Informe 2 Final

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

1

NDICE

INTRODUCCIN ............................................................................. 2

OBJETIVOS .................................................................................... 3

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS ....................................................... 4

FUNDAMENTO TERICO .............................................................. 9

CALCULO DEL FLUJO VOLUMETRICO: ..................................... 12

Mtodo de Reynolds: .................................................................. 12

Mtodo del Vertedero: ................................................................ 14

Mtodo Placa - Orificio:............................................................... 16

Mtodo de la Tobera: .................................................................. 18

Mtodo del Tubo de Venturi: ....................................................... 20

CONCLUSIONES .......................................................................... 21

BIBLIOGRAFIA ............................................................................. 22



2

INTRODUCCIN

Cuando se habla de la ingeniera mecnica es imprescindible el

estudio de los fluidos y de sus propiedades, ya que estos aunque no sea

muy apreciable tienen efectos sobre la maquinaria y por ende en el

clculo de muchas variables, adems de limitar la eficiencia de dicha

mquina.

Es por esto que en el presente informe se hace un breve estudio

sobre algunos de los aspectos ms importantes a tomar en cuenta, de

manera experimental, adems de comparar los resultados obtenidos con

los calculados en base a lo terico.

Entre lo ms importante que debemos recalcar es que antes de ver

como las propiedades de los fluidos afectan el comportamiento de la

maquinaria debemos estudiar sus propiedades como un volumen de

control, es decir estudiar sus comportamiento de manera independiente

de factores externos.



3

OBJETIVOS

Comprobar las propiedades y ecuaciones proporcionadas acerca de la

mecnica de los fluidos.

Verificar que debido a factores externos los resultados pueden salir

diferentes a los esperados.

Determinar el flujo volumtrico de lquido por diferentes mtodos.

Poner en prctica los conocimientos adquiridos acerca de los

instrumentos de medicin tales como los distintos tipos de manmetros.

Observar que las condiciones ambientales y atmosfricas afectan las

experiencias y los clculos referentes a los mismos.



4

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

Cronmetro.

Calibrador Vernier.

Cuba de Reynolds.



5

Placa de 90 para vertedero.

Manmetro en U de mercurio

Placa orificio

Especificaciones: Dimetro del orificio: pulgada.



6

Tubo venturi

Banco de Tuberas



7

Tubo de Pitot.

Micromanmetro para medicin de flujo de aire. Especificaciones:

Marca: Meriam Instrument

Rango: 0 10 2

Aproximacin: 0.001 2



8

Compresor

Especificaciones:

Marca: U.S Electrical Motors

Rango: 450 4500

Ventilador y tnel de viento



9

FUNDAMENTO TERICO

Flujos internos:

Son los flujos que quedan completamente limitados por superficies

slidas. Para poder entender su comportamiento se deben conocer algunos

conceptos que se manejan en flujo interno como los que se presentan a

continuacin:

Tipos de presin

En flujo de fluidos, importante conocer la presin debido a que en base a ellos

se puede medir el flujo y controlarlo. Dado que la presin, segn su definicin,

es la fuerza normal ejercida sobre una superficie, para medir la presin ser

necesario insertar una sonda en el punto donde la presin desee conocerse,

sonda que consiste en exponer una seccin. Se pueden considerar tres

definiciones de presin segn el modo de medir la misma, es decir, como se

coloque la sonda medidora de la presin:

Presin esttica: Es la presin ejercida por el fluido sobre un plano

paralelo a la direccin de la corriente, debido a los choques de las

molculas como consecuencia de un movimiento aleatorio. La presin

esttica es la producida por el movimiento al azar de las molculas de

un fluido, pero no por el movimiento del fluido como un todo. Esta

presin puede ser medida con el manmetro.

Presin de velocidad o dinmica: Es la fuerza por unidad de rea

ejercida por el movimiento en conjunto de un fluido sobre un plano

perpendicular a la direccin del movimiento. Con ayuda de este se

pueden medir los caudales, para su medicin en nuestra experiencia fue

necesario el uso del tubo de Pitot.



10

P1=F1/A1

P2=F2/A2

1

2

y2 v1

y1

v2

Presin total o de Estancamiento: Es la presin ejercida por el fluido

sobre un plano perpendicular a la direccin de la corriente, debido a los

choques de las molculas por el movimiento aleatorio y el movimiento

del fluido. Es la suma de la presin esttica y velocidad.

Ecuacin de Bernoulli:

Esta ecuacin se aplica para fluidos incompresibles y relaciona varios

parmetros que se observan en el fluido en movimiento, por ejemplo la

velocidad del flujo o la presin adems de las alturas de las alturas del nivel del

lquido.

1

+1

2

2 + 1 =

2

+2

2

2 + 2

Esta ecuacin es ideal, dado que no se est considerando las prdidas.

