INFORME TECNICO N003-2012-UPLA

Universidad Peruana Los Andes - UPLA- Faculta de Ingeniera Carrera Profesional de Ingeniera Civil

INFORME TECNICO N005-2012-UPLA

I. DATOS GENERALES:

1.1 ASIGNATURA: Laboratorio de Mecnica de Fluidos e Hidrulica1.2 PARTICIPANTES: Pea Quispe Lus Cesar1.3 TITULO DEL ENSAYO Determinacin de la seccin exacta en el tubo de Verturi1.4 GRUPO Martes 3:15 PM1.5 FECHA 09 de octubre de 2012

II. EQUIPOS Y/O MATERIALES

FME00. Banco Hidrulico

DESCRIPCIN

Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teora hidrulica y las propiedades de la mecnica de fluidos. Compuesto por un banco hidrulico mvil que se utiliza para acomodar una amplia variedad de mdulos, que permiten al estudiante experimentar los problemas que plantea la mecnica de fluidos. Equipo autnomo (depsito y bomba incluidos). Innovador sistema de ahorro de agua consistente en un depsito sumidero de alta capacidad y un rebosadero que devuelve el excedente de agua ha dicho depsito. Vlvula de desage fcilmente accesible. Dispone de un depsito escalonado (volumtrico) para medir caudales altos y bajos, adems de una probeta de un litro de capacidad para caudales an ms bajos. Tubo de nivel provisto de escala que indica el nivel de agua del depsito superior. Caudal regulado mediante una vlvula de membrana. Pantalla amortiguadora de flujo para reducir el grado de turbulencia. Canal en la parte superior especialmente diseado para el acoplamiento de los mdulos, sin necesidad de usar herramientas. El montaje de los distintos mdulos, sin necesidad de utilizar herramientas, asegura su simplicidad. Fabricado con materiales resistentes a la corrosin lo que garantiza una larga vida til del equipo. Bomba centrifuga. Interruptor de puesta en marcha de la bomba, seguridad y piloto de encendido. Cada mdulo se suministra completo y de fcil y rpida conexin al banco, maximizado as el tiempo disponible para que el estudiante realice su experimento de demostracin o medida. Utilizable con distintos Equipos del rea de Mecnica de Fluidos:

POSIBILIDADES PRCTICAS Medida de caudales.

ESPECIFICACIONES Banco hidrulico mvil, construido en polister reforzado con fibra de vidrio y montado sobre ruedas para moverlo con facilidad. Bomba centrfuga 0,37 KW, 30- 80 litros/min., a 20, 112,8m, monofsica 220V. /50Hz 110V. /60Hz. Rodete de acero inoxidable. Capacidad del depsito sumidero: 165 litros. Canal pequeo: 8 litros Medida de flujo: depsito volumtrico calibrado de 07 litros para caudales bajos y de 0-40 litros para caudales altos. Vlvula de control para regular el caudal. Probeta cilndrica y graduada para las mediciones de caudales muy bajos. Canal abierto, cuya parte superior tiene un pequeo escaln y cuya finalidad es la de soportar, durante los ensayos, los diferentes mdulos. Vlvula de cierre, en la base de tanque volumtrico, para el vaciado de ste. Rapidez y facilidad para intercambiar los distintos mdulos.

DIMENSIONES Y PESO Dimensiones: 1130 x 730 x 1000 mm. aprox. Peso: 70 Kg. aprox.

SERVICIOS REQUERIDOS Toma de agua para llenado del depsito. Desage. Cronmetro. Suministro elctrico: monofsico, 220V/50 Hz 110V. /60 Hz.

Equipo FME 03.

