“Año de la consolidación económica y social del Perú”
INFORME TECNICO N°002-2010-UPLA A
: ING. HUATUCO GONZALES, Mario DOCENTE DE LA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL-UPLA
DE
: AQUINO CLAUDIO, Marco Antonio BARZOLA MEZA, Blas SUSANIVAR SAMANIEGO, Melva RETAMOZO CLAROS FRANC.
ASUNTO : PRACTICA DE LABORATORIO FECHA
: Huancayo, 11 de Octubre del 2010.
Es grato dirigirme
a Usted con el objeto de informar, respecto a las
prácticas del Laboratorio de Mecánica de Fluidos, el cual fue realizado el día 28 de setiembre del presente, tratando el tema de: DETERMINACION DE LA SECCION “
EXACTA EN EL TUBO DE VENTURI Y DEMOSTRACION DEL TEOREMA DE BERNOULLI
Y
SUS
LIMITACONES
EN
POSICION
DIVERGENTE
-
CONVERGENTE . ”
Paso a describir lo siguiente:
OBJETIVOS DEL ENSAYO:
El objetivo de este experimento es obtener por medio de los tubos de Pitot y las medidas piezométricas el valor exacto de las diferentes secciones con la determinación de la sección exacta en el tubo de Venturi en el que se mide la presión y demostración de la ecuación de Bernoulli en convergente o divergente.
Obtener datos experimentales a partir de una de las aplicaciones de la ecuación de Bernoulli
INTRODUCCION: En el ensayo presente se demostrara la ecuación de bernoulli ,por lo que se entrara a analizar la velocidad para cada caso de caudal y se comparará la altura total obtenida en el manómetro # 8 del arreglo con la altura dinámica y estática obtenida La ecuación de bernoulli es uno de los pilares fundamentales de la hidrodinámica y son innumerables los problemas prácticos en los cuales se puede aplicar esta ecuación y obtener un resultado bastante aproximado. Con esta se puede determinar la altura a la que se debe instalar una bomba y la altura efectiva o útil necesaria. La ecuación de bernoulli permite estudiar el problema de cavitación en las bombas y turbinas; y además calcular el tubo de aspiración de una turbina. La medición de la altura dinámica y estática, representa uno de los factores críticos a tener en cuenta en el diseño de las turbo maquinas descritas anteriormente por tanto estudiar las alturas utilizando un arreglo de tubo venturi resulta muy práctico para la recolección y comparación de datos.
MARCO TEORICO: TEOREMA DE BERNOULLI: Considerando el caudal en dos secciones diferentes de una tubería y aplicando la ley de conservación de la energía, la ecuación de Bernoulli se puede escribir como:
Y en este equipo, Z1 = Z2; Y P = .h Con esto se requiere demostrar en estas prácticas que, para una tubería dada con dos secciones, 1 y 2, la energía entre las secciones es constante y por lo tanto, el teorema de Bernoulli queda como sigue:
Donde: = Altura cinética
= h = Atura piezométrica: es la altura de una columna de agua asociada con la presión del campo gravitacional.
En estas bases teóricas, se considera que el fluido es ideal, pero las partículas rozan unas con otras. En este proceso la velocidad de las partículas disminuye y la energía del sistema se transforma en calor. Se considera que ∆H es la pérdida de presión entre las dos secciones, por lo
que:
∆P= p.g.Q. ∆H
Donde:
Donde ∆P es la perdida de potencial.
Con esto, se considera la ecuación de Bernoulli como:
Tubos de pitot La operativa con un tubo de pitot es: En primer lugar, se considera un obstáculo fijo en el fluido en movimiento. La línea ∆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 está midiendo la presión total. Se
puede
también
conocer
la
velocidad
en
la
tubería,
esto
es:
= V( velocidad de las partículas), = 0
√
Como llenar los tubos manométricos: En esta sección, se explica el procedimiento a seguir para un correcto llenado de los tubos manométricos. 1. Cerrar la válvula do control del Banco o Grupo Hidráulico (VC) y cerrar también la válvula de control de flujo del equipo (VCC).
2. Poner en marcha la bomba de agua y abrir completamente la válvula VCC. Abrir despacio la válvula CV hasta que alcance un flujo máximo. Cuando todos los tubos manométricos están completamente llenos de agua y no hay ninguna burbuja de aire, ciérrese VC y VCC. Es muy importante seguir este orden ya que, de lo contrario, los tubos manométricos se llenara de agua. 3. Es muy importante que el equipo sea un compartimiento estanco. 4. Retírese la válvula anti-retorno o abrase la válvula de purga. 5. Abrase despacio la válvula 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 válvula VCC y coloque la válvula anti-retorno VCC o cierre la válvula de purga. 7. En este momento, todos los tubos tienen el mismo nivel de agua.
PRACTICAS DE LABORATORIO Practica n° 1 determinación de la sección exacta en el tubo de Venturi Objetivo: Como se ha verificado en la sección anterior, la determinación de la sección exacta en el tubo de Venturi en el que se mide la presión, permite obtener la presión hidrostática exacta del sistema y verificar la ecuación de Bernoulli. Sin embargo, el conocimiento de estas secciones no es un trabajo fácil, no obstante, los cálculos deben ser realizados en concordancia con esta sección interna del tubo convergente – divergente. El propósito de este experimento es obtener por medio de los tubos de Pitot y las medidas piezometricas el valor exacto de las diferentes secciones.
