UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “TOMAS FRÍAS” FAC. DE CIENCIAS PURAS – CARRERA CARRERA DE FÍSICA
EFECTO SIFÓN 1. OBJETIVO. Aplicar la ecuación de Bernoulli trasladando un fluido fluido de un recipiente a otro mediante un sifón.
2. PRINCIPIO. La fuerza motriz producida por la diferencia de presión hidrostática, es capaz de trasvasar un líquido sin utilizar ninguna bomba.
3. FUNDAMENTO TEÓRICO. Un sifón es un tubo que se usa para pasar líquidos de un lado a otro. Lo que uno puede calcular aplicando el teorema de Bernoulli es la velocidad con que va a salir el agua. AI igual que pasa en el teorema de Torricelli, aquí también la velocidad de salida es: (1) Aquí es la distancia que va desde la parte de abajo del tubo hasta hasta la superficie del agua.
Figura 1. Diagrama del Sifón Para un flujo sin fricción en el que solamente interviene la energía mecánica, es decir, no hay transferencia de calor ni cambio en la energía interna. Al disminuir la sección transversal del tubo de corriente sin límites, Bernoulli establece que a lo largo de una línea de corriente la energía mecánica por unidad de masa se conserva. A lo largo de cualquier línea de corriente. Escribimos la ecuación de Bernoulli para un flujo estacionario incompresible incompresible y sin fricción a lo largo de una línea de corriente. (2)
Donde: es la presión; es la densidad del fluido; es la velocidad del fluido; gravitacional; gravitacional; z es la altura tomando cierto nivel de referencia.
es la aceleración
La ecuación de Bernoulli es una relación entre fuerzas obtenida a partir de la conservación de cantidad de movimiento. Las consideraciones que debemos tener en cuenta son: 1. Flujo estacionario: una suposición muy común, aplicable a muchos flujos. 2. Flujo incompresible: aceptable si el número de Mach del flujo es inferior a 0,3. 3. Flujo sin fricción: muy restrictivo, las paredes salidas introducen efectos de f ricción. 4. Flujo a lo largo de una línea de corriente: líneas de corriente distintas pueden tener diferentes "constantes de Bernoulli" , dependiendo de las condiciones del flujo. Física General – FIS107
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En la obtención de la ecuación de Bernoulli no se consideran tampoco transferencia de calor o trabajo. La razón básica de estas restricciones es que en fluidos reales los intercambios de calor y trabajo están ligados a efectos de fricción, lo que invalida la hipótesis de flujo sin fricción. La constante puede tener un valor diferente para cada línea de corriente. Sin embargo, en muchos problemas puede deducirse que en algunas partes del flujo las líneas de corriente tienen la misma energía mecánica por unidad de masa, de manera que la energía mecánica por unidad de masa es constante en cualquier parte del flujo.
Figura 2. Tubo de corriente en un flujo permanente, incompresible y no viscoso. Se llama caudal de una corriente de agua al cociente entre el volumen de líquido que pasa por una sección , y el tiempo que emplea en pasar. Si la velocidad con que se mueve el líquido es , en segundos recorrerá una distancia = . Si suponemos que la corriente de agua tiene forma cilíndrica, el volumen de agua que ha pasado en segundos ocupa el volumen de un cilindro que tiene de base y de altura. Luego: (3)
4. MONTAJE Y REALIZACIÓN. Equipo: • • • • • •
Un vernier. Una regla. Un vaso de precipitación de 500 ml. Un cronómetro. Mangueras de diferentes diámetros internos. Una pipeta
a) Para encontrar el caudal de salida experimental ( agua en el sifón determinando la altura.
), primero calculamos la velocidad de salida de
Para encontrar el caudal de salida teórico ( ), utilizamos el vernier para determinar el diámetro interno de la manguera, calculamos el área de salida y multiplicamos por la velocidad de salida encontrada. Posteriormente determinamos el porcentaje error que existe en la toma de datos. b) Se debe realizar un acople a la primera manguera y determinar la máxima altura de salida de caudal de fluido la cual no puede estar a un nivel igual o superior a la superficie del tanque (Ya que no se produce el efecto sifón)
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Figura 3. Diagrama de alturas Semestre I - 2015
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5. TAREAS. 5.1. Calcular los caudales teórico y experimental. 5.2. Hacer variar alturas con un solo diámetro. 5.3. Para calcular la velocidad de salida solo se determina la altura. 5.4. Utilizar diferentes mangueras de distintos diámetros para encontrar la velocidad de salida.
6. OBTENCIÓN Y EVALUACIÓN DE DATOS. Tabla Nº 1: a) Cálculo de porcentaje de error en la toma de datos de caudal.
Tabla Nº 2: b) Determinación de la altura máxima de salida de caudal.
7. PROCESAMIENTO DE DATOS. 8. CUESTIONARIO. 8.1. ¿Qué dimensión tiene cada término de la ecuación de Bernoulli para un flujo estacionario incompresible y sin fricción a lo largo de una línea de corriente? R. 8.2. Explicar por qué 3 no debe ser demasiado grande. R. 8.3. Explique en qué prácticas de campo se puede utilizar el efecto sifón en el área de agronomía. Cómo se puede mejorar la práctica. R. 8.4. ¿AI utilizar la ecuación de Bernoulli para un flujo estacionario incompresible y sin fricción a lo largo de una línea de corriente para obtener el caudal, influirá en el resultado de la densidad del fluido? R. 9. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES. Física General – FIS107