DESCRIPCIN

El mdulo para la demostracin del teorema de bernoulli (fme03) est formado principalmente por un conducto de seccin circular con la forma de un cono truncado, transparente y con siete llaves de presin, que permiten medir simultneamente. los valores de la presin esttica correspondiente a cada seccin Todas las llaves de presin estn conectadas a un manmetro con un colector de agua ( el agua puede ser presurizada) Los extremos de los conductos son extrables lo que permite su colocacin de forma convergente o divergente respecto a la direccin del flujo Se dispone , asimismo de una sonda (tubo de pitop) movindose a lo largo de la seccin para medir la altura en cada seccin (presin dinmica) La presin del agua as como el caudal puede ser ajustadas mediante la vlvula de control situada a la salida del modulo Una tubera flexible (manguera) unida a la tubera de salida se dirige al tanque volumtrico de medida Para las practicas el modulo se puede montar sobre la superficie de trabajo del banco hidrulico ( FME00) Dispone patas ajustables para poderlo nivelar. La tubera de entrada termina en un acoplamiento hembra que debe ser conectado directamente al suministro del banco

POSIBILIDADES PRCTICAS

Determinacin de la seccin exacta en el tubo de verturi Demostracin del teorema de bernoulli. posicin divergente-convergente Determinacin del teorema de Bernoulli. Posicin convergente-divergente Observar las diferencias entre posicin divergente y convergente.

ESPECIFICACIONES Rango del manmetro: 0 300 mm de agua. Nmero de tubos manomtritos : 8 Dimetro de estrangulamiento aguas arriba: 25mm. Estrechamiento: estrechamiento aguas abajo : 21 estrechamiento aguas arriba : 10 Sistema de conexin rpida incorporado Estructura de aluminio anodinado y panel en acero pintado.

DIMENSIONES Y PESO

Dimensiones: 800 x 450 x 700 mm. aprox. Peso: 15 Kg. aprox.

SERVICIOS REQUERIDOS

Banco hidrulico (FM300) Grupo de alimentacin hidrulica bsico (FME00/B). Cronmetro

Cronometro

III. MARCO TEORICO

TEOREMA DE BERNOULLI:Considerando el caudal en dos secciones diferentes de una tubera y aplicando la ley de conservacin de la energa, la ecuacin de Bernoulli se puede escribir como:

Y en este equipo, Z1 = Z2; Y P = .hCon esto se requiere demostrar en estas prcticas que, para una tubera dada con dos secciones, 1 y 2, la energa entre las secciones es constante y por lo tanto, el teorema de Bernoulli queda como sigue:

Donde: = Altura cintica = h = Atura piezomtrica: es la altura de una columna de agua asociada con la presin del campo gravitacional.En estas bases tericas, se considera que el fluido es ideal, pero las partculas rozan unas con otras. En este proceso la velocidad de las partculas disminuye y la energa del sistema se transforma en calor.Se considera que H es la prdida de presin entre las dos secciones, por lo que:P= p.g.Q. HDonde:

Donde P es la perdida de potencial.Con esto, se considera la ecuacin de Bernoulli como:

Tubos de pitotLa operativa con un tubo de pitot es:En primer lugar, se considera un obstculo fijo en el fluido en movimiento.La lnea P termina en el punto de impacto (P), si se hace un orificio en este punto P y se une este con un tubo de media, se est midiendo la presin total.Se puede tambin conocer la velocidad en la tubera, esto es:

= V( velocidad de las partculas), = 0

Como llenar los tubos manomtricos:En esta seccin, se explica el procedimiento a seguir para un correcto llenado de los tubos manomtricos.1. Cerrar la vlvula do control del Banco o Grupo Hidrulico (VC) y cerrar tambin la vlvula de control de flujo del equipo (VCC).2. Poner en marcha la bomba de agua y abrir completamente la vlvula VCC. Abrir despacio la vlvula CV hasta que alcance un flujo mximo. Cuando todos los tubos manomtricos estn completamente llenos de agua y no hay ninguna burbuja de aire, cirrese VC y VCC. Es muy importante seguir este orden ya que, de lo contrario, los tubos manomtricos se llenara de agua.3. Es muy importante que el equipo sea un compartimiento estanco.4. Retrese la vlvula anti-retorno o abrase la vlvula de purga.5. Abrase despacio la vlvula VCC. Se puede observar como los tubos comienzan a llenarse de aire.6. Cuando todos los tubos han obtenido la altura deseada (70 y 80 mm), cierre la vlvula VCC y coloque la vlvula anti-retorno VCC o cierre la vlvula de purga.7. En este momento, todos los tubos tienen el mismo nivel de agua.

