República Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Defensa. Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional. Núcleo Anzoátegui – Anzoátegui – Sede Sede San Tome.
Práctica # 2: Dinámica de fluidos.
Profesor:
Integrantes:
José Martínez. Asignatura:
Anverly Zamora. Erimar Lino. Sandra García.
Física II
Ing. Petróleo – Petróleo – 3er 3er semestre.
San Tome, Marzo 2018.
C.I 27.700.631 C.I 27.765.123 P-I345405
INDICE. CONTENIDO.
PAGINAS
1. Introducción.....................................................................................................................3 pág. 2. Objetivo general..............................................................................................................4 pág. 3. Objetivos específicos.......................................................................................................4 pág. 4. Materiales y equipos........................................................................................................4 pág. 5. Datos teóricos..................................................................................................................4 pág. 6. Procedimiento experimental............................................................................................6 pág. 7. Resultados experimentales..............................................................................................6 pág. 8. Discusión de resultados...................................................................................................8 pág. 9. Conclusión.......................................................................................................................9 pág. 10. Bibliografía....................................................................................................................10 pág.
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INTRODUCCIÓN. Los fluidos describen distintos comportamientos, sea que se encuentre en reposo o en movimiento. En el caso de los fluidos que se encuentran en reposo o movimientos a velocidad constante se analizan ciertas propiedades relacionadas con la presión que ejercen estos como, presión manométrica, presión atmosférica, entre otros. Cuándo la velocidad de un fluido en cualquier punto dado permanece constante en el transcurso del tiempo, se dice que el movimiento del fluido es uniforme. Esto es, en un punto dado cualquiera, en un flujo de régimen estable la velocidad de cada partícula de fluido que pasa es siempre la misma. En cualquier otro punto puede pasar una partícula con una velocidad diferente, pero toda partícula que pase por este segundo punto se comporta allí de la misma manera que se comportaba la primera partícula cuando pasó por este punto. Estas condiciones se pueden conseguir cuando la velocidad del flujo es reducida. El estudio de la dinámica de los fluidos fue bautizado hidrodinámica por el físico suizo Daniel Bernoulli, quien en 1738 encontró la relación fundamental entre la presión, la altura y la velocidad de un fluido ideal. El principio de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito. Otro principio que abarca en el tema de la dinámica de los fluidos es el principio de Torricelli, que es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio. "La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio. En el presente informe se detallara algunas de las características teóricas más importantes de la dinámica de fluidos. De este modo también, se dará a conocer los resultados obtenidos mediante el experimento ejecutado en el laboratorio, así como sus cálculos para el estudio de los mismos.
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OBJETIVO GENERAL. Analizar la mecánica de los fluidos en movimiento.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Utilizar la Ecuación de Bernoulli para el cálculo de la velocidad de un fluido en movimiento. Determinar la velocidad de un fluido por medio de la Ecuación de Bernoulli y compararlo con los valores obtenidos mediante la aplicación de las Ecuaciones de Cinemática.
MATERIALES Y EQUIPOS. 1. Envase de plástico con tapa. Para la realización del experimento, se perforo el envase a una altura de 7cm al nivel del agua. 2. Agua. 3. Cronómetro. Los cronómetros miden el intervalo de tiempo entre dos puntos dados en unidad de segundos. 4. Cinta métrica. Instrumento de medida que consiste en una cinta flexible graduada, para la medición exacta de centímetros.
DATOS TEORICOS. Fluido. Se llaman fluidos al conjunto de sustancias donde existe entre sus moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma, lo que ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Presión. Es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. Ley de Pascal. Es una ley enunciada por el físico-matemático francés Blaise Pascal, que se resume en la frase: ‘’La presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y e n todos los puntos del fluido’’. Tipos de presión.
