UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 1 UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL 2009 GUASLABORATORIO MECNICA DE FLUIDOS Realizado por: Ing Jairo Pedraza Ing Luis Salamanca Laura Garavito UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 2 LABORATORIO N 1: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 1.1 OBJETIVOS Determinarladensidaddelagua,aceite,alcoholyglicerina.Pormediode diferentes mtodos y a temperatura ambiente.

Calcular la tensin superficial del agua por medio de tubos yplacas capilares. Determinar la viscosidad del aceite y la glicerina a temperatura ambiente por medio del equipo de viscosmetro de cada de bola. Compararlosresultadosobtenidos,conlosvaloresnumricosencontradosen tablas y Determinar el error porcentual. 1.2 EQUIPOS Y ELEMENTOS -Balanza. -Baso metlico o Eureka. -Beaker. -Cilindro gua. -Cronometro. -Esferas metlicas. -Picnmetro. -Probeta. -Regla. -Solido de geometra regular. -Termmetro. -Tubos y placas de capilaridad. 1.3MATERIALES. -Aceite de cocina. -Agua. -Alcohol. -Glicerina. 1.4 PROCEDIMIENTOS Prueba N 1: Densidad Paradeterminarladensidaddeunlquidoesnecesariomedirlamasadeunvolumen conocido.UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 3 A travs de 3 mtodos calcularemos las densidades para los siguientes fluidos: Agua de grifo.Alcohol antisptico. Aceite de cocina. Glicerina. Mtodo N 1: Medicin con el beaker. a.Pese el beaker vaco.b.Llene el beaker con cada uno de los fluidos y lea el volumen.c.Pese el beaker + fluido Mtodo N 2: Principio de Arqumedes. a.Tomeunobjetoslidoqueencajeenelrecipientemetlico(Eureka)delaprueba,por ejemplouncilindroouncubo,ymidalasdimensionesnecesariasparaelcalcularel volumen.b. Llene el vaso metlico hasta el nivel de rebose. c.Pese un beaker vacio. d. ColoqueelBeakerjuntoalrecipientemetlico,permitiendoqueelfluidoquerebosese deposite en el Beaker. e.Sumerja el slido en el recipiente metlico. f.Pese el conjunto Beaker + fluido.

Mtodo N 3. Botella de densidad. a.Pese el picnmetro (incluyendo el tapn). b.Llene el picnmetro con el fluido. c.Manipuleeltapndelpicnmetroparaquefuncionecomounapipeta,buscando desalojar el fluido en exceso por encima del cuello de la botella. d.Seque la superficie externa del picnmetro y pese el conjunto picnmetro + fluido. Prueba N 2: Capilaridad a.Llene el tanque de prueba con agua hasta aproximadamente las partes. b.Mida la temperatura del fluido. c.Coloque y asegure los tubos capilares. d.Tome lecturas de las lecturas capilares en cada tubo. e.Repitalospasosdescritosconlasplacasdevidrio,separndolasmediantecintas plsticas. UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 4 Figura No.1 Aparato para pruebas de capilaridad. Prueba N 3: Viscosmetro de cada de bola a.Llene la probeta con glicerina o aceite y coloque el cilindro gua. b.Coloquebajoelcilindrogualasbandasdecauchoseparadasaunadistanciade200 mm. c.Introduzca dentro del cilindra gua cada una de las esferas. d.Mida el tiempo que tarda la esfera en descender la distancia entre las bandas de caucho. e.Repita el procedimiento el otro fluido. Figura No. 2Viscosmetro de Cada de Bola. UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 5 1.5 FUNDAMENTACIN TERICA. Densidad. La densidad se define como la masa deuna sustancia contenida en una unidad devolumen. La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cbico y se denota por ( )( ) ml volumengr masa= Rta: (Kg/m3) Encuerposhomogneos,ladensidadesunapropiedadqueserefiereatodaslaspartesdel cuerpo. Si estos son heterogneos, la densidad vara de un punto a otro Densidad relativa Elpesoespecfico(odensidadrelativa)esunamedidarelativadeladensidad,comola presin tiene un efecto insignificante sobre la densidad de los lquidos, la temperatura es la nica variable que debe ser tenida en cuenta al sentar las bases para el pesoespecfico.Ladensidadrelativadeunlquidoeslarelacindesudensidadacierta temperatura, con respecto al agua a una temperatura normalizada. = p agua

Capilaridad En la superficie de contacto entre lquido y gas parece formarse en el liquido una pelcula o capaespecial,debidaenaparienciaalaatraccindelasmolculasdelliquidosituadopor debajodelasuperficie.Estapropiedaddelapelculasuperficialdeejercerunatensinse llamatensinsuperficialyeslafuerzanecesariaparamantenerlaunidaddelongituddela pelcula en equilibrio. ogDht4=ogDhp2= Donde:ht: la altura en el tubo capilar (m). hp: Altura entre placas.(m) UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 6 o = Tensin superficial en (N/m) = Densidad del fluido en (Kg/m3) g = Aceleracin de la gravedad en (m/s2) D = Dimetro del tubo capilar en (m) b = Separacin entre placas en (m) Viscosidad. Laviscosidadeslapropiedaddeunfluido mediantelacualseofreceresistenciaalcorte.La viscosidad es una manifestacin del movimiento Molecular dentro del fluido. Elcoeficientedeviscosidadesconstante,enelsentidodequenodependedelavelocidad.Sinembargo,dependedeotrosfactoresfsicos,enparticulardelapresinydelatemperatura.Esta dependencia se explica al considerar la interpretacin microscpica-molecular de la viscosidad. Ley de Stokes Debido a la existencia de la viscosidad, cuando un fluido se mueve alrededor de un cuerpo o cuando se desplaza en el seno de un fluido, se produce una fuerza de arrastre sobre dicho cuerpo. Si este cuerpo es,unaesfera,lafuerzadearrastreestadadaporla siguiente expresin: Fa = 6. .r.v Donde: : es la viscosidad del fluido. r: es el radio de la esfera. v: es la velocidad de la esfera respecto al fluido. EstarelacinfuededucidaporGeorgeStokesen1845,ysedenominaleydeStokes.En base a la ley mencionada anteriormente, si se deja caer una esfera en un recipiente el cual contieneunfluido,debeexistirunarelacinentreeltiempoempleadoenrecorreruna determinada distancia y la viscosidad de dicho fluido. Paradeterminarlaviscosidadabsolutaatravsdelviscosmetrodecadadebola,se requiere primero conocer la velocidad observada y la velocidad corregida. Velocidad observada: UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 7 tyVo =Donde: Vo = Velocidad observada de cada de la esfera (m/s). y =Distancia recorrida por la esfera (m) t =tiempo para recorrer (s) Velocidad corregida: ((

