Informe Laboratorio de Mecánica de Fluidos 1

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULDAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN

INFORME LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS N° 2 Densidad

Nombre Fecha de ejecución Fecha de entrega Profesor Profesor ayudante

: Katherine Serón U. Alberto Sotomayor A. : 02/09/2014 : 09/09/2014 : Raúl Gallardo M. : Jéssica Sánchez H.

Laboratorio de Mecánica de Fluidos Instrumentación


INDICE Introducción Desarrollo Teórico 1. Manómetros 1.1 De Bourdon 1.2 De Mercurio 1.3 Inclinados 1.4 Piezómetros 1.5 Barómetros 1.6 Fuelle 2. Termómetro 2.1 De Mercurio 2.2 De Carátula 2.3 Termocuplas 3. Anemómetros 3.1 De Varilla 3.2 Turbina 4. Caudal 4.1 Rotámetro 4.2 Verterdero Triangular 4.3 Placa Porta Orificio 5. Densímetro 6. Viscosímetro 7. Balanas 8. Brújula 9. Cronómetro 10. Tacómetro Conclusión


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INTRODUCCIÓN Por definición, un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término abarca a los líquidos y los gases.

Ante la aplicación de una fuerza, la forma de un fluido cambia por la variación de posición de sus moléculas, justamente porque fluyen. Así entonces, la mecánica de fluidos se encarga de estudiar el movimiento de estos (líquidos y gases), así como las fuerzas que lo provocan. El presente informe tendrá por objetivo reconocer y desarrollar una descripción del funcionamiento de los instrumentos utilizados en el desarrollo del laboratorio, agrupándolos según su uso en la medición de fluidos, tales como presión, temperatura, velocidad, caudal, densidad, viscosidad, masa, peso, posición, tiempo y revoluciones.


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DESARROLLO TEÓRICO Descripción de Instrumentos y Equipos: 1.- Manómetros: Instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. En mecánica, la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse en atmósferas (atm), en el sistema internacional de unidades (SI) la presión se expresa en newtons por metro cuadrado (N/m2); un newton por metro cuadrado (N/m2) es un pascal (Pa). Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y Manómetro miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica. 1.1 De Bourdon: Instrumento mecánico de medición de presiones que emplea como elemento sensible 1 un tubo metálico curvado, de sección transversal aplanada. Un extremo del tubo está cerrado, y la presión que se va a medir se aplica por el otro extremo. A medida que la presión aumenta, el tubo tiende a adquirir una sección circular y enderezarse. El movimiento del extremo libre (cerrado) mide la presión interior y provoca el movimiento de la aguja. El principio fundamental de que el movimiento del tubo es proporcional a la presión. Manómetro de Bourdon El elemento sensible del manómetro puede optar numerosas formas, siendo las más comunes las de tubo en C, espiral y helicoidal. Los manómetros Burdon miden la diferencia entre la presión interior y la exterior del tubo. Como la presión exterior suele ser la atmosférica, el manómetro indica la diferencia existente entre la presión medida y la presión atmosférica, es decir, la presión manométrica.

1. Elemento sensible: componente mecánico elástico utilizado como elemento que genere la deformación proporcional a la presión.


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1.2 De Mercurio: Instrumento de tubo abierto que consta de un tubo de vidrio doblado en forma de U, con una de las ramas larga y abierta al exterior, y de otra más corta, se enancha formando un receptáculo y luego se dobla quedando también abierta al exterior. El tubo se apoya en una tabla en la que hay marcada una escala graduada en centímetros. El manómetro de mercurio se utiliza para medir la presión manométrica del gas contenido en un recipiente. Para ello se conecta al recipiente que contiene el gas que se halla a una presión absoluta P. Siempre que la presión P sea superior a la atmosférica, se producirá el ascenso de mercurio por la rama hasta alcanzar una posición de equilibrio. En ése momento podemos afirmar que la presión es la misma en las dos ramas del tubo manométrico. 1.3 Inclinados: Es la forma más sencilla de equipos para medir presiones, donde la altura, carga o diferencia de nivel, a la que se eleva un fluido en un tubo abierto conectado a un aparato que contiene un líquido, es una medida directa de la presión en el punto de unión. Los manómetros de columna inclinada usados para medir diferencias de presiones muy pequeñas, ya que estos tienen la ventaja sobre los manómetros de columna de líquido por la amplificación de la lectura. 1.4 Piezómetros: Se utiliza para medir la presión o el nivel de agua en perforaciones, terraplenes, cañerías y estanques a presión. La aplicación geotécnica más común es para determinar la presión de agua en terreno o el nivel de agua en perforaciones. Consta un tubo conectado por uno de los lados a un recipiente en el cual se encuentra un fluido, entonces el nivel se eleva hasta una altura equivalente a la presión del fluido en el punto de conexión u orificio piezométrico. 1.5 Barómetros: Instrumento que mide la presión atmosférica por medio de la variación de la columna de mercurio o el movimiento de la membrana metálica de un recipiente vacío. Por lo general se trata de una placa metálica conectada a un mecanismo que acciona una aguja que va marcando sobre una escala graduada y con indicación de distintas magnitudes. Se mide en mm de mercurio (mmHg) o en milibares (Mb). Laboratorio de Mecánica de Fluidos Instrumentación