Dado que trabajamos con un fluido incompresible se pude aplicar el principio

de continuidad:

A1.v1 = A2.v2



11

Vertederos:

se utilizan como instrumentos de medicin de caudales ms antiguos,

simples y confiables para medir el flujo del agua en un canal si se dispone de

suficiente cada y la cantidad de agua a medir no es muy grande. Los

vertederos son instrumentos efectivos de

medicin porque si tienen un tamao y forma determinados en condiciones de

flujo libre y rgimen permanente, existe una relacin definida entre la forma

de la abertura determina el nombre del vertedero.

fig. 1



12

Calculo del Flujo volumtrico:

Existen varias formas o mtodos empricos para calcular el caudal, de los

cuales haremos uso de los ms conocidos como:

1. Mtodo de Reynolds (Con el equipo de Reynolds)

2. Mtodo del Vertedero

3. Mtodo Placa Orificio

4. Tobera

5. Tubo de Venturi

Mtodo de Reynolds:

Equipos:

Un tanque de agua, cuyo caudal puede ser regulado por medio de

llaves y en el cual se puede observar la altura del lquido. Este tanque

tiene la parte superior descubierta adems de un orificio inferior cuyo

dimetro es muy pequeo en comparacin con el dimetro del tanque

cilndrico, que se encuentra en algn lugar de su superficie lateral en

cerca de su base.

Dos barras graduadas: Estas por tener unidades de medicin se

utilizan para calcular la posicin de un punto de la trayectoria parablica

dado que se ve afectado por la gravedad.

Pie de rey: Tambin conocido como Vernier, se utilizara para tomar las

dimensiones necesarias de longitudes pequeas como el dimetro del

orificio por el cual saldr el chorro de agua.



13

Procedimiento:

Para empezar con este mtodo ser necesario regular el flujo

volumtrico que entrara y saldr del tanque cilndrico, luego se elegir

una altura adecuada, respecto a la cual se medir tericamente el flujo

de agua que sale por el orificio con una velocidad a calcular.

Luego se elegir un punto de la trayectoria el cual se utilizar para

calcular los parmetros necesarios para calcular el nmero de Reynolds

y poder determinar que tipo de flujo es, adems del mismo flujo con

cierta aproximacin.

Este procedimiento se realizar con 2 puntos diferentes de 2 diferentes

de caudales, con lo cual hallaremos 2 valores del nmero de Reynolds.

X[pulg] y[pulg] z[cm] Diametro[mm] Reynolds

40.4 10.1 51.2 6.3 19967.56

47.5 10.1 77.4 6.6 25719.58

Se observa que para esos valores del numero del Reynolds es muy grande por

lo cual es flujo es turbulento ya que es mayor a 3000.



14

Mtodo del Vertedero:

En el laboratorio se cuenta con un vertedero triangular de 90 como el

observado en la tabla de la fig. 1, la frmula real es:

= 8

15 2

52 tan (

2)

Q: caudal

h: altura del nivel del agua respecto del vrtice inferior del tringulo

: ngulo del vertedero triangular ( =90)

C=0.58 (para caudales a la velocidad recomendada del agua de 6 m/s)

Sin embargo los valores del ngulo y de la gravedad ya son conocidos por lo

que en la tabla de la fig. 1 se puede ver su valor calculado.

Para esta experiencia se tendr un canal por el cual se har circular un flujo en

cual pasar por el vertedero triangular, que tendr cierta temperatura adems

de cierto nivel aproximadamente fijo en su superficie una vez que se estabilice

dicho caudal, tomando los clculos de los parmetros mencionados

calcularemos el flujo terico y el real, para de esta manera determinar el

coeficiente de descarga que es la relacin entre estos valores.

Vertedero:

Temperatura del agua: Tagua =28 C

h (pulgadas) V (lbs) t (segundos)

1.225 60 127

1.825 60 43.18

Para el caso de vertedero triangular aplicamos la siguiente frmula, donde:



15

Q: caudal

h: altura del nivel del agua respecto del vrtice inferior del tringulo

: ngulo del vertedero triangular ( =90)

C=0.58 (para caudales a la velocidad recomendada del agua de 6 m/s)

Para el caso 1:

= 0.58 8

15 2

52 tan (

2)

= 0.58 8

15 2 9.81 (1.225 0.0254)

52 tan (

90

2)

= 0.000234 3/

Calculamos el real:

=

=

60 0.4536 103

127= 0.0002143 3/

Hallamos el coeficiente de descarga:

=

=

0.0002143

0.000234= 0.9158

Para el caso 2:

= 0.58 8

15 2 9.81 (1.825 0.0254)

52 tan (

90

2)

= 0.000633896 3/

Calculamos el real:

=

=

60 0.4536 103

43.18= 0.00063029 3/

Hallamos el coeficiente de descarga:

=

=

0.000633896

0.00063029= 1.0057

Comentario: Como vemos el coeficiente de descarga vara entre un caudal y el

otro; sin embargo, vemos que este no vara mucho lo cual nos indica que es un

mtodo muy preciso para el clculo del flujo volumtrico.