Presión atmosférica: esta es la fuerza que el aire ejerce sobre la atmósfera, en cualquiera de sus puntos. Esta fuerza no sólo existe en el planeta Tierra, sino que en otros planetas y satélites también se presenta. Página | 4
Presión manométrica: esta presión es la que ejerce un medio distinto al de la presión atmosférica. Representa la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es superior a la atmosférica. Presión absoluta: esta equivale a la sumatoria de la presión manométrica y la atmosférica. La presión absoluta es, por lo tanto superior a la atmosférica, en caso de que sea menor, se habla de depresión. Presión relativa: esta se mide en relación a la presión atmosférica, su valor cero corresponde al valor de la presión absoluta. Esta mide entonces la diferencia existente entre la presión absoluta y la atmosférica en un determinado lugar.
Tipos de dispositivos para medir presión.
Manómetro diferencial. También se le conoce con el nombre de manómetro de dos ramas abiertas. Este es un aparato que sirve para medir la diferencia de presión entre dos lugares. Manómetro truncado. Es un tipo de manómetro que se utiliza para medir pequeñas presiones gaseosas. Mide presiones absolutas y tiene las ramas más cortas que el diferencial. Vacuómetro. Es un dispositivo que se utiliza para medir el vacío; es decir, para medir presiones inferiores a la presión atmosférica.
Tipos de dispositivos para medir la rapidez de flujo (de fluido y de gas).
Tubo venturimetro. Es un tipo de boquilla especial, seguida de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable. Medidor de orificio. Es un elemento más simple, consiste en un agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubería. El paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable de la velocidad a expensa de una disminución de la presión estática. Tubo de pitot. Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. El equipo consta de un tubo cuya abertura está dirigida agua arriba, de modo que el fluido penetre dentro de ésta y suba hasta que la presión aumente lo suficiente dentro del mismo y equilibre el impacto producido por la velocidad.
Características de un Fluido ideal.
Fluido no viscoso. Se desprecia la fricción interna entre las distintas partes del fluido.
Flujo estacionario. La velocidad del fluido en un punto es constante con el tiempo.
Fluido incompresible. La densidad del fluido permanece constante con el tiempo.
Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto.
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Líneas de Corriente. Es una línea continua trazada a través de un fluido siguiendo la dirección del vector velocidad en cada punto. Así, el vector velocidad es tangente a la línea de corriente en todos los puntos del flujo. Tubo de flujo. Es una región del espacio con forma cilíndrica (o de tubo) que contiene un campo magnético de forma que el campo creado en la superficie del tubo es paralelo a dicha superficie. Ecuación de continuidad. La conservación de la masa de fluido a través de dos secciones (sean éstas A1 y A2) de un conducto (tubería) o tubo de corriente establece que: la masa que entra es igual a la masa que sale.
= . = . Ecuación de Bernoulli. Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra ‘’Hidrodinámica ’’ y expresa que en un fluido ideal en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
+ 12 . + .. = + 12 . + .. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Para el estudio de la dinámica de fluidos se realizaron los siguientes pasos los cuales permitieron la recolección de datos: 1) Se ubicó en el suelo el envase de plástico abierto. 2) Luego se procede a cubrir el orificio del envase con el dedo para llenarlo con agua hasta cierta altura. 3) Se calcula el tiempo de salida del fluido en el orificio con la ayuda del cronometro. 4) Luego se mide con la cinta métrica el alcance máximo del fluido. 5) Por último, se repite el procedimiento anterior pero con el envase cerrado.
RESULTADOS EXPERIMENTALES. 1. Datos experimentales. En el envase de plástico lleno con el líquido, se realizó la práctica cinco veces con la tapa puesta y la tapa retirada. Se calculó el tiempo de salida del fluido y luego se procedió a Página | 6
promediar un tiempo en cada alcance estipulado para luego realizar la tabulación de los resultados obtenidos. Para la obtención del promedio del tiempo se sumaron los valores experimentales y se dividió entre el número de repeticiones. Ejemplo del cálculo: Datos. x= 0,08m t1=0,21seg. t2=0,25seg. t3=0,16 seg. t4=0,24seg. t5=0,28 seg.
+ 0,24 + 0,28 = 0,22 . = 0,21 + 0,25 + 0,16 5
Tabla N°1. Envase abierto. ti xi
t1 0,21 seg 0,08m x1
t2 0,25 seg 0,08m x2
t3 0,16 seg 0,08m x3
t4 0,24 seg 0,08m x4
t5 0,28 seg 0,08m x5
t prom 0,22 seg 0,08m x prom
h (m) 0,07m
t prom 0,34 seg 0,10 m x prom
h (m) 0,07m
Tabla N°2. Envase cerrado. ti xi
t1 0,32 seg 0,10m x1
t2 0,39 seg 0,10 m x2
t3 0,30 seg 0,10 m x3
t4 0,37 seg 0,10 m x4
t5 0,38 seg 0,10 m x5
2. Datos calculados. Luego de realizar las operaciones, se calculó la velocidad del fluido con dos fórmulas, la primera es la fórmula de cinemática ( y la segunda fórmula es la ecuación de
= )
Bernoulli. Posteriormente se calculó el error porcentual para luego realizar la tabulación de los resultados obtenidos de cada uno de ellos. Ejemplo de cálculo: a) Para el envase abierto. Datos: i. x= 0,08m ii. h= 0,07m t= 0,22seg iii.
= = , , = 0,36 ⁄ = √ 2..ℎ = √ 2(9,8)(0,07) = 1,17 ⁄
,−, % = .−. 100 = . , 100 = 69,23%
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Tabla N° 3. Envase abierto.
⁄) 1,17 ⁄ 0,36 ⁄ V(
Ecuación de Bernoulli Ecuación de cinemática
E% -69,23%
Tabla N° 4. Envase cerrado.
⁄) 4,90 ⁄ 0,29 ⁄ V(
Ecuación de Bernoulli Ecuación de cinemática
E% -94,08%
DISCUSIÓN DE ANALISIS. En esta práctica nos ayudó a observar cómo se comportan los fluidos, el cómo varía la velocidad y la distancia cuando el envase está abierto y cerrado. La velocidad del fluido por el orificio pudo ser deducida a partir del principio de Bernoulli, y por la fórmula de velocidad en cinemática. Como se observa en los resultados, la velocidad hallada mediante Bernoulli y por la velocidad en cinemática no fueron exactos, ya que la velocidad mediante Bernoulli no fue igual o parecida a la velocidad en cinemática. A medida que se calcularon los tiempos de salida de los fluidos, iba a tener algún margen de error debido a que la mano humana no podía dar una medida exacta con el cronometro.
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CONCLUSIÓN. La aplicación de la dinámica de los fluidos es muy diversa y presentan las siguientes características:
No resisten esfuerzos de corte, solamente aquellos q son pequeños o solo durante un tiempo (presentan viscosidad) Tienen la capacidad de fluir. Actos cotidianos como tomar una ducha, respirar o beber agua, requieren necesariamente la circulación de flujos.
Los fluidos describen distintos comportamientos, ya sea que estén en reposo o en movimiento, se analizan ciertas propiedades relacionadas con las presiones manométrica, atmosféricas, etc. El conocer y entender los principios básicos de la dinámica de los fluidos es esencial para él momento de realizar la practica en el laboratorio. El análisis de los resultados obtenidos no fueron los esperados debido a los errores cometidos durante la realización de la práctica. .
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BIBLIOGRAFÍA. https://deconceptos.com/ciencias-naturales/fluidos https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal http://www.tiposde.org/ciencias-naturales/357-tipos-de-presion/ https://www.lifeder.com/instrumentos-medir-presion/ http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Medidores.htm http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/bernoulli/bernouilli.htm#Fluidos ideales http://fcm.ens.uabc.mx/~fisica/FISICA_II/APUNTES/FLUJOS.htm https://es.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_flujo https://mauriciomedinasierra.wordpress.com/primer-corte/conceptos/ecuacion-de-continuidad/ https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli
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