++ + =22) 4 () 9 (491DtDeDtDeVo V Donde: V = Velocidad corregida. (m/s)De = Dimetro de la esfera (m)Dt =Dimetro del tubo (m) Viscosidad Absoluta o dinmica : ( )VDee181 2 =Donde: = Viscosidad absoluta o dinmica. De = Dimetro de la esfera.e = Peso especfico de la esfera. 1 = Peso especfico del lquido de trabajo. V = Velocidad corregida. Viscosidad Cinemtica: v = Donde: v = Viscosidad cinemtica. = Viscosidad absoluta o dinmica. = Densidad del cuerpo. 1.6CUESTIONARIO. PRUEBA N 1: DENSIDAD UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 8 -La exactitud del mtodo de Arqumedes mejorara si midiramos con: -Un vaso estrecho y profundo, o-Un vaso ancho y poco profundo. Porque? -Culdelosanterioresmtodosdemuestraunamaneramsfundamentaldemedirel volumen de un lquido? Porqu? -Cul cree usted que es el procedimiento ms exacto? Porque? -Cul cree usted que es el procedimiento menos preciso? Porque? -Con el valor que considere mas preciso de densidad, obtenida para cada fluido, calcule la densidad relativa. Justifique su respuesta. -Comparar los valores obtenidos con los establecidos en los textos. -Enunciar las variables que tienen mayor influencia en la densidad. PRUEBA N 2: CAPILARIDAD -Calculelatensinsuperficialconlasalturas,separacionesentreplacas,dimetrodel tubo capilar y la densidad mas precisa que hall en la prueba de densidad,teniendo en cuenta la temperatura del fluido. -Realicelagrficadealturacapilarvsdimetro,ydealturaenlaplacavsseparacin, haga una interpretacin de la grfica y explique como afecta el dimetro o la separacin. en la elevacin del fluido. -Hastadondellegaraelniveldelaguasisetuvieseunaseriedetubosdediferentes dimetros, interconectados entre s? PRUEBA N 3: VISCOSIDAD -Calcular la viscosidad dinmica y cinemtica de los fluidos empleados. -Compararlosresultadosobtenidosconlosvaloresestablecidosenlosdiferentes textos. -Enunciar las variables que tienen influencia en la viscosidad. -Cul es la viscosidad dinmica de un liquido en reposo? UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 9 FORMATOS DE TOMA DE DATOS. FIRMA LABORATORISTA: _____________________________________________________FECHA:_____ /______/________ NOMBRESCDIGOSFIRMAS _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ PRUEBA N 1: DENSIDAD Mtodo 1. Beaker FLUIDO Peso beaker (gr) Volumen del fluido (cm) Peso beaker + fluido (gr) Densidad (kg/m) Agua de grifo Aceite Alcohol Glicerina Mtodo 2: Principio de Arqumedes. FLUIDO Peso beaker (gr) Volumen del fluido (cm) Peso beaker + fluido (gr) Densidad (kg/m) Agua de grifo Aceite Alcohol Glicerina Mtodo 2: Botella de Densidad. FLUIDO Peso beaker (gr) Volumen del fluido (cm) Peso beaker + fluido (gr) Densidad (kg/m) Agua de grifo Aceite Alcohol Glicerina UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 1. Propiedades de los fluidos.Pgina 10 PRUEBA N 2: CAPILARIDAD a)Tubos DIMETRO (mm) ht (cm) Densidad (kg/cm3) Tensin superficial (N/m) 0.3 1 b)Placas SEPARACIN (mm) hp (cm) Densidad (kg/cm3) Tensin superficial (N/m) 0.025 (dos) 0.045 (una) Roja PRUEBA N 3: VISCOSIDAD GLICERINAC1/52C2/36C3/16 Distancia (cm) Densidad del fluido (Kg/m) Densidad de la esfera (Kg/m) Tiempo 1 (seg) Tiempo 2 (seg) Tiempo 3 (seg) Promedio Tiempo (seg) Viscosidad Dinmica (Kg.seg/m2) Viscosidad Cinemtica (m2/s) ACEITE DE COCINAC1/52C2/36C3/16 Distancia (cm) Densidad del fluido (Kg/m) Densidad de la esfera (Kg/m) Tiempo 1 (seg) Tiempo 2 (seg) Tiempo 3 (seg) Promedio Tiempo (seg) Viscosidad Dinmica (Kg.seg/m2) Viscosidad Cinemtica (m2/s) UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 11 LABORATORIO N 2: FUERZAS SOBRE SUPERFICIES PLANAS CENTROS DE PRESIONES 2.1. OBJETIVOS Aplicarpormediodeltanquecuadrantedelbancodepruebashidrulicaslos principioshidrostticosquerigenlasfuerzassobrelassuperficiesencontacto, comprobando el comportamiento con reas, total y parcialmente sumergidas. Calcular centros de presin de forma experimental y tericapara superficies total y parcialmente sumergidas a diferentes ngulos de inclinacin. 