Barómetro

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1.6 Fuelle: Los manómetros de fuelle tienen un elemento elástico en forma de fuelle, como un acordeón, al que se le aplica la presión a medir, esta presión estira el fuelle y el movimiento de su extremo libre se transforma en el movimiento de la aguja indicadora. El elemento sensible en este tipo de manómetro es, justamente, el elemento elástico, el que funciona como sensor de la presión. En su interior lleva un resorte que se opone al efecto de la presión, puede ser abiertos o cerrados, donde el movimiento obtenido por variaciones de presión se amplifica con un mecanismo de palancas y se transmite a una aguja indicadora. 2. Termómetros: Instrumento de medición de temperatura. La escala más usada es la centígrada (°C), escala con rango desde el cero (0 °C) y los cien (100 °C) grados, los que corresponden respectivamente a los puntos de congelación y de ebullición del agua, ambos a la presión de 1 atmósfera. Otras escalas termométricas son: Fahrenheit (°F) y Kelvin (TK) o temperatura absoluta, es la escala de temperatura del Sistema Internacional de Unidades. 2.1 De Mercurio: Consiste en un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se aprecia en una escala graduada.

Termómetro de mercurio

2.2 De Carátula: Instrumentos metálicos herméticamente sellados, los que son activados mediante una hélice enrollada con amortiguamiento de silicon. Tienen carátula color blanco y graduaciones en color negro. La precisión es de +/- 1% de la escala en el rango total de medición. Estos termómetros tienen diferentes rangos de medición para toma de temperaturas en concreto fresco, mezcla asfáltica o asfalto ligante. El termómetro incluye un vástago de 8 pulgadas de largo y carátula de 1.75 pulgadas de diámetro Termómetro de carátula


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2.3 Termocuplas: También llamados termopar, es un instrumento formado por la unión de dos metales distintos, que al aplicar temperatura en la unión de ellos se produce una diferencia de potencial muy pequeña. Las termocuplas son usadas como sensores de temperatura, siendo su principal limitación la exactitud, pues es fácil obtener errores del sistema cuando se trabaja con temperaturas inferiores a un grado Celsius (1°C). Esquema explicativo de termocupla 3. Anemómetros: Instrumento utilizado para medir la velocidad del viento (fuerza del viento). Los anemómetros miden la velocidad instantánea del viento, sin embargo las ráfagas de viento desvirtúan la medida, de manera que la medida más acertada es el valor medio de medidas que se tomen a intervalos de 10 minutos. Tiene varios usos en la industria, siendo algunas la seguridad de la obra, condiciones de trabajo, operación segura de grúas con respecto a la medición del esfuerzo del viento, mediciones y experimentos con el flujo de aire, evaluación de condiciones exteriores, entre otros.

3.1 De Varilla: Instrumento que contiene una cápsula barométrica, la que mantiene en su interior la presión de impacto gracias a una toma que la conecta con el tubo pitot, mientras que en la caja se mantiene la presión ambiental que proviene de las tomas estáticas a través de otra conexión. La diferencia de presión entre el interior y el exterior de la cápsula aneroide hace que esta se dilate o contraiga, movimiento que calibrado adecuadamente se transmite de forma mecánica a la aguja indicadora por medio de varillas y engranajes.