16

Mtodo Placa - Orificio:

El objetivo de este mtodo es determinar principalmente la presin

diferencial que hay en el fluido antes de pasar por el fluido y por medio de la

evidente cada de presin y de caudal se podr calcular el caudal que fluye por

la tubera. Existen tipos de placas, cuya nica diferencia es la que se refiere a

la ubicacin del orificio ya que este puede ser cntrico, excntrico o

segmentado; como se puede apreciar en la fig. 2.

Fig.2

Con las placas de orificio se producen las mayores prdidas de presin en

comparacin a los otros elementos primarios para medicin de flujo ms

comunes.



17

Segn eso aca presentamos estos datos que sacamos de nuestra experiencia

de laboratorio.

h[cm] V[litros] t[seg] Qreal [m3/seg]*10-4 Qteorico [m3/seg]*10-4

3.5 6 27.43 2.1874 2.5316

4 6 26.11 2.2979 2.7064

2.25 6 33.62 1.6574 2.0298

1 6 51.71 1.1603 1.3532

Observamos que el caudal terico y el caudal real varan linealmente que es lo

que se esperaba.

y = 1.1531x + 0.05

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Caudal real vs Caudal teorico



18

Mtodo de la Tobera:

ASCENDENTE:

Pvel (atm) x(mm)

0.123 14.6

0.158 34.6

0.183 54.6

0.192 74.6

0.198 94.6

0.21 114.6

0.217 134.6

0.222 154.6

0.215 174.6

0.21 194.6

0.2 214.6

0.183 234.6

0.168 254.6

0.146 274.6

0.116 294.6

PERFIL DE VELOCIDADES (ASCENDENTE)



19

DESCENDENTE:

x(mm) Pvel(Pa)

0.157 14.6

0.197 34.6

0.225 54.6

0.252 74.6

0.268 94.6

0.266 114.6

0.272 134.6

0.273 154.6

0.272 174.6

0.267 194.6

0.252 214.6

0.232 234.6

0.21 254.6

0.183 274.6

0.149 294.6

PERFIL DE VELOCIDADES (DESCENDENTE)

Comentario: Como se esperaba al tratarse con un fluido real que posee

viscosidad, se obtuvieron las grficas de perfil de velocidades

aproximadamente iguales a las encontradas en teora, salvo por unos cuantos

puntos que se ven un poco distorsionados.



20

Mtodo del Tubo de Venturi:

Se toman las dimensiones del tanque, dimetro de la caera, relacin de dimetros en tubo de Venturi. Encender la bomba de agua y vaciar el tanque-depsito. Se distribuye el grupo para medir la presin en el manmetro Bourdon, luego se regula el flujo de agua y se toma el tiempo de llenado del tanque.

Aca los datos que se tom en la experiencia.

h[cm] V[litros] t[seg] Qreal [l/seg]

3 6 48.19 0.1245

8.4 6 29.31 0.2047

6.8 6 33.39 0.1797

4.4 6 42.46 0.1413

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60

Caudal vs tiempo



21

CONCLUSIONES

Como se ve plasmado en los resultados numricos, el flujo calculado en

teora es diferente, pero muy aproximado al obtenido de manera

emprica.

Para el caso del mtodo del clculo por el vertedero triangular se

observa que el coeficiente de descarga obtenido es aproximadamente

uno, lo cual nos indica que es uno de los ms precisos al momento de

calcular el caudal.

Para el caso del mtodo de placa orificio pudimos comprobar que

nuestros valores de caudal real son similares a los reales.

En mtodo de Reynolds pudimos observar los valores de los nmeros

de Reynolds eran altos por la cual es un fluido turbulento.



22

Bibliografa

FOX - McDONALD Introduccin a la mecnica de fluidos" Ed. McGraw Hill (1989)

SHAMES , I. La mecnica de los fluidos" Ed. McGraw Hill ( 1995)

STREETER , V. Mecnica de los fluidos" Ed. McGraw Hill ( 1989 ) 532 STR mec

WEBBER , N.B. Mecnica de fluidos para ingenieros" Ediciones Urmo ( 1969 )

BRUN , E. ; MARTINOT-LAGARDE , A. ; MATHIEU , J. Mecnica de los fluidos I y II " Ed. Labor ( 1980 )

DAILY , W. ; HARLEMAN , D. Dinmica de los fluidos con aplicacin en ingeniera" Ed. Trillas ( 1975 )

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