2.2.EQUIPO Y ELEMENTOS DE LABORATORIO -Banco de pruebas hidrulicas. -Tanque cuadrante. -Beaker. -Juego de pesas -Regla. UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 12 2.3.FUNDAMENTO TERICO. El centro de presin es el punto de un plano en el que puede asumirse que el empuje total delfluidoactaendireccinnormalalplano.Eltanquecuadrantedelbancodepruebas hidrulicas permite medir directamente el momento debido al empuje total del fluido sobre una superficie total o parcialmente sumergida y compararlo con el anlisis terico. Elaguaestcontenidaenuntanquecuadrantemontadocomopartedeunabalanza.Los lados cilndricos del cuadrantetienensusradios coincidiendo con el centro de rotacin detanqueydeestemodolapresintotaldelfluidoqueactasobreestassuperficiesno ejercemomentoalrededordelcentroderotacin.Elnicomomentopresenteeselquese debealapresindelfluidoactuandosobrelasuperficieplana.Estemomentosemideexperimentalmentecolocandopesasenelsoportedispuestoenelextremodelbrazo opuestoaltanquecuadrante.Unsegundotanquesituadoenelmismoladodelbrazodela balanza, proporciona la facilidad de equilibrar el sistema.La escala en el tanque cuadrante se usa para medir la altura h del nivel del agua por debajo del pivote.La fuerza debida a la presin hidrosttica en el centro de presin CP, a una distancia Ycp desde O.Esta se mide a lo largo del plano de la superficie rectangular inclinada. Fuerzas de Presin Considerando la definicin de presin como una fuerza por unidad derea, se deduce que la fuerza ejercida por un fluido sobre una superficie corresponde a la integral de la presin enelreaestudiada.Estudiemoselcasoenqueesvlidalaleyhidrosttica,esdecir,el lquidoseencuentrasometidosolamentealefectodelagravedad.Esposibledistinguir varios casos que dependen de lageometra dela superficie estudiada: superficies planas e inclinadasysuperficiescurvas.Enestaguaseestudiarsolamenteloscasosdelas superficies planas rectangulares, inclinadas y verticales. En el caso de una superficie plana vertical, se sabe que la presin aumenta linealmente con laprofundidad.Paraestecaso,seutilizarelconceptodelprismadepresionespara determinar la fuerza de presin horizontal, la que corresponde al volumen de dicho prisma. El punto de aplicacin de esta fuerza es el centro de gravedad del prisma de presiones. Para el caso de una superficie inclinada, si sta es plana, la fuerza depresin que ejerce el lquidoesnormalalasuperficieytambinsepuedecalcularcomoelvolumendelprisma depresionesasociado.Elpuntodeaplicacincorrespondetambinalcentrodegravedad de ste. Determinacin terica del Ycp.UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 13 La expresin terica de la distancia del centro de presin es:YcgA YcgIcgYcp + =*(Terico) Donde: Icg: Segundo momento de rea (momento de inercia) de la superficie sumergida con respecto al eje horizontal que pasa por el centro de gravedad CG. Ycg: Distancia desde O (interseccin del plano del nivel del agua con el plano de la superficie sumergida) al centro de gravedad de misma superficie. Determinacin experimental del Ycp. Para la posicin de equilibrio del aparato, tomando momentos alrededor del pivote O, se tienen: F*Y = m*g*R2*cosu u =ngulo de inclinacin de la superficie sumergida. Y = distancia del pivote al centro de presin. (m) = masa de las pesas necesarias para el equilibrio. R2= distancia del pivote al centro de las pesas. (g) = aceleracin de la gravedad. FR g mY2. .=Tambin por geometra resulta que: u cos11hR Ycp Y + = u cos11hR Y Ycp = Donde: R1= radio menor del tanque cuadrante. h = profundidad del agua hasta el extremo superior del agua. EXPRESIONES A USAR PARA SUPERFICIES TOTALMENTE SUMERGIDA u u u sen R h R h . cos . cos .1 1 1+ =u u u sen R h R h . cos . cos .1 2 2+ =UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 14 Profundidad al centro de gravedad: Fuerza sobre el rea: Donde A = B * L Clculo del Ycp experimentalmente: EXPRESIONES A USAR PARA SUPERFICIES PARCIALMENTE SUMERGIDA. Longitud sumergida: O rea sumergida: Profundidad al centro de gravedad: Fuerza sobre el rea: 22 1h hhcg+=A hcg F ). .( =FR g mYu cos . . .2=12.3L BIcg =) (expcos11erimentalhR Y Ycpu+ =u coshcgYcg =u u sen R h h . cos '.1 =u u u sen R h R h . cos '. cos .1 2 2+ =u cos2hR l =u cos2hl =u cos2hR l =B l A . =2cos . u lhcg =) .( . hcg A F =UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 15 Clculo del Ycp experimentalmente: Clculo del Ycp tericamente:

