lab-2-mecanica-de-fluidos compress

CURSO: Mecánica de Fluidos
INFORME DE LABORATORIO
Laboratorio N°2: Venturímetro
INTEGRANTE:
 Carrera Tellería Moisés Fahed
DOCENTE
Ing. Alfredo polo Villanueva
LIMA- PERÚ
28 DE SETIEMBRE DE 2021
LABORATORIO VENTURÍMETRO
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
1. LOGRO GENERAL DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE
Al final de la práctica el estudiante entiende el principio de Bernoulli, es decir el
comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente.
2. OBJETIVO ESPECIFICO DE LA PRACTICA
El objetivo del presente laboratorio es calcular las presiones estáticas, dinámicas y totales
en cada sección del Venturímetro y poder determinar los porcentajes de error, además de
analizar la perdida de presión del Venturímetro.
3. MATERIALES Y EQUIPO
Para el cálculo de las presiones estáticas en el laboratorio se utilizará:
•
•
•
Venturímetro H5.
Banco Hidráulico H1F.
Agua.
Figura 1. Venturímetro H5 y sus partes
2
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
4. FUNDAMENTO TEORICO
La ecuación de continuidad
Se relaciona directamente con la definición de conservación de la masa. Cuando algunas
de las propiedades de un fluido (densidad, volumen, velocidad) permanecen inalterables
en el tiempo entonces podemos considerar que es un flujo permanente estacionario e
incomprensible.
Figura 2. Flujo permanente incomprensible
Consideremos una porción de fluido en color amarillo en la figura, el instante inicial t y
en el instante t + Dt.
En un intervalo de tiempo Dt la sección S1 que limita a la porción de fluido en la tubería
inferior se mueve hacia la derecha Dx1=v1Dt. La masa de fluido desplazada hacia la
derecha es Dm1=r·S1Dx1=rS1v1Dt.
Análogamente, la sección S2 que limita a la porción de fluido considerada en la tubería
superior se mueve hacia la derecha Dx2=v2Dt. en el intervalo de tiempo Dt. La masa de
fluido desplazada es Dm2=r S2v2 Dt. Debido a que el flujo es estacionario la masa que
atraviesa la sección S1 en el tiempo Dt, tiene que ser igual a la masa que atraviesa la
sección S2 en el mismo intervalo de tiempo. Luego:
v1S1=v2S2
Esta relación se denomina ecuación de continuidad.
En la figura, el radio del primer tramo de la tubería es el doble que la del segundo tramo,
luego la velocidad del fluido en el segundo tramo es cuatro veces mayor que en el
primero.
3
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
La ecuación de Bernoulli
Evaluemos los cambios energéticos que ocurren en la porción de fluido señalada en color
amarillo, cuando se desplaza a lo largo de la tubería. En la figura, se señala la situación
inicial y se compara la situación final después de un tiempo Dt. Durante dicho intervalo
de tiempo, la cara posterior S2 se ha desplazado v2 Dt y la cara anterior S1 del elemento
de fluido se ha desplazado v1Dt hacia la derecha.
Figura 3. Cambios energéticos
El elemento de masa Dm se puede expresar como Dm=r S2v2Dt=r S1v1Dt= r DV
Comparando la situación inicial en el instante t y la situación final en el instante t+Dt.
Observamos que el elemento Dm incrementa su altura, desde la altura y1 a la altura y2
•
La variación de energía potencial es DEp=Dm·gy2-Dm·gy1=r DV·(y2-y1)·g El elemento
Dm cambia su velocidad de v1 a v2,
•
La variación de energía cinética es DEk =
El resto del fluido ejerce fuerzas debidas a la presión sobre la porción de fluido
considerado, sobre su cara anterior y sobre su cara posterior F1=p1S1 y F2=p2S2.
La fuerza F1 se desplaza Dx1=v1Dt. La fuerza y el desplazamiento son del mismo
signo
La fuerza F2 se desplaza Dx2=v2 Dt. La fuerza y el desplazamiento son de signos
contrarios.