MATERIALES NECESARIOS.
Equipo FME 03.
Cronometro (no suministrado)
Banco hidráulico FME 00
PROCEDIMIENTO: 1. Conectar el equipo al banco Hidráulico o Grupo Hidráulico en sentido convergente o divergente. El sentido no es muy importante en esta práctica. 2. Llenar todos los tubos manométricos 3. Abrir la válvula de caudal del banco hidráulico y la válvula de regulación del equipo. 4. Fijar un caudal y anotar su valor. 5. Colocar el tubo de Pitot en la primera toma de presión de mínima sección. Esperar a que la altura ene le tubo manométrico 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 manométricos; presión estática
y
presión total (tubo de pitot) 7. La diferencia corresponde a la presión cinética da por “
8. Determinar la sección con la siguiente ecuación:
⁄ ”.
⁄, donde Q es
el caudal de agua y V es la velocidad obtenida en dicha ecuación.
9. Repetir todos los pasos descritos anteriormente para cada toma de presión. 10. Repetir los pasos para diferentes caudales de agua 11. Para cada caudal dfe agua la sección debe ser mas o menos la misma. Calcular la media de las secciones obtenidas con diferentes caudales de agua.
TABLA DE DATOS PROCESADOS:
h TP= h1
55.68
80.34
90.67
h TP= h2
50.11
70.59
79.73
h TP= h3
48.01
67.61
76.59
h TP= h4
45.82
64.27
72.11
h TP= h5
42.95
59.59
67.03
h TP= h6
39.37
53.34
60.41
A1=(Q1/V1)
A2=(Q2/V2)
A3=(Q3/V3)
=(1/3)*(A1+A2+A3)
h TP= h1
6.81
7.27
8.79
7.624
h TP= h2
7.57
8.40
10.00
8.657
h TP= h3
7.90
8.61
10.44
8.984
h TP= h4
8.28
9.14
10.99
9.470
h TP= h5
8.83
9.84
11.85
10.173
h TP= h6
9.63
10.92
13.24
11.262
¿A que crees que se bebe la diferencia entre A1,A2 y A3? La diferencia entere A1, A2 y A3 es debido a la variación del caudal por el tiempo
Practica n° 2: Demostración del teorema de Bernoulli y sus limitaciones en posición divergente – convergente. Objetivo: El objetivo de esta práctica es la demostración de la ecuación de Bernoulli. Tenemos la presión estática
y total en la diferentes secciones del tubo de
Venturi ( ). La energía total es constante en todas las secciones:
,donde se obtiene de ⁄ y la energía cinética
de .
La presión estática es medida por la altura de la columna de agua, y la energía cinética en medida por la diferencia de altura entre el manómetro de Pitot y la lectura estática (otros manómetros). Por otro lado, la velocidad del agua puede ser obtenida con la siguiente ecuación:
⁄ , donde Q es el caudal y S es la
sección del tubo. Estas secciones pueden obtenerse en la práctica anterior. (Usar las secciones obtenidas).
MATERIALES NECESARIOS:
Equipo FME 03.
Cronometro (no sumistrado)
Banco hidráulico FME 00
PROCEDIMIENTO: 1. Colocar el equipo en posición divergente –convergente de acuerdo con la dirección del caudal del agua. 2. Conectar el agua la manguera de entrada del equipo al conector rápido del Banco Hidráulico. 3. La otra manguera se coloca en el desagüe del Banco o Grupo Hidráulico. 4. Llenar los tubos manométricos. 5. Mover el tubo de Pitot hacia la siguiente toma de presión y anotar la lectura obtenida mediante los dos tubos manométricos (estatico, y de Pitot). 6. Mover el tubo de Pitot hacia la siguiente toma de presión y anotar la lectura. 7. Repetir los pasos previos para cada toma de presión.
TABLA DE DATOS PROCESADOS:
Caudal m3/s
5.73
Sección
Velocidad media
Altura cinética
Altura Piezm.
Altura Cin. + Piez.
Pitot
m2
m/s
m.c.a
m.c.a
m.c.a
m.c.a
28.9261
0.1981
0.002
0.319
0.321
0.321
6.3122
0.9078
0.042
0.282
0.324
0.324
4.6319
1.2371
0.078
0.246
0.324
0.324
3.9182
1.4624
0.109
0.215
0.324
0.324
3.4950
1.6395
0.137
0.187
0.324
0.324
2.6629
2.1518
0.236
0.084
0.32
0.32
5.5668
1.0293
0.054
0.085
0.139
0.139
SECCION DIVERGENTE 0.4 0.3
. m a r 0.2 u t l A
0.1 0 1 0.321
2 0.324
3 0.324
4 0.324
5 0.324
6 0.32
7 0.139
PIEZOMETRO 0.319
0.282
0.246
0.215
0.187
0.084
0.085
PITOT
Comentar la validez de la ecuación de bernoulli para el sistema e objeto de ensayo para: Se debe a la aparición de una capa límite que `separa` el caudal en dos zonas, una la que va de la capa límite a la pared recta donde el fluido se comporta como si se
encontrara entre dos paredes rectas, y la segunda zona de la capa límite a la pared curva donde cambia el sentido de la velocidad.