2.4.PROCEDIMIENTO. Prueba N 1.REA TOTALMENTE SUMERGIDA -Equilibraelaparatodetalformaquelaparedplanadeltanqueseencuentreen posicin vertical. -Verteraguasobreeltanquecuadrantedetalformaqueelniveldelaguase encuentre por encima del radio de 100mm, es decir que el nivel del agua debe sobre pasar el nivel de la cara plana. -Equilibraelsistemaagregandopesasde200y50grenelsoportedispuestoenel extremo del brazo opuesto al tanque cuadrante. -Medir la altura desde el pivote hasta el nivel del agua. -Repetir el procedimiento anterior para 7 lecturas en donde el sistemase encuentre en equilibrio (=0) y para seis ngulos diferentes. Prueba N 2.REA PARCIALMENTE SUMERGIDA -Equilibraelaparatodetalformaquelaparedplanadeltanqueseencuentreen posicin vertical. -Verteraguasobreeltanquecuadrantedetalformaqueelniveldelaguase encuentrepordebajodelradiode100mm,esdecirqueelniveldelaguanodebe sobre pasar el nivel de la cara plana. -Equilibraelsistemaagregandopesasde200y50grenelsoportedispuestoenel extremo del brazo opuesto al tanque cuadrante. -Medir la altura desde el pivote hasta el nivel del agua. -Repetir el procedimiento anterior para 7 lecturas en donde el sistema se encuentre en equilibrio (=0) y para seis ngulos diferentes. uucoscos . .2hFR WYcp =) (.terico YcgA YcgIcgYcp + =u coshcgYcg =UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 16 2.5.CUESTIONARIO. Prueba N 1. rea totalmente sumergida. Analizar Variacin del centro de presin con respecto a la profundidad (h) DeterminarycompararlasdistanciasdelcentrodepresinYcpdeformatericay experimental,paralacondicindelasuperficieplanatotalmentesumergidaypara ocho combinaciones de ngulo (u). ElaborarlagrficadeYcpvshparalosdatostomadosdereatotalmentesumergida en condicin de u = 0. Prueba N 2. rea parcialmente sumergida. Analizar Variacin del centro de presin con respecto a la profundidad (h) DeterminarycompararlasdistanciasdelcentrodepresinYcpdeformatericay experimental, paralacondicindelasuperficieplana parcialmentesumergidaypara ocho combinaciones de ngulo (u). Elaborar la grfica de Ycp vs hpara los datos tomados de rea parcialmente sumergida en condicin de u = 0. Consultar. Qu es la cabeza de presin? Qu es presin atmosfrica? Qu es presin parcial o relativa? Culeselprincipiofundamentaldelahidrosttica,conocidatambincomolaleyde Steven? Creeustedqueelvalordelapresinsobreunasuperficiedentrodeunlquidoes independiente de la orientacin de esta?Explquelo. Quinclinacintienelaresultantedelasfuerzashidrostticassobreunasuperficie con respecto a esta? Por qu en un lquido en reposo no existen esfuerzos cortantes? En qu consiste la paradoja hidrosttica? Explquela. En forma breve comente en qu consiste el principio de Pascal y la prensa hidrulica. Enunciecincocosasenlasqueelconocimientodelasfuerzasypresionessobrelas superficies sea aplicable a la Ingeniera.UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 17 SUPERFICIE PARCIALMENTE SUMERGIDA200 mmR1: 100 mmR2: 200 mmO?W100 mmYhhcghcpCGCPyycpycgUNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 18 SUPERFICIE TOTALMENTE SUMERGIDA200 mmR1: 100 mmR2: 200 mmO?h2h1100 mmWYYcpYcg ydyCPCGdFFhUNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 19 FORMATOS TOMA DE DATOS. FIRMA LABORATORISTA: _____________________________________________________FECHA:_____ /______/________ NOMBRESCDIGOSFIRMAS _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Area parcialmente sumergidaArea totalmente sumergida h (mm) Masa (Kg) h (mm) Masa (Kg) h (mm) Masa (Kg) h (mm) Masa (Kg) 0 5 0 5 0 10 0 10 0 15 0 15 0 20 0 20 0 25 0 25 0 30 0 30 UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 2. Fuerzas sobre superficies planas.Pgina 20 FORMATO CLCULOS REA TOTALMENTE SUMERGIDAS A DIFERENTES NGULOS h (mm) h1 (mm) h2 (mm) hcg (mm) M (kg) F (N) Ycg(mm) Ycp (mm) terico Y (mm) h1 cos Ycp (mm) exp REA PARCIALMENTE h (mm) Masa (kg) l (mm) hcg (mm) F (N) Ycp (mm) exp Ycg (mm) Icg (mm4) Ycp (mm) terico REA PARCIALMENTE SUMERGIDA A CERO GRADOS Ensayoh (mm) Masa (kg) l (mm) hcg (mm) F (N) Ycp (mm) exp Ycg (mm) Icg (mm4) Ycp (mm) terico REA PARCIALMENTE SUMERGIDA A CERO GRADOS Ensayoh (mm)Masa (kg)hcg (mm)F (N) Ycp (mm) experimental UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 3.Empuje y flotacin.Pgina 21 3. EMPUJE Y FLOTACIN 3.1 OBJETIVOS Ilustrar las ms importantes leyes de la hidrosttica como lo son la ley de Pascal y la ley de Arqumedes. Intentarrealizarpormediosprcticosysencilloslaspruebasquemuy seguramente tuvieron que ejecutar estos dos grandes formadores de la ciencia para poder justificar sus logros cientficos. 3.2EQUIPOS. -Banco de pruebas hidrostticas -Tubos verticales de diferentes tamaos -Cilindro -Balanza -Barco de flotacin 3.3FUNDAMENTOS TERICOS. Presin Hidrosttica. Seentiendeporpresinalaraznentrelaresultantedelasfuerzasmolecularesquese ejercenatravsdeunelementoplanoyelreadeste.Lapresinhidrostticasobreun puntosituadoenelinteriordeunlquido,esproporcionalalaprofundidadyalpeso especfico de lquido, la cual est universalmente definida por la siguiente expresin:h g P . . = Un segundo punto en consideracin se conoce como el Principio de Pascal: En un punto de unfluidoenequilibrio,laspresionessobretodoslosplanosdecualquierorientacinque pasan por ese punto, son de igual magnitud, es decir, la presin en un punto acta en todas las direcciones. Sepuededemostrarqueladistribucindepresionesenelfluido,esdecir,cmovarala presinalinteriordeunvolumendefluidoenreposooenequilibrioesttico,sedebe exclusivamentealosefectosdelasfuerzasmsicasqueactansobreunelementode volumen.Elcasodemayorintersprcticolopresentanlosfluidossometidosalcampo gravitacional terrestre, es decir, a su propio peso, como nica fuerza exterior. UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 3.Empuje y flotacin.Pgina 22 Estabilidad de un cuerpo flotante. Cualquiercuerpoqueseencuentratotaloparcialmentesumergidoenunlquido,seve sometido a 2 fuerzas principales que actan en sentidos opuestos. La primera corresponde al peso del cuerpo (W), mientras que la segunda es el empuje (E), resultante de las fuerzas de presin que ejerce el fluido sobre el cuerpo, y acta en sentido contrario a la gravedad. Siconsideramosalslidocomouncuerpodedensidadconstante,elpesocorrespondealvolumendeste,V,multiplicadoporsupesoespecfico,S,mientrasquesiseconsidera queelfluidoesincompresible,lamagnituddelempujecorrespondealpesoespecficodel lquido, L, multiplicado por el volumen del lquido desplazado o volumen de carena, VC. Respectoalospuntosdeaplicacin,elpesoactaenelcentrodegravedaddelcuerpo,G, mientras que el empuje acta en el centro de gravedad delvolumen de carena o centro de carena, C. Para que un cuerpo flote, la condicin que se debe cumplir es que el empuje cuando todo el cuerpo est sumergido sea mayor que el peso, lo que se traduce en que la densidad de ste debe ser menor que la densidad del lquido. GM: Altura metacntrica rad mmddXjdondeddXjWwjGM / . =((