PRACTICAS DE LABORATORIOPractica n 1 determinacin de la seccin exacta en el tubo de VenturiObjetivo:Como se ha verificado en la seccin anterior, la determinacin de la seccin exacta en el tubo de Venturi en el que se mide la presin, permite obtener la presin hidrosttica exacta del sistema y verificar la ecuacin de Bernoulli. Sin embargo, el conocimiento de estas secciones no es un trabajo fcil, no obstante, los clculos deben ser realizados en concordancia con esta seccin interna del tubo convergente divergente.El propsito de este experimento es obtener por medio de los tubos de Pitot y las medidas piezometricas el valor exacto de las diferentes secciones.

IV. PROCEDIMIENTO

1. Conectar el equipo al banco Hidrulico o Grupo Hidrulico en sentido convergente o divergente. El sentido no es muy importante en esta prctica.2. Llenar todos los tubos manomtricos 3. Abrir la vlvula de caudal del banco hidrulico y la vlvula de regulacin del equipo.4. Fijar un caudal y anotar su valor.5. Colocar el tubo de Pitot en la primera toma de presin de mnima seccin. Esperar a que la altura ene le tubo manomtrico de Pitot se estabilice. Este proceso puede tardar unos minutos.6. Cuando la altura de ambos tubos sean estable, determinar la diferencia de altura entre los dos tubos manomtricos; presin esttica y presin total (tubo de pitot)7. La diferencia corresponde a la presin cintica da por .8. Determinar la seccin con la siguiente ecuacin: , donde Q es el caudal de agua y V es la velocidad obtenida en dicha ecuacin.9. Repetir todos los pasos descritos anteriormente para cada toma de presin.10. Repetir los pasos para diferentes caudales de agua11. Para cada caudal dfe agua la seccin debe ser mas o menos la misma. Calcular la media de las secciones obtenidas con diferentes caudales de agua.

V. TABLA DE DATOS PROCESADOS:PROCESADOS:

h TP= h155.6880.3490.67

h TP= h250.1170.5979.73

h TP= h348.0167.6176.59

h TP= h445.8264.2772.11

h TP= h542.9559.5967.03

h TP= h639.3753.3460.41

A1=(Q1/V1)A2=(Q2/V2)A3=(Q3/V3)=(1/3)*(A1+A2+A3)

h TP= h16.817.278.797.624

h TP= h27.578.4010.008.657

h TP= h37.908.6110.448.984

h TP= h48.289.1410.999.470

h TP= h58.839.8411.8510.173

h TP= h69.6310.9213.2411.262

A que crees que se bebe la diferencia entre A1,A2 y A3?La diferencia entere A1, A2 y A3 es debido a la variacin del caudal por el tiempoPractica n 2: Demostracin del teorema de Bernoulli y sus limitaciones en posicin divergente convergente.

Objetivo:El objetivo de esta prctica es la demostracin de la ecuacin de Bernoulli. Tenemos la presin esttica y total en la diferentes secciones del tubo de Venturi (). La energa total es constante en todas las secciones: ,donde se obtiene de y la energa cintica de .La presin esttica es medida por la altura de la columna de agua, y la energa cintica en medida por la diferencia de altura entre el manmetro de Pitot y la lectura esttica (otros manmetros). Por otro lado, la velocidad del agua puede ser obtenida con la siguiente ecuacin: , donde Q es el caudal y S es la seccin del tubo. Estas secciones pueden obtenerse en la prctica anterior. (Usar las secciones obtenidas).