Flujo convergente El flujo convergente es el movimiento del agua subterránea a un área común. Si el flujo es bastante grande a resorte ocurre y se convierte el comienzo de a cala o río. La convergencia ocurre cuando el rodear topografía forma áspero una forma de “V” que fuerza el agua subterránea a un punto singular.
CONCLUSIONES:
1. ALUMNO: YERSON MUÑOZ CHURAMPI
El equipo FME 03 consta esencialmente de un tubo de Venturi de pared transparente donde se pueden medir las secciones transversales del tubo para ocho puntos de medida, que sirve para la determinación de sus áreas.
También se pueden se pueden medir las presiones estáticas y dinamica en cada sección del tubo a diferentes caudales.
El tubo de Pitot es utilizado parar medir la presión total en cada sección, conectado a un piezómetro.
Se puede lograr una gama de caudales a partir de la válvula de compuerta y la válvula instalada en el banco básico para hidrodinámica. Todo sujeto en un tablero
La finalidad de la realización de dicha práctica es la demostración del principio de conservación de energía en fluidos o principio de Bernoulli.
Con el equipo FME 03 también se puede medir el caudal a través de un Venturímetro.
RECOMENDACIONES
Realizar más prueba para hallar los diferentes flujos como son el convergente y flujo divergente.
Para mediciones de presión absoluta, es relativa a la presión presión atmosférica
Para ver la composición de un venturímetro, la carcasa se ha construido de plexiglás .
Las relaciones de presión en el venturímetro siguenla ley de Bernoulli.
La medición de la presión diferencial tiene lugar con válvula cerrada de aireación, la medición de la presión absoluta con válvula abierta de aireación.
2. ALUMNA: SUSANIVAR SAMANIEGO, MELVA CONCLUSIONES:
Determinar la sección exacta en el tubo de venturi en el que se mide la presión para obtener la presión hidrostática exacta y verificar la ecuación de bernulli
Los cálculos serán realizados en concordancia con esta sección interna del tubo convergente y divergente
La presión hidrostática se mide por la columna de agua de energía cinetica
El manómetro multitubos séxtuple posee 6 cilindros de cristal con una escala de mm para la medición de la columna de agua
Las relaciones de presión en el venturímetro siguen la ley de Bernoulli
RECOMENDACIONES
Tener en conocimiento el teorema de bernoulli
Es muy importante que el equipo sea un comportamiento estanco
La seguridad es importante, al manipular la bomba se tiene que activar mediante una llave eléctrica o con las manos secas y hay riesgo de electrocución.
Se recomienda tener la bomba hidráulica fuera del banco hidráulico o apagarlo para efectos de vibración.
Tener conocimientos previos sobre los flujos convergente y divergente
3. BARZOLA MEZA, BLAS CONCLUSIONES:
La altura de tubo de pitot siempre debe de ser mayor que los demás tubos piesometricos
Las pérdidas de presión de los medidores pueden leerse mediante empalmes de presión con acoplamientos rápidos.
Los empalmes se unen con un manómetro multitubos séxtuple; éste posee una válvula de aireación.
El caudal puede medirse con el Banco Básico para Hidrodinámica
Todos los componentes del banco experimental están ordenados esquemáticamente en una placa de base con un bastidor
RECOMENDACIONES
Inspeccionar las relaciones entre flujo y presión en la medición del caudal de paso
Determinar las cifras de flujo
Calibrar flujómetros
Fijar un caudal y anotar el valor correcto en los ensayos
Colocar en tubo de tiptot en la primera toma de presión minina y sección
4. RETAMOZO CLAROS FRANC. CONCLUSIONES:
La ecuación de Bernoulli representa una de las aplicaciones particulares de la ecuación de la energía que nos permite resolver problema relacionados con la práctica
La aplicación de la ecuación de Bernoulli en flujos reales donde las pérdidas son considerables no resulta practico y acertado. En el experimento del laboratorio las pérdidas que se presentan se deben al flujo en las entradas de la tubería y al flujo interno en esta misma.
En general podemos decir que para obtener resultados más acertados se debe aplicar la ecuación de la energía la cual incluye las pérdidas totales del sistema.
Como primera medida vemos que para valores de ho de las primeras mediciones, la diferencia entre este valor y h8 (x) no varia considerablemente
La sección se halla mediante la ecuación de caudal sobre volumen
RECOMENDACIONES
Fijar un caudal utilizando la válvula de cierre de la bomba en el banco.
Luego se procede a fijar el pitón (Hypodermic probe) a la entrada de cada uno de los orificios que tiene el tubo venturi
Luego proceder a recolectar los datos de altura, volumen y tiempo.
Anotar con cuidado las medidas piezometricas de cada practica