=u u BM: Altura metacntrica sobre el centro de flotacin BM: GM+ BGBG: OG - OB OG: Altura del centro de gravedad medida desde la base OB: OC/2 OC: V/A V: W/ W: Peso barco + peso ajustable A: L* D YjwiOCBGMwiB B`MGG`UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 3.Empuje y flotacin.Pgina 23 3.4PROCEDIMIENTO. Prueba N 1: Ley de Pascal. Elaparatoparalaobservacindelniveldeunlquidoconsisteenunaseriedetubos verticales de diferentes tamaos, formas y seccin transversal.Estos tubos estn unidos en subaseporuntubohorizontal.Elaparatoestpermanentementeconectadoaltanque superior del banco de pruebas. -Cerrar la vlvula de drenaje del banco de pruebas. -Llenareltanquesuperiordelbancodepruebasalcualseencuentranunidoslos tubos de diferente geometra. -Observar los niveles de los tubos y responder el cuestionario. -Abralavlvuladedrenajedelbancodepruebasyobserveelcomportamientodel fluido. Prueba N 2. Ley de Arqumedes (Empuje de un fluido). -Medir el dimetro del cilindro. -Colocar el cilindroen el soporte del banco de pruebas hidrulicas, sobre la balanza. -Deslizar el cuerpo cilndrico desde su posicin normal hasta que quede enfrentado sobre el plato de la balanza, habiendo medido antes su dimetro. -Ubicar el cuerpo dentro de un beaker girndolo 90, y acondicionar el conjunto para que el beaker descanse sobre el plato de la balanza. -Llenar con agua el beaker de tal formaque el cuerpo quede inmerso,-Agitarconcuidadoelbeakerparaeliminarlasburbujasquequedanatrapadaspor debajo del cilindro. -Registrar el peso promedio del conjunto en la balanza. -Leer la altura del lquido en la escala suspendida del eje. -Repetirlospasosanterioreshastaqueelvasoestlleno,aproximadamenteenseis etapas, Prueba N 3: Anlisis de Flotacin. -Ubicar un beaker vacisobre agua en posicin Horizontal y vertical. -Agregarunpesoaproximadoalbeakerdetalmaneraqueseencuentreestableen posicin vertical. -Agregar un peso aproximado al beaker de tal manera queel cuerpo flotante se sumerja. Prueba N 4: Estabilidad de un cuerpo flotante. El siguiente experimento lo trabajaremos con el barco de flotacin con el cual realizaremos UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 3.Empuje y flotacin.Pgina 24 los siguientes pasos: - TomarelpesototaldelaparatoWqueincluyeelpesoajustablew,ylosdospesos magnticos registrados en la parte superior de la escala de ngulos. - Tomar el peso ajustable w. - Medirlalongitudyelanchodelflotadordelbarco,ascomotambinelespesordela lmina que lo constituye, (aproximadamente de 2 mm). Parte a - Amarrarelcordngruesoconlaplomadaatravsdelhuecoeneltablerode acondicionamientodelpeso,verificandoquelaplomadaquedelibreparaindicarla interseccin con la lnea central marcada en el mstil. - Sujetar el peso ajustable dentro de la hendidura en V, sobre la lnea central de la hilera ms baja y suspender el conjunto flotador y peso del extremo libre del cordn. - Marcar el punto donde la lnea de la plomada intercepta la lnea central, medir esta altura a partir de la base externa del flotador. - Repetir el paso anterior para las otras cinco hileras. Parte b. - Introducir el barco flotante en el banco de pruebas. - Nivelarelflotadoracomodandoelpesoajustableenelcentrodelbarco,sobrecualquier nivelconlaayudadelospesosmagnticos,detalformaqueelngulomarcadoindique cero. - Moverelpesoajustablehacialaizquierdaohacialaderechaencadaunadelashileras cada 15mm, tomando el desplazamiento por ngulo formado entre la lnea de la plomada y la lnea central. 3.5CUESTIONARIO Prueba N 1: Ley de Pascal -Por qu se observan variaciones en los niveles de los tubos? (si estos ocurren). -Cmo se comportarn los niveles si en el tubo que los une, el agua estuviera fluyendo? -Fsicamente a que equivale la presin en la base de los tubos? -Cmo se transmite la presin con un fluido en reposo dentro de un tubo inclinado con relacin a como ocurre en un tubo en posicin vertical?. -Deduzcauna expresin para la presin en unpunto dentro deun fluido, analizando el diagrama de slido libre. -Cmocreeustedqueelpesounitariodelfluidoafectalapresinsobreelpunto anteriormente analizado. UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 3.Empuje y flotacin.Pgina 