Esquema explicativo de anemómetro de variilas.


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3.2 De Turbina: Instrumento que consta de un pequeño molino de tres aspas con cazoletas sobre las cuales actúa la fuerza del viento; el número de vueltas puede ser leído directamente en un contador o registrado en un dispositivo de tipo electrónico. 4.1 Rotámetro: Instrumento utilizado para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del desplazamiento vertical de un elemento sensible, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece constante. El flujo del fluido actúa sobre un flotador en un tubo delgado, incrementando el área de paso del fluido. Ante un aumento del flujo, la altura del flotador es incrementada, siendo directamente proporcional al flujo.

Anemómetro de turbina

Rotámetro con manómetro

4.2 Vertedero Triangular : Instrumento para medir caudales muy pequeños, menos de 6 litros por segundo. La precisión se obtiene utilizando aliviaderos de pared delgada de sección triangular, pues la presión varía con la altura, dándose un gran gradiente de velocidad entre la parte inferior del triángulo y la superior. Distintos tipos de vertederos

4.3 Placa Porta Orificio: La placa de orificio es el elemento primario para la medición de flujo más sencillo. Consiste de una lámina plana circular con un orificio concéntrico, fabricado de acero inoxidable. El espesor del disco depende del tamaño de la tubería. En ocasiones a la placa de orificio se le perfora un orificio adicional en la parte baja de la placa para permitir el paso de condensados al medir gases, y en la parte alta de la placa para permitir el paso de gases cuando se miden líquidos. Placa Porta Orificio


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5. Densímetro: Instrumento que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical. El densímetro se introduce gradualmente en el líquido para que flote libremente y verticalmente, observándose en la escala el punto en el que la superficie del líquido toca el cilindro del densímetro.

Viscosímetro

6. Viscosímetro: Instrumento empleado para medir la viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de Densímetro un fluido. Los viscosímetros se usan principalmente en aplicaciones de laboratorio, o en el control de procesos que necesitan la regulación de tales procesos. El tiempo de flujo es directamente proporcional a la viscosidad cinemática de líquido, y se puede convertir directamente a la viscosidad mediante el uso de un factor de conversión único para cada instrumento.

7. Balanzas: Instrumento de laboratorio que se utiliza para medir la masa de un cuerpo o sustancia, y el peso de los mismos, dado que entre masa y peso existe una relación definida, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo. Se debe tener en cuenta que el peso es la fuerza que el campo gravitacional ejerce sobre la masa de un cuerpo, siendo tal fuerza el producto de la masa por la aceleración local de la gravedad. En el laboratorio se Balanza de pesa deslizante utiliza la balanza para efectuar actividades de control de calidad, para preparar mezclas de componentes en proporciones definidas y para determinar densidades o pesos específicos. 8. Brújula: Instrumento de posición, que por medio de una aguja imantada señala el Norte magnético. Utiliza como medio de funcionamiento el magnetismo terrestre. La aguja imantada indica la dirección del campo magnético terrestre, apuntando hacia los polos norte y sur. Brújula


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9. Cronómetro: Es un reloj con función para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas de tiempo. Suelen encontrarse de dos tipos, los analógicos y los digitales. Los primeros son aquellos que cuentan con manecillas para marcar la fracción temporal, los segundos son electrónicos y de mayor exactitud.

Cronómetro Analógico

10. Tacómetro: El tacómetro es un instrumento que mide las revoluciones (RPM) del rotor de un motor o una turbina, velocidad de superficies y extensiones lineares. Son utilizados para llevar un registro de las velocidades del elemento en estudio, que permite saber si está trabajando de forma adecuada. Actualmente se tiene dos tipos de tacómetros: el óptico y el de contacto. Tacómetro de contacto en funcionamiento


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CONCLUSIÓN En ingeniería, el conocimiento de funcionamiento de los diferentes equipos e instrumentos utilizados en laboratorio es de gran importancia para obtener datos concisos en la medición fluidos y el comportamiento de estos. El objetivo del informe era entregar una descripción precisa en cuanto al funcionamiento y reconocimiento de la instrumentación utilizada en el desarrollo del laboratorio. Así, los instrumentos de medición son el medio por el que el resultado obtenido es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia.


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