•
El trabajo de las fuerzas exteriores es Wext=F1 Dx1- F2 Dx2=(p1-p2) DV
El teorema del trabajo-energía nos dice que el trabajo de las fuerzas exteriores que
actúan sobre un sistema de partículas modifica la energía del sistema de partículas,
es decir, la suma de las variaciones de la energía cinética y la energía potencial del
sistema de partículas
4
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
Wext=Ef-Ei=(Ek+Ep)f-(Ek+Ep)i=DEk+DEp
Simplificando el término DV y reordenando los términos obtenemos la ecuación de
Bernoulli:
El Efecto Venturi
Figura 4. Efecto Venturi
Cuando el desnivel es cero, la tubería es horizontal. Tenemos entonces, el denominado
tubo de Venturi, cuya aplicación práctica es la medida de la velocidad del fluido en una
tubería. El manómetro mide la diferencia de presión entre las dos ramas de la tubería.
La ecuación de continuidad se escribe
v1S1=v2S2
Que nos dice que la velocidad del fluido en el tramo de la tubería que tiene menor
sección es mayor que la velocidad del fluido en el tramo que tiene mayor sección. Si
S1>S2, se concluye que v1<v2.
La ecuación de Bernoulli con y1=y2
Como la velocidad en el tramo de menor sección es mayor, la presión en dicho tramo
es menor.
Si v1<v2 se concluye que p1>p2 El líquido manométrico desciende por el lado izquierdo
y asciende por el derecho
Podemos obtener las velocidades v1 y v2 en cada tramo de la tubería a partir de la
lectura de la diferencia de presión p1-p2 en el manómetro.
5
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
5. PROCEDIMIENTO (DESARROLLO DE LA PRACTICA)
a) Colocar el Venturímetro H5 en la parte superior del banco Hidráulico H1F.
b) Conectar la manguera de suministro del banco al lado izquierdo del ingreso del
medidos Venturi.
c) Conecte la otra manguera al otro extremo derecho del medidor Venturi y diríjalo al
gran orificio central del banco hidráulico.
d) Encienda el suministro del banco y permita que fluya el agua. Para limpiar el aire de
los tubos del manómetro, puede ser útil inclinar ligeramente el aparato o golpear
ligeramente los tubos con el dedo.
e) Cierre la válvula de control de flujo del aparato. El aire ahora quedará atrapado en las
partes superiores del tubo del manómetro y del colector.
f) Abra la válvula de aire lo suficiente como para permitir que el agua suba
aproximadamente hasta la mitad de la escala del manómetro.
g) Cierre la válvula de aire.
h) Ajuste tanto el suministro del banco como las válvulas de control del aparato para dar
un flujo completo.
i) Crear una table de resultados en blanco, similar a la Tabla 1
j) Observar todos los niveles de agua a pleno flujo.
k) Ahora reducir ligeramente el caudal a través de la válvula y esperar a que se
estabilice. Use el banco hidráulico para medir el flujo.
l) Registre las lecturas de presión y el flujo.
m) Recuerde convertir su flujo en flujo volumétrico de m3.s·1.
n) Repetir el proceso para varios caudales cada vez mas bajos hasta llegar a un
flujo mínimo.
6
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
6. Recopilación de datos
➢ Se trabajará con el caudal numero 2, obtenido del video de laboratorio
Q
0.000476
SECCCION
H
AREA
1
0.38
0.0005309
2
0.37
0.0004227
3
0.2706
0.0002659
4
0.1302
0.0002011
5
0.1606
0.0002214
6
0.24
0.0002679
7
0.2802
0.0003192
8
0.3008
0.0003746
9
0.3206
0.0004348
10
0.3306
0.0004992
11
0.3404
0.0005309
TABLA 1.- Toma de datos de las alturas y áreas correspondientes a su sección.