25 -Culeselvalordelapresinatmosfricaexpresadaenmmdemercurio,mtsde columna de agua, kgf/cm2 y en Psi. -Citecincocasosprcticosensuvidacomoingeniero,enlaqueelanlisisdelas presiones de los fluidos, ser importante para su desempeo profesional. Prueba N 2: Principio de Arqumedes (Empuje). -Del volumen de agua desplazado por el cilindro, la altura del lquido y el peso resultante enlabalanza,puedeverificarseelprincipiodeArqumedes.Obtenerpormediodeun cuadro de clculos, el empuje para los seis niveles en el beaker. Basndose en el anterior experimento responda el siguiente cuestionario: -Qu utilidad encuentra usted en el experimento? -Quimportanciatieneelconocerlafuerzaqueejerceunfluidosobreunobjetoquese sumerge dentro de este? -Cmocreequeseraelempujedelfluidosiestetuvieradiferentespesosespecficos, viscosidades, y temperaturas? -Citecincocasosprcticosenlosqueelempujeejercidoporunfluidoseatil enlavida ingenieril. Prueba N 3: Anlisis de Flotacin. -Porque no flota en posicin vertical el beaker vacio cuando es colocado sobre agua? -Compruebeenformatericahastaquepesoserestableelbeakeryhastaquepesose hundir, copare los valores obtenidos experimentalmente y los obtenidos tericamente. -Creeustedquelacapacidaddeflotacintambindependedelreaencontactoconel agua y del tamao del recipiente? -Debidoaqueraznoexplicacinlgicaloscuerposquepresentanmayoralturaypor ende mayor inercia en el eje Y, son menos estables que los recipientes anchos y bajos? Prueba N 4: Estabilidad de un cuerpo flotante. -ElaborarelgrficodevaloresdeXjvslalistadengulosparalosdiferentesnivelesen los que se sita el peso ajustable. -Calcular la pendiente de cada una de las rectas obtenidas (dXj/du). -Obtener la altura metacntrica. -Calcular la distancia BM. -Qu sugerencias hara usted para mejorar el experimento o el aparato? -Piensa que el movimiento de la plomada que marca los ngulos en el flotador, por efecto de su propio peso afecta los resultados en alguna forma? - Como cree usted que sera la estabilidad del barco si la base del recipiente fuera curva, y no plana como realmente lo es? UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 3.Empuje y flotacin.Pgina 26 3.5FORMATODE TOMA DATOS FIRMA LABORATORISTA: _____________________________________________________FECHA:_____ /______/________ NOMBRESCDIGOSFIRMAS _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Empuje de un fluido ENSAYOALTURA INICIAL (mm) ALTURA FINAL (mm) MASA INICIAL (Kg) MASA FINAL (Kg) 1 2 3 4 5 6 INCLINACIN DE UN CUERPO FLOTANTE Altura Donde Se Encuentra El Peso Ajustable Medido Desde La Base Altura Donde Se Encuentra El Centro De Gravedad Medido Desde La Base (Yn) YjY1 YjY2 YjY3 YjY4 YjY5 ESTABILIDAD DE UN CUERPO FLOTANTE Yn (mm) ANGULO EN GRADOS -60-45-30-15015304560 UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 3.Empuje y flotacin.Pgina 27 3.5 FORMATO DE CLCULOS EMPUJE DE UN FLUIDO ENSAYO ALTURA INICIAL (m) ALTURA FINAL (m) MASA INICIAL (Kg) MASAFINAL (Kg) VOLUMEN m EMPUJE N 1 2 3 4 5 6 ESTABILIDAD DE UN CUERPO FLOTANTE Yn dXj du(mm/rad) GM (mm) OG (mm) OC (mm) OB (mm) BG (mm) BM (mm) UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 4.Medidor de flujo Ventur.Pgina 28 4.MEDIDORES DE FLUJO- VENTURIMETRO. 4.1OBJETIVOS. -Reconocerypracticarelmanejodelventurmetro,ysurespectivaaplicacinenel aforo de los fluidos en movimiento. -Encontrar la constante de descarga del venturmetro e indicar su significado. -Hallarelvalordelcaudaltericoydelcaudalrealoexperimental,yhaceruna comparacin entre ellos. -Aplicar las ecuaciones de energa y de continuidad en la obtencin de los resultados. 4.2 EQUIPOS. -Banco de pruebas. -Ventur. -Pesas. 4.3FUNDAMENTOS TERICOS. Asumiendoquenohayprdidasdeenergaalolargodeltubo,yquelavelocidadylas alturaspiezomtricassonconstantesatravsdecadaunadelasseccionesconsideradas, entonces de la ecuacin de energa tenemos que: nnhgVhgVhgV+ = + = +2 2 22222121(1) endonde:V1,V2yVnsonlasvelocidadesdelflujoatravsdelassecciones1,2yn.La ecuacin de continuidad para esta situacin es: Q A V A V A Vn n= = = . . .2 2 1 1(2) Remplazando en la ecuacin (1) para V1 proveniente de la ecuacin (2) 2221212222 2hgVhAAgV+ = +||.|

\| UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 4.Medidor de flujo Ventur.Pgina 29 y resolviendo esta ecuacin para V2 : 2122 121) ( 2||.|

\|=AAh h gV 1: 2: Reemplazando (2): 2 2.A V Q = 2122 121) ( 2*||.|

\|=AAh h gA Q(3) Enlaprctica,hayprdidasdeenergaentrelaseccin1y2ylavelocidadnoes absolutamente constante entre cada una de esas secciones.Como resultado, los valores de Qmedidosusualmentesonmenoresqueloscalculadosdelaecuacin(3)porloquese introduceelconceptodeuncoeficientequerelacionaelcaudalrealconelterico.Este coeficienteesdeterminadoexperimentalmenteyvaraconeltipodeventurmetro utilizado as como tambin con la descarga, pero usualmente est entre un rango de 0.92 a 0.99 2122 121) ( 2* .||.|

\|=AAh h gA C Q(4)

Ladistribucinidealdepresionesalolargodelatuberaconvergente-divergentepuede determinarse de la ecuacin (1) y est dada por: 222 212212VV VgVh hn n= Sustituyendoaenelsegundotrminodelaexpresinlarelacindereasenlugardela relacin de velocidades proveniente de la ecuacin de continuidad (2),la distribucin ideal de presiones ser: 222122212||.|

\|||.|

\|=nnAAAAgVh h(5) UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 4.Medidor de flujo Ventur.Pgina 30 Distancia entre manmetro y dimetro del venturi en mm. 4.4 PROCEDIMIENTO Instalacin del equipo. -Colocar el medidor de ventur sobre el banco hidrulico. -Conectar la manguera de salida del banco a la entrada del aparato. -Conectar la salida del aparato a unamanguera y colocar el extremo libre dentro del tanque de medicin. Calibracin de los manmetros. -Abrir las vlvulas (aparato y banco) a 1/3 de sus posiciones totalmente abiertas. -Verificar que la vlvula de purga este bien cerrada. -Ponerafuncionarlabomba,eliminarelaireatrapadocomoburbujasenlos manmetros. -Regularlasalturasenlosmanmetrospormediodelainyeccindeaireconla bomba de mano, por la vlvula de purga. Procedimiento experimental. -Abrir la vlvula de purga. -Registrar las lecturas manomtricas. -Tomar el caudal a travs del banco de pruebas. -Repetir los procedimientos enunciados, para 10 diferentes caudales. 4.5CUESTIONARIO. 2623,218,41616,7918,4720,1621,8423,5325,2126A(1)B C D(2)E F G H J K L20 12 14 15 15 15 15 15 15 20UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 4.Medidor de flujo Ventur.Pgina 31 -Obtencindelaexpresinparalavelocidadenlagarganta(sobreelesquemadeun venturmetro inclinado u con la horizontal), utilizando las tres formas de la ecuacin de Bernoulli.Incluir manmetro de mercurio. -AnlisisdecadaunodelostrminosdelaecuacindeBernoulliexplicandoeltipode energa que representa cada uno de ellos. -Revisinbibliogrficabrevesobrelossiguientesinstrumentosutilizadospara determinarlavelocidaddeunfluidoenmovimiento:TubodePitot,tubodePrandtl, orificioenundepsito,anemmetros(tipos), Molinete(o correntmetro),anemmetro de hilo caliente, sifn, eyector. -Calcularladistribucinidealdepresionescomounafraccindelacabezadevelocidad en la garganta gVh hn2221. -Graficar para cada caudal experimental: la distribucin ideal de presionesvsdistancias alasqueseencuentranlosdiferentespiezmetros.Yademsgraficarladistribucin ideal de presiones obtenida en el numeral 1. -Calcular el Caudal Terico (QT). -Graficar Q experimental Vs Q terico.Ajustar la curvay obtener el coeficiente C. -Calcularel coeficiente C para con cada uno de los caudales a partir de Q y (h1- h2)1/2. -Graficar Q vs (h1- h2)1/2. Ajustar la curva y obtener C. -Graficarlos diferentes coeficientes vs diferentes caudales(C vs Q) Ajustar. -Paraunodeloscaudalesconquesepresente presinnegativa enla gargantadibujarla lnea piezomtrica y la lnea de energa. -Obtener las prdidas de energa del fluido al pasar por todo el venturmetro. -Obtener las prdidas de energa entre cada par de piezmetros. -Analizarelcomportamientodelasdiferentesvariablesparacadaunodelasgrficas.Comentar. Preguntas -Qu sugerencias haran para mejorar el aparato? -Cul sera el efecto en los resultados si el venturmetro no estuviera horizontal? Habra quehacercorreccinalaslecturasdelpiezmetrosilaescalademedidaestaba montada con su eje vertical?. -Usando el valor de Cobtenidoexperimentalmente, determine el dimetro de la gargantadel Venturi que mediraun flujo de 0.4 m3/s en una tubera de 0.6m de dimetrocon una cabeza del diferencial de(0.37m aproximadamente) -Sisedeseaagregarunasolucinqumicade igualdensidadaladelfluidoinstalandoun tubo de 1cm de dimetro en la garganta del venturi, indicar la distancia Z hasta el nivel del depsito y el caudal que entrara. UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 4.Medidor de flujo Ventur.Pgina 32 FORMATO TOMA DE DATOS FIRMA LABORATORISTA: _____________________________________________________FECHA:_____ /______/________ NOMBRESCDIGOSFIRMAS _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Q Alturas Piezometricas (mm) ABCDEFGHIJKL Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 CAUDAL REAL Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10 Masa Tiempo Caudal (m/seg) UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 4.Medidor de flujo Ventur.Pgina 33 FORMATO CLCULOS N M (Kg) T (sg) Q Exp (m/sg) VD(ha-hd).5 Q Teor A-D (m/sg) Cd Re N gVh hn2221 ABCDEFGHJKL N PRESIN (Pa) ABCDEFGHJKL N PERDIDA CABEZA DE VELOCIDAD (m) ABCDEFGHJKL N PERDIDA DE ENERGA (m) A-BB-CC-DD-EE-FF-GG-HH-JJ-KK-LA-L UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 5.Impacto de chorroPgina 34 5.IMPACTO DE UN CHORRO 5.1OBJETIVOS -Determinar la magnitud de la fuerza de impacto de un chorro de agua al salir por un orificio y chocar con un alabe de diferentes formas: plano, hemisfrico, copa cnica. -Calcular velocidad del chorro a la salida de la boquilla. -Analizar la relacin existente entre la fuerza sobre el alabe y la cantidad de energa entregada a este. 5.2EQUIPO -Banco hidrulico -Equipo de impacto de chorro -Pesas 5.3FUNDAMENTOS TERICOS. Unamaneradeproducirtrabajomecnicopormediodeunfluidobajopresineslade utilizar la presin para acelerar el fluido a una velocidad alta en un chorro dirigido sobre los alabesinstaladosenelpermetrodeunarueda.Unmotordereaccinesunaturbinala cual gira por las fuerzas generadas en los alabes debido al cambio de momemtum o impulso quetienelugarcuandoelaguagolpealasalabes.Lasturbinasquetrabajanconeste principiodeimpulsohansidoconstruidasconpotenciasdelordende100.000KWyeficiencias mayores que el90%. Considerando la segunda ley de Newton:

