UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZÁN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA E.A.P. INGENIERÍA CIVIL TEMA: CURSO: Mecánica de fluidos 1 DOCENTE: Ing. Ever Osorio flores ALUMNO: SOLIS CORREA, JAVIER ANTHONY SEMESTRE: 2019-i HUÁNUCO - PERÚ 2019 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL INDICE: INTRODUCCION: .............................................................................................. 3 OBJETIVOS: ...................................................................................................... 4 OBJETIVO GENERAL: ................................................................................... 4 OBJETIVO ESPECIFICO: .............................................................................. 4 MARCO TEORICO: ............................................................................................ 5 LOS FLUIDOS: ............................................................................................... 5 CLASIFICACION DE LOS FLUJOS: .............................................................. 5 1. Por variación de velocidad con respecto al tiempo: ........................... 5 2. Por magnitud y dirección de la velocidad del fluido: .......................... 6 3. Por efectos de vector velocidad: ........................................................ 7 4. De acuerdo a sus cambios de densidad respecto al tiempo .............. 7 5. De acuerdo a la velocidad del flujo: ................................................... 8 6. De acuerdo a su dimensión de prevaleciente: ................................... 9 MARCO EXPERIMENTAL: .............................................................................. 10 MATERIALES A USAR: ................................................................................ 10 PROCEDIMIENTO: ...................................................................................... 13 CALCULOS REALIZADOS: .......................................................................... 15 PANEL FOTOGRÁFICO: ................................................................................. 21 CONCLUSIONES:............................................................................................ 23 RECOMENDACIONES: ................................................................................... 23 MECANICA DE FLUIDOS I Página 2 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL INTRODUCCION: Este presente trabajo tiene la finalidad conocer y aprender la clasificación de los flujos utilizando el vertedero de pared gruesa Creager. Este tipo de vertedero de pared gruesa Creager son utilizados para evacuar caudales de creciente, pues la forma especial de su cresta permite la máxima descarga al compararlo con otra forma de vertederos para igual de carga de agua. Para realizar esta actividad usamos los ambientes del laboratorio de hidráulica, así como los equipos que se encuentran dentro, después de realizar la experimentación y anotaciones de los datos, procedemos al calculo para así determinar los distintos aspectos que involucra en la clasificación de flujos. MECANICA DE FLUIDOS I Página 3 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: • CONOCER Y EXPRIMENTAR LA CLASIFICACION DE LOS FLUJOS OBJETIVO ESPECIFICO: • • • EXPERIMENTAR EN EL LABORATORIO LA CLASIFICACION DE LOS FLUJOS APLICAR LO APRENDIDO EN CLASES A CERCA DE LA CLASIFICACION DE LOS FLUJOS CALCULAR Y APLICAR DISTINTAS FORMULAS QUE HAY EN LA CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS. MECANICA DE FLUIDOS I Página 4 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL MARCO TEORICO: LOS FLUIDOS: Se denomina FLUIDO a un tipo de medio continúo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restituidas tendentes a recuperar la forma “original” (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable). Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y/o paredes de un recipiente; el termino engloba a los líquidos y los gases. Así entonces, un FLUJO es el estudio del movimiento de un fluido, involucrando las leyes del movimiento de la física, las propiedades del fluido y características del medio ambiente y conducto por el cual fluyen. CLASIFICACION DE LOS FLUJOS: El flujo de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, atendiendo diversas características y criterios de velocidad, espacio y tiempo. 1. Por variación de velocidad con respecto al tiempo: De acuerdo a la velocidad considerando variaciones temporales estos pueden ser: • Flujo permanente: Se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. • Flujo no permanente: Las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente. MECANICA DE FLUIDOS I Página 5 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 2. Por magnitud y dirección de la velocidad del fluido: • • Flujo Uniforme: Ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado. Flujo no Uniforme Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad. MECANICA DE FLUIDOS I Página 6 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 3. Por efectos de vector velocidad: • Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante. • Flujo irrotacional: Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante. 4. De acuerdo a sus cambios de densidad respecto al tiempo Considerando la naturaleza del fluido tenemos: • Compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables. • Incompresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo. MECANICA DE FLUIDOS I Página 7 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 5. De acuerdo a la velocidad del flujo: De acuerdo a la velocidad del flujo estos se clasifican en: • Flujo turbulento: En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido. • Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí. En aquí vemos y calcularemos el número de REYNOLDS según su clasificación: • • • Re < 500 (flujo laminar) 500 < Re < 1000 (flujo en transición) Re > 1000 (flujo turbulento) MECANICA DE FLUIDOS I Página 8 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 6. De acuerdo a su dimensión de prevaleciente: • Flujo Unidimensional (a) Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento. • Flujo Bidimensional (b) Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables espaciales. • Flujo Tridimensional (c) El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso más general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t. MECANICA DE FLUIDOS I Página 9 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL MARCO EXPERIMENTAL: Para experimentar y aplicar todo lo aprendido en clase a cerca de la clasificación de los flujos, usamos los ambientes del laboratorio de fluidos de la FICA, usando los instrumentos que tuvimos a disposición. A continuación, describiremos todos los instrumentos que usamos: MATERIALES A USAR: • CANAL (usaremos para las pruebas) • VERTEDEROS: (lo colocaremos en el canal para las pruebas) MECANICA DE FLUIDOS I Página 10 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL • TERMOMETRO: (mediremos la temperatura del agua) • RECIPIENTE DE VIDRIO (usamos para medir el volumen en los diferentes caudales) MECANICA DE FLUIDOS I Página 11 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL • PLASTILINA (usamos para evitar filtraciones por los costados del vertedero) • Cronometro (para controlar el tiempo y realizar los cálculos del caudal) MECANICA DE FLUIDOS I Página 12 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL PROCEDIMIENTO: • • • Al llegar al laboratorio se hizo una previa limpieza de la zona a utilizar Colocamos el vertedero en el canal Colocamos plastilina entre el vertedero y el canal para evitar filtración del líquido. • Medimos la temperatura del agua. MECANICA DE FLUIDOS I Página 13 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL • Después de realizar esta acción, empezamos a abrir el flujo de la bomba de agua y empezar con las pruebas, con los diferentes caudales que le pusimos. • Realizamos 5 pruebas para calcular el numero de REYNOLDS de 5 caudales y ver el comportamiento del líquido sobre el vertedero. MECANICA DE FLUIDOS I Página 14 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CALCULOS REALIZADOS: Según la clasificación de los fluidos tenemos: • Según variaciones temporales: En esto tenemos PERMANENTE Y NO PERMANENTE, para reproducir esto abrimos y cerramos la llave del agua para que así el agua pase por el canal de forma variada. En la imagen vemos que el fluido es permanente. MECANICA DE FLUIDOS I Página 15 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL • Según variaciones espaciales: En esto tenemos UNIFORME Y NO UNIFORME a la vez en los no uniforme tenemos flujo gradualmente variado y flujo rápidamente graduado flujo uniforme Y5 • F.G.V F.R.V Y4 Y3 Flujo uniforme Y2 Y1 Según la variación rotacional: En esto tenemos rotacional e irracional, para el desarrollo de esto tuvimos algunos inconvenientes por que la hélice que hicimos debe tener mayor sensibilidad para poder apreciar la rotacional, pudimos ver esto cuando aumentamos el caudal del líquido, aunque solo se movía poco. MECANICA DE FLUIDOS I Página 16 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS I Página 17 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL • Según el movimiento de las partículas: En esto tenemos laminar y turbulento, en esto realizamos cálculos de caudal y calculamos el número de REYNOLDS. • Cálculo del caudal: MECANICA DE FLUIDOS I Página 18 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL • Calculo de la viscosidad según la temperatura: Teniendo la temperatura sacamos por el método de interpolación la viscosidad. Temperatura del agua: 21.7° Según la tabla de viscosidad del agua tenemos: Aplicando interpolación tenemos: 22 − 21 0.000955 − 0.000979 = 21.7 − 21 𝑥 − 0.000979 X=0.000962(viscosidad del agua) MECANICA DE FLUIDOS I Página 19 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL • Cálculo del número de REYNOLDS: MECANICA DE FLUIDOS I Página 20 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL PANEL FOTOGRÁFICO: Integrantes del grupo que realizaron las pruebas. Calculando el volumen de una prueba de uno de los caudales. MECANICA DE FLUIDOS I Página 21 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Hallando el volumen y con un cronometro determinamos el tiempo. Probando la hélice y mirando en que parte del flujo existe el movimiento rotacional. MECANICA DE FLUIDOS I Página 22 UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CONCLUSIONES: • El trabajo realizado fue experimental complementando así las clases aprendidas impartidas por el docente. • Salimos de dudas de algunos cálculos que teníamos dudas. • Vimos la clasificación de los fluidos, para tener conocimiento y poder describir cuando estemos presente frente a uno en la naturaleza • Agradecer al docente por hacer de las clases de manera experimental por que así adquirimos mayor conocimiento como también complementando la teoría con la practica RECOMENDACIONES: • • • • Tener en cuenta el caudal para hacer las pruebas ya que a mayor caudal el líquido empuja al vertedero y tenemos algunas complicaciones Al momento de experimentar el movimiento de las partículas: rotacional e irrotacional la hélice debe ser muy sensible para poder ver que el fluido hace rotar a la partícula. Para no tener inconveniente con el vertedero al momento de que el líquido llena el canal con el empuje, poner una buena cantidad de plastilina para no tener problemas. Luego de realizar la experimentación limpiar las cosas y el ambiente utilizado, así como retirar los restos de plastilina que quedaron en el canal. MECANICA DE FLUIDOS I Página 23