7. Cálculos y Análisis
➢ A continuación, se procederá a calcular los resultados apoyándonos en las fórmulas
colocadas
SECCCION H
PE=pgh Q
AREA
V=Q/A
Pd=0.5pv^2 Pt=Pe+Pd
1
0.38
3727.8
0.000476 0.0005309 0.8965907 401.937437 4129.73744
2
0.37
3629.7
0.000476 0.0004227 1.12609416 634.044025 4263.74402
3 0.2706 2654.586
0.000476 0.0002659 1.79014667 1602.31255 4256.89855
4 0.1302 1277.262
0.000476 0.0002011 2.3669816 2801.30095 4078.56295
5 0.1606 1575.486
0.000476 0.0002214 2.14995483 2311.15289 3886.63889
6
0.24
2354.4
0.000476 0.0002679 1.77678238 1578.47782 3932.87782
7 0.2802 2748.762
0.000476 0.0003192 1.49122807 1111.88058 3860.64258
8 0.3008 2950.848
0.000476 0.0003746 1.27068873 807.32493 3758.17293
9 0.3206 3145.086
0.000476 0.0004348 1.09475621 599.245579 3744.33158
10 0.3306 3243.186
0.000476 0.0004992 0.95352564 454.605574 3697.79157
11 0.3404 3339.324
0.000476 0.0005309 0.8965907 401.937437 3741.26144
TABLA 2.- Calculo de las potencias totales
7
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
PT1
PT2
PT3
PT4
PT5
PT6
PT7
PT8
PT9
PT10
PT11
➢ error
PT1
PT2
PT3
PT4
PT5
PT6
PT7
PT8
PT9
PT10
PT11
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
-0.0324 X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
-0.0308 0.0016 X
X
X
X
X
X
X
X
X
0.0124 0.0434 0.0419 X
X
X
X
X
X
X
X
0.0589 0.0884 0.0870 0.0471 X
X
X
X
X
X
X
0.0477 0.0776 0.0761 0.0357 -0.0119 X
X
X
X
X
X
0.0652 0.0945 0.0931 0.0534 0.0067 0.0184 X
X
X
X
X
0.0900 0.1186 0.1172 0.0786 0.0331 0.0444 0.0265 X
X
X
X
0.0933 0.1218 0.1204 0.0819 0.0366 0.0479 0.0301 0.0037 X
X
X
0.1046 0.1327 0.1313 0.0934 0.0486 0.0598 0.0422 0.0161 0.0124 X
X
0.0941 0.1225 0.1211 0.0827 0.0374 0.0487 0.0309 0.0045 0.0008 -0.0118 X
TABLA 3.- Obtención del error.
PT1 PT2 PT3 PT4 PT5 PT6 PT7 PT8 PT9 PT10 PT11
PT1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
PT2
-3% X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
PT3
-3% 0% X
X
X
X
X
X
X
X
X
PT4
1%
4% 4% X
X
X
X
X
X
X
X
PT5
6%
9% 9% 5% X
X
X
X
X
X
X
PT6
5%
8% 8% 4% 1% X
X
X
X
X
X
PT7
7%
9% 9% 5% 1% 2% X
X
X
X
X
PT8
9% 12% 12% 8% 3% 4% 3% X
X
X
X
PT9
9% 12% 12% 8% 4% 5% 3% 0% X
X
X
PT10
10% 13% 13% 9% 5% 6% 4% 2% 1% X
X
PT11
9% 12% 12% 8% 4% 5% 3% 0% 0% -1% X
TABLA 4.- Porcentaje de error
➢ Perdidas de energía
SECCION
PT
∆PT
PERDIDADA ACUMULADA
1
4129.737437
0
0
2
4263.744025
-134.006588
-134.0065876
3
4256.898553
6.84547171
-127.1611158
4
4078.56295
178.335603
51.17448703
5
3886.638892
191.924058
243.0985455
6
3932.877816
-46.2389239
196.8596216
7
3860.642579
72.2352369
269.0948586
8
3758.17293
102.469648
371.564507
9
3744.331579
13.8413508
385.4058578
10
3697.791574
46.5400053
431.9458632
11
3741.261437
-43.4698632
388.476
TABLA 5.- Perdida y acumulación de energía
8
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
➢ Gráficos obtenidos
VELOCIDAD VS POSICION
2.5
2
1.5
1
0.5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
9
10
11
10
11
10
11
Grafico 1.- Velocidad vs posición
PRESION ESTATICA VS POSICION
4000
3000
2000
1000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Gráfico 2.- Presión Estática vs posición
PRESION DINAMICA VS POSICION
3000
2000
1000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Gráfico 3.- Presión Dinámica vs posición
PRESION TOTAL VS POSICION
4400
4200
4000
3800
3600
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Gráfico 4.- Presión total vs posición
9
1
0
INFORME DE LABORATORIO
Lab. N°2: Venturