Universidad Nacional Autónoma de México FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA Laboratorio de mecánica de Fluidos. Practica #3: Perfil de velocidades. Realización: 05/10/2021 Entrega: 12/10/2021 Objetivo 1.-Conocimiento práctico del perfil de velocidades presentado en un flujo compresible en el interior de un ducto, así como la determinación de las causas que hacen variar la velocidad en diversos puntos de dicho flujo y aplicación del teorema de Bernoulli al tubo de Pilot, para la obtención de velocidades puntuales. Introducción Tubo de Pitot: se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento. Se utiliza mucho para medir la velocidad del viento en aparatos aéreos y para cuantificar las velocidades de aire y gases en aplicaciones industriales Midiendo la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo, no la media de la velocidad del viento. Ecuación de Bernoulli: Se puede considerar como una apropiada declaración del principio de la conservación de la energía, para el flujo de fluidos. Este principio esta dado por la ecuación: Perfil de velocidades: El perfil de flujo es un concepto de la mecánica de fluidos, en particular de la técnica de medición de flujo. Se refiere a la distribución de la velocidad dependiente de la ubicación en una sección transversal de un flujo Material y equipo. Tubo de Pitot: se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso. Lo inventó el ingeniero francés Henri Pitot en 1732 y fue modificado por Henry Darcy en 1858. Turbo soplador: Es un ventilador centrifugo que maneja un alto flujo de aire Tubo Venturi: tubería con estrechamiento en su parte central y conexiones para poder medir su presión. Procedimiento: Se pone a funcionar el Turbo soplador y se espera a que se estabilice el flujo, las lecturas se tomarán de la siguiente manera: primeramente, se tomarán las lecturas del punto (Xo, Yo), (Xo, Y1) y así sucesivamente y con ello cubrir toda el área transversal. Dichas lecturas serán el resultado de colocar en cada ocasión el tubo de Pitot en cada uno de los puntos mencionado y de leer la medición correspondiente en el manómetro diferencial. Para esto habrá necesidad de tomar la precaución de que dicho tubo de Pitot se encuentre lo más paralelo posible a las líneas de corriente para que las lecturas sean correctas, con estas lecturas se podrán determinar la velocidad de la línea de corriente en cada punto y así poder trazar las curvas de perfil de velocidades, una a lo largo del eje Y, y la otra a la otra a lo largo de lo largo del eje X, respectivamente. Finalmente, para determinar el caudal que circula en el ducto habrá de calcular la velocidad media del fluido y para esto habrá que encontrar la media aritmética de las raíces cuadradas de las presiones dinámicas. Una vez obtenida la velocidad media se podrá obtener el caudal auxiliándose de la ecuación de continuidad. Tabla de lecturas: a (cm) b (cm) Temperatura (°C) 9.5 9.5 20 Peso específico del aire (N/m3) 8.971 Peso específico del agua (N/m3) 9810 X Y Presión Dinámica presión Dinámica X1 Y1 Pulgadas X1 Y2 0.7 0.01778 X1 Y3 0.6 0.01524 X2 Y1 0.65 0.01651 X2 Y2 0.7 0.01778 X2 Y3 0.7 0.01778 X3 Y1 0.75 0.01905 X3 Y2 0.7 0.01778 X3 Y3 0.7 0.01778 X1 Y1 0.75 0.01905 m.o.H20. Cálculos: 𝑉1, 𝑉4, 𝑉5, 𝑉7, 𝑉8 = √2𝑔ℎ 𝑦0 − 𝑦 1 = √2(9.81)(0.01778) 9810 8.971 − 1 = 19.50 (m/s) 𝑉2 = √2𝑔ℎ 𝑦0 9810 − 1 = √2(9.81)(0.01524) − 1 = 18.05 (m/s) 𝑦 8.971 𝑉3 = √2𝑔ℎ 𝑦0 9810 − 1 = √2(9.81)(0.01651) − 1 = 18.79 (m/s) 𝑦 8.971 𝑉6, 𝑉9 = √2𝑔ℎ 𝑉𝑚 = 𝑦0 9810 − 1 = √2(9.81)(0.01905) − 1 = 20.19 (m/s) 𝑦 8.971 5(19.5) + 18.05 + 18.79 + 2(20.19) = 19.42 (m/s) 9 A=0.095*0.095=0.00925 m2 Q=Vm*A=19.42*0.00925= 0.175 m3/s Tabla de Resultados: Sección de Flujo (m2) 19.42 0.00925 Posición 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X X1 X1 X1 X2 X2 X2 X3 X3 X3 Caudal (m3/s) Velocidad media (m/s) Y Y1 Y2 Y3 Y1 Y2 Y3 Y1 Y2 Y3 Velocidad Puntual (m/s) 19.505607 18.054727 