= = ( )

Donde(mv)eselmomentumdelvolumendecontrol.ConsiderandoelTeoremadel Transporte de Reynolds se obtiene el Teorema de Cantidad de Movimiento: UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 5.Impacto de chorroPgina 35 Enesteexperimento,lafuerzageneradaporunchorrodeaguacuandogolpeaunaplaca planaounatazahemisfrica,puedemedirseypuedecompararseconlatasadeflujode momentum en el chorro. Cuandoelcontrapesoesmovidounadistancia(y)enmetrosdesdelaposicincero,lafuerza correspondiente (F) en N sobre el plato (placa) puede obtenerse tomando momentosrespecto al pivote:) ).( ( 6 . 0 ) 15 . 0 ( y g F = donde: F =fuerza producida por el chorro. s= la altura de la placa sobre el extremo de la boquilla; s = 35mm y = Distancia del peso ajustable a partir de la posicin de cero. El flujo es medido como: m = .A.V (kg/s) Caudal en masa. La velocidad de salida del chorro en la boquilla es:AmV=(m/s) La velocidadVo del chorro que es desviada por la placa o por la copa es menor que la velocidad (V)enlasalidadelaboquillaporladesaceleracindelagravedadysepuedecalcularconla siguiente expresin: ) ).( 2 (2 2s g V Vo =

) 035 . 0 81 . 9 2 (2 2x x V Vo =

687 . 02 2 =V Vo DoDcHcUNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 5.Impacto de chorroPgina 36 5.4PROCEDIMIENTO -Elaparatodebeserinicialmentenivelado,moviendoelpesoajustablecolocadoenla barrasuperiororegleta,hastacuandomarquecero(0);estoseconsiguecuandola barrita que cuelga el resortemuestre sus ranuras, una por debajo y otra por encima de la tapa del aparato. -Conectar el aparato y abrir la vlvula.Luego se mueve el contrapesosobre la ranura o regletaunadistanciadeterminadayseabremslavlvulaparavolveranivelar, tomamos la lectura en este nivel y luego tomamos masa de agua y tiempo. -Realizar el procedimiento anterior para 9 caudales mas. -Cambiar el alabey repetir el procedimiento anotando los correspondientes valores. 5.5 CUESTIONARIO -Calcular la velocidad a la salida del orificio (V) y la velocidaddel chorro (Vo). -Calcular la fuerza desarrollada sobre el alabe -Graficarlafuerzasobreelalabe(F)vs(QmxVo).Analizarsucomportamientopara cada uno de los labesIdealmente la pendiente de las grficas de ser: Plato llano = 1Cono=1.5 Hemisfrico = 2 PREGUNTAS -Qu sugerencias tiene para mejorar la prctica? -Culseraelefectosobreelvalordelclculodelaeficienciaenlossiguienteserrores sistemticos de medicin? -Error de 1g en el peso ajustable. -Error de 1mm en la distancia del centro del orificio al nivel del pivote (L). -Sielexperimentoserealizaraconunconode60.Cmocreeustedqueseranlos resultados representados en las grficas anteriores? -Sielalabeestuvierasometidoaundesplazamientoconunavelocidadconstante,por ejemplo en una turbina o rueda Pelton; como cree que sera la componente de la fuerza resultante que opone el alabe y la velocidad de salida del chorro ya impactado. REVISIN DE LITERATURA. -Establecerlascomponentesdelasfuerzasgeneradasporunchorrosobreunalabe curvo cuando est fijo y cuando se mueve con una velocidad V constante, considerandoque no hay friccin. -Hallar las componentes como en a) pero incluyendo prdidas por friccin. -Describir en qu consiste la teora de cascada. -Describir los tipos de turbinas hidrulicas de uso actual en hidroelctricas. UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE ING. CIVIL MECNICA DE FLUIDOS Laboratorio N 5.Impacto de chorroPgina 37 FORMATO DE TABLA DE DATOS: FIRMA LABORATORISTA: _____________________________________________________FECHA:_____ /______/________ NOMBRESCDIGOSFIRMAS _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ ALABE PLANO No.Distancia(mm)Masa (Kg)Tiempo (seg)V (m/s)Vo (m/s)Qm*V0 (N)F (N) 12345678910 ALABE HEMISFRICO No.Distancia(mm)Masa (Kg)Tiempo (seg)V (m/s)Vo (m/s)Qm*Vo (N)F (N) 12345678910