑡

Caudal (método gravimétrico):

𝑄=

3𝑚 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑡

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las mediciones de caudal se debe hacer en plantas químicas, refinerías, centrales eléctricas, y cualquier otro lugar donde la calidad del producto el rendimiento de la planta depende de tener una precisión del caudal. Las mediciones de flujo también estarán en nuestra vida cotidiana en la dosificación de agua y gas natural en nuestros hogares y la gasolina en nuestros autos. En este experimento se medirá el flujo de agua en el laboratorio de mecánica de fluidos en el banco gravimétrico entre las mediciones que normalmente se llevan a cabo en un fluido que circula por un conducto cerrado se tiene la del gasto, para lo cual existen varios métodos a saber: métodos directos, indirectos, gravimétricos, volumétricos, electrónicos y electromagnéticos. Por ejemplo, un método directo para medir un gasto en un flujo dado consiste en determinar el volumen o el peso del fluido que pasa por una sección en un intervalo de tiempo específico. Los métodos indirectos para medir el gasto suelen requerir la determinación de una carga manométrica, una diferencia de presiones o la velocidad en varios puntos de una sección transversal, para que posteriormente con base a estos datos, se calcule el gasto buscado. Los métodos más precisos son los gravimétricos o los volumétricos, en los cuales el peso o el volumen del fluido se miden mediante balanzas apropiadas que en este caso es un (banco gravimétrico) o por medio de un tanque aforado de acuerdo con un intervalo de tiempo que se mide con un cronómetro. “Calcular el caudal de un líquido que en este caso es el agua por el método gravimétrico y volumétrico y contrastar con la base teoría “

3. OBJETIVOS  Cuantificar el flujo en el tiempo mediante la medición directa, usando el método volumétrico y gravimétrico  Establecer de una forma práctica y precisa la medición del caudal.  Analizar comparativamente la eficiencia de los instrumentos o métodos empleados para la medición del caudal.  Analizar los errores que se dan en el momento de realizar los experimentos en el laboratorio y contrastar con el argumento teórico.

4. METODOLOGÍA 4.1. Procedimiento En esta experiencia realizada, serán dos los procedimientos a explicar, los cuales nos permiten realizar la determinación del caudal por el método volumétrico y por el método gravimétrico. 4.1.1. Método volumétrico: Este método dado es una forma de determinar el caudal directamente, es un procedimiento en el cual se relaciona volumen vs tiempo. Para ello se realizaran los siguientes pasos:  Revisar que la cuba tenga su instrumento completo y su nivel normal del agu  Poner en funcionamiento la bomba centrífuga.  Graduar el número determinado de vueltas de la válvula asignado a cada experiencia, la cual esto proporcionara un determinado caudal, para cada experiencia.  Sincronizamos respectivamente, una probeta (cc), el fluido fluyendo a un determinado caudal y un cronometro en 0.00 s.  Hacer fluir el fluido dentro de la probeta, obteniendo un determinando volumen y un determinado tiempo para cada experiencia realizada.  Se repite esta experiencia 3 veces para un determinado numero de vueltas de la valvula.  Los numero de vultas serán respectivamente :3.5vueltas, 2.75 vueltas, 2.0 vueltas, y 1.25 vueltas  Una ves realizadas todas experiencias correspondientes se realizaran su respectivos cálculos.

1.1.1. Método Gravimétrico: Este método dado es una forma de determinar el caudal directamente, es un procedimiento en el cual se relaciona, el peso de un determinado volumen vs su peso específico y el tiempo en el que ocurre. Para ello se realizaran los siguientes pasos:

 Revisar que la cuba tenga su instrumento completo y su nivel normal del agu  Poner en funcionamiento la bomba centrífuga.  Graduar el número determinado de vueltas de la válvula asignado a cada experiencia, la cual esto proporcionara un determinado caudal, para cada experiencia..  Comenzar a llenar el recipiente de agua hasta que equilibre el peso muerto del mismo.  Estando equilibrado el sistema tomar tiempo con un cronometro y Colocar inmediatamente una pesa de 2 Kg. en el lugar correspondiente, cuando se equilibra nuevamente el sistema se anota al tiempo transcurrido, se repite el procedimiento colocando otra masa igual  Se repite esta experiencia 3 veces para un determinado número de vueltas de la válvula.  Los numero de vueltas serán respectivamente :3.5vueltas, 2.75 vueltas, 2.0 vueltas, y 1.25 vueltas

 Una vez realizadas todas experiencias correspondientes se realizaran su respectivos cálculos

4.2. Tabulación de datos N°

1 (3.5 vueltas)

Volumétrico t(s) 2.38 2.47 2.88

2 (2.75 vueltas)

2.56 2.72 2.79

3 (2 vueltas)

3.59 2.63 3.35

4 (1.25vueltas)

4.46 4.53 4.00

Gravimétrico

Vol(cc)

t(s)

1280

11.25

1285

11.85

1605

12.42

1445

11.43

1480

12.29

1505

12.97

1820

13.58

1340

13.53

1745

13.58

1795

16.88

1810

16.58

1635

17.40

5. MATERIALES Y METODOS 5.1. ESQUEMA  Probeta graduada (2000CC)

Especificaciones Ref.: 11636320 Clase B Tolerancia ± 20 ml Con pico y base hexagonal Graduación cada 20 ml DIN 12680, ISO 4788

Peso(Kg)

2

2

2

2

 Banco Hidráulico Condiciones de funcionamiento Entorno de funcionamiento: Laboratorio de medio ambiente Temperatura de almacenamiento: -25 º C a +55 º C (al momento de embalaje para el transporte) Rango de temperatura: 5 º C a +40 º C Servicios Esenciales Suministro eléctrico: Monofásico, puesta a tierra de suministro eléctrico, 220/240 VAC, 50 Hz, o 110 / 120 VAC, 60 Hz a 200 W El espacio del piso es necesario: Aproximadamente 2,5 m x 1,5 m de suelo firme y parejo, Especificación Superficie útil dimensiones: 1200 mm x 760 mm x 1100 mm Bolsas de dimensiones y peso: 1,65 m3 y 158 g La precisión típica de medición de caudal: 2% Otras partes: Capacidad del depósito: 160 litros Pesar Capacidad del depósito: 40 litros Suspensión pesos: seis pesos, cada uno de 2 kg Capacidad de la bomba: de 0 a 60 litros / minuto a la cabeza de 1,5 m  Bomba centrifuga (pedrollo)  Cronometro  Masas de 2 kg

5.2. ANÁLISIS Y METODOLOGÍA DEL CÁLCULO Tomando como referencia, la tabla de tabulación de datos, anteriormente realizada.

5.2.1. METODO VOLUMETRICO(𝑽̇𝒗 ) 𝑽̇𝒗 = 𝑪𝒂𝒖𝒅𝒂𝒍 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐

𝑽 (𝒎𝟑 ) ̇𝑽𝒗 = 𝑻 (𝒔𝒆𝒈)

V: volumen del líquido T= Tiempo

VOLUMÉTRICO N° Vueltas de la válvula

3.5

2.75

2

1.25

Caudal volumétrico

𝑽̇𝒗𝟏

𝑽̇𝒗𝟐

𝑽̇𝒗𝟑

𝑽̇𝒗𝟒

Caudal (10-4 m3/s)

𝑽̇𝒗 =

5.378

5.202

5.572

5.645

𝑽̇𝒗𝟏𝒑 + 𝑽̇𝒗𝟐𝒑 + 𝑽̇𝒗𝟑𝒑+ 𝑽̇𝒗𝟒𝒑

4

𝟓.𝟑𝟖𝟒+𝟓.𝟒𝟗𝟑+𝟓.𝟏𝟐𝟒+𝟒.𝟎𝟑𝟓 𝑽̇𝒗 = = 5.009 𝟒

𝒌𝒈 𝒎𝟑

5.441

5.394

5.069

5.095

5.209

4.024

3.995

4.087

5.2.2. METODO GRAVIMETRICO 𝑽̇𝒈 = 𝑪𝒂𝒖𝒅𝒂𝒍 𝑮𝒓𝒂𝒗𝒊𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐

𝟑𝒎𝒑𝒆𝒔𝒂𝒔 ̇𝑽𝒈= 𝝆. 𝒕

m=masa de la pesa t= Tiempo

𝝆 = 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆𝒍 𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒐

GRAVIMÉTRICO N° Vueltas de la válvula

3.5

2.75

2

1.25

Caudal Gravimétrico

𝑽̇𝒈𝟏

𝑽̇𝒈𝟐

𝑽̇𝒈𝟑

𝑽̇𝒈𝟒

Caudal (10-4 m3/s)

𝑽̇𝒈 =

5.33

5.06

4.83

5.25

4.88

4.62

4.42

4.43

4.41

3.55

3.62

𝑽̇𝒈𝟏𝒑 + 𝑽̇𝒈𝟐𝒑 + 𝑽̇𝟑𝒑 + 𝑽̇𝒗𝟒𝒑

4

𝟓.𝟎𝟕+𝟒.𝟗𝟐+𝟒.𝟒𝟐+𝟑.𝟓𝟒 𝑽̇𝒗 = = 4.49 𝟒

𝒌𝒈 𝒎𝟑

5.2.3. TABULACION DE RESULTADOS Nº

VOLUMETRICA (𝑚3 /𝑠) ∗ 10−4

GRAVIMETRICA (𝑚3 /𝑠) ∗ 10−4

1

𝟓. 𝟑𝟖𝟒

5.07

2

5.493

4.92

3

5.124

4.42

4

4.035

3.54

3.45

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. CONCLUSIONES  Se pudo observar con los resultados obtenidos que el caudal obtenido por el método volumétrico es mayor que el obtenido por el método gravimétrico.  Se determinó que la manera más sencilla de hallar el caudal es por el método volumétrico.  Los errores de porcentaje, más se deben ha errores humanos que a los técnicos.

6.2. RECOMENDACIONES  Hacer una coordinación previa entre todos antes de comenzar el experimento para así obtener resultados más precisos.  Tratar de tener los implementos en óptimas condiciones y normalizados para así tener resultados más precisos  Tener más cuidado al momento de tomar las medidas del volumen en el ensayo volumétrico para no introducir errores de medición.  Ser los más exactos posibles a la hora de medir el tiempo. 7. REFERENCIAS  Mecánica de Fluidos de Robert L. Mott  Mecánica de Fluidos: Fundamentos y aplicaciones de Cengel y Cimbala  Robert W. Fox y Alan T. McDonald, Introducción a la Mecánica de Fluidos, Cuarta Edición, Mc Graw Hill, México, 1995.

 Se pudo observar con los resultados obtenidos que el caudal obtenido por el método volumétrico es mayor que el obtenido por el método gravimétrico.

8. ANEXOS 8.1. TABLAS Y/O GRÁFICAS

caudal volumetrico

𝑽 ̇𝒗 vs N° de vueltas 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 3.5

2.75 n° de vueltas

2

1.25

caudal gravimetrico

𝑽g vs N° de vueltas 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 3.5

2.75 n° de vueltas

2

1.25