18.794173 19.505607 19.505607 20.19199 19.505607 19.505607 20.19199 0.175 Graficas 10 9 8 Posicion 7 6 5 4 3 2 1 0 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 Velocidad 21 20 19 18 17 161 3 2 2 3 1 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 En la grafica se puede observar como la velocidad va variando según la posición, teniendo sus velocidades mínimas en el borde inferior del tubo, aumentando conforme la posición se va acercando al centro de este y llegando a tener las velocidades más altas en su máxima altura. Cuestionario 1- Explique que es la capa limite y en que fluidos tiene mayor importancia R= Se le denomina así a la capa externa de un fluido, esta capa se ve perturbada por los solidos con los que esta en contacto, como las paredes de una tubería. 2- Explique el fenómeno de desprendimiento de la capa limite y defina lo que se entiende por de resistencia de forma y superficie. R= El desprendimiento de capa límite es un fenómeno característico de sistemas en los cuales el fluido circula con un gradiente de presión adverso. La resistencia de forma es la que sucede en un fluido ante la forma de un cuerpo, y la resistencia de superficie es la fuerza de resistencia que pone una superficie al fluido. 3- Defina la forma roma y la forma aerodinámica de un cuerpo. Forma roma: es un término que se le da a un objeto o un cuerpo cuyas facetas o vértices tienen una terminación obtusa. Forma aerodinámica: Esta hace referencia a la fuerza que sufre un cuerpo al moverse a través de un fluido, siendo una forma aerodinámica la que ofrece poca resistencia. 4- Analice las siguientes figuras, tiene igual resistencia al paso del fluido, explique su respuesta en caso afirmativo o negativo 5- ¿Qué sucede si el tubo de tubo de Pitot no está paralelo a la línea de corriente? R=La presión tomada por el manómetro seria incorrecta. 6- Exponga que tres métodos para determinar la velocidad en aire y su grado de exactitud. R=a) Anometro: El principio físico de funcionamiento de los anemómetros de hilo caliente está basado en la transferencia de calor por convección entre el hilo calentado y el flujo pasando a su alrededor. En estos sensores, una pequeña estructura es calentada y expuesta al flujo para medir el intercambio térmico que se produce. b) Conductos circulares: Con tres diámetros transversales, uniformemente espaciados a 60° se crean seis pedazos de sectores en un conducto redondo. Realizando 3 mediciones por radio, permitiendo una buena exactitud para medir la velocidad. c) Tubo de Pitot consiste en un doble tubo concéntrico de reducido diámetro en el que el tubo central está abierto en su extremo incidiendo el aire directamente en él, de manera que en un punto tendremos la presión total, mientras que en los orificios laterales del tubo externo del tubo de Pitot sólo se ejerce la presión estática, y con un cálculo matemático se determina la velocidad. 7.- ¿Qué es un Turbo soplador? haga un esquema de este R= Es un ventilador centrifugo que maneja un alto flujo de aire. 8.- Al leer el manómetro diferencial, ¿Qué presión se está midiendo, estática o dinámica? R= Se están midiendo ambas presiones, pues se están tomando de 2 puntos diferentes, uno con presión estática y otro con dinámica. Conclusión El perfil de velocidades es un elemento que nos sirve para conocer el comportamiento de un fluido dentro de una tubería mientras mas se acerca hacia los extremos, mostrándonos como la velocidad del fluido va variando según la posición en el que se estudie, se entendió que es sin embargo no se logro hacer la grafica de manera correcta, por lo que los objetivos no se cumplieron por completo. Fuentes: Shames, Irving. mecánica de Fluidos. Tercera edición. Mc Graw Hill. 1995. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/pber.html.[02/10/2021] Gonzalez, Cesar. Banco de flujo estacionario para la medición del coeficiente de descarga. 2017. Tesis.