VII. TABLA DE DATOS PROCESADOS

CaudalSeccinVelocidad mediaAltura cinticaAltura Piezm.Altura Cin. + Piez.Pitot

m3/sm2m/sm.c.am.c.am.c.am.c.a

5.7328.92610.19810.0020.3190.3210.321

6.31220.90780.0420.2820.3240.324

4.63191.23710.0780.2460.3240.324

3.91821.46240.1090.2150.3240.324

3.49501.63950.1370.1870.3240.324

2.66292.15180.2360.0840.320.32

5.56681.02930.0540.0850.1390.139

Comentar la validez de la ecuacin de bernoulli para el sistema e objeto de ensayo para: Se debe a la aparicin de una capa lmite que `separa` el caudal en dos zonas, una la que va de la capa lmite a la pared recta donde el fluido se comporta como si se encontrara entre dos paredes rectas, y la segunda zona de la capa lmite a la pared curva donde cambia el sentido de la velocidad. La ecuacin de Bernoulli es simplemente la representacin de la primera ley de la termodinmica. "La energa no se crea ni se destruye, simplemente se transforma" Bernoulli tomo en consideracion tres tipos de energa por unidad de masa (ojo). de presin = P/d Cinetica = 1/2v^2 Potencial = g*h Si aumentas una, cualquiera de las otras tiene que disminuir forzosamente para cumplir con la 1ra ley. Supongamos que no subes ni bajas el fluido en una tubera (porque esta horizontal). Entonces el intercambio de energa se hace entre la energa de presin y la cintica solamente. Para poder variar la velocidad (de aqui, la energa cintica) del fluido, tienes que hacer un flujo convergente o divergente; esto es, disminuir o aumentar el area transverzal de flujo. Si tienes un fluido lquido (normalmente incompresible) la ecuacin de continuidad te dice que el flujo es constante en cualquier punto de la tubera y por eso la velocidad aumenta o disminuye. Si aumentas la velocidad, aumentas la energa cintica....a expensas de qu?......obviamente de la energa de presin; esto es, la presin baja. Al contrario, su bajas la energa cintica (aumentando el area transverzal), entonces la energa de presin sube; esto es la presin sube. Si sabes manejar los numeros y las unidades correspondientes, todo se puede calcular analticamente. La validez de la ecuacin de Bernoulli es la 1ra ley de la termodinmica. La validez de la ecuacin de continuidad es la ley de Lavoisier (conservacion de la materia).Flujo convergenteEl flujo convergente es el movimiento del agua subterrnea a un rea comn. Si el flujo es bastante grande a resorte ocurre y se convierte el comienzo de a cala o ro. La convergencia ocurre cuando el rodear topografa forma spero una forma de V que fuerza el agua subterrnea a un punto singular.

CONCLUSIONES

El tubo de Pitot es utilizado parar medir la presin total en cada seccin, conectado a un piezmetro. La aplicacin de la ecuacin de Bernoulli en flujos reales donde las prdidas son considerables no resulta practico y acertado. En el experimento del laboratorio las prdidas que se presentan se deben al flujo en las entradas de la tubera y al flujo interno en esta misma. La seccin se halla mediante la ecuacin de caudal sobre volumen Se puede lograr una gama de caudales a partir de la vlvula de compuerta y la vlvula instalada en el banco bsico para hidrodinmica. Todo sujeto en un tablero La finalidad de la realizacin de dicha prctica es la demostracin del principio de conservacin de energa en fluidos o principio de Bernoulli. Con el equipo fme 03 tambin se puede medir el caudal a travs de un Venturmetro. Los clculos sern realizados en concordancia con esta seccin interna del tubo convergente y divergente El manmetro multitubos sxtuplo posee 6 cilindros de cristal con una escala de Mm. para la medicin de la columna de agua Las relaciones de presin en el venturmetro siguen la ley de Bernoulli El caudal puede medirse con el Banco Bsico para Hidrodinmica Los empalmes se unen con un manmetro multitubos sxtuplo; ste posee una vlvula de aireacin.

RECOMENDACIONES

Realizar ms prueba para hallar los diferentes flujos como son el convergente y flujo divergente. Para mediciones de presin absoluta, es relativa a la presin presin atmosfrica Para ver la composicin de un venturmetro, la carcasa se ha construido de plexigls. Fijar un caudal utilizando la vlvula de cierre de la bomba en el banco Tener en conocimiento el teorema de bernoulli La seguridad es importante, al manipular la bomba se tiene que activar mediante una llave elctrica o con las manos secas y hay riesgo de electrocucin. Fijar un caudal y anotar el valor correcto en los ensayos Colocar en tubo de tiptot en la primera toma de presin minina y seccin Anotar con cuidado las medidas piezometricas de cada practica

1Laboratorio de Mecnica de Fluidos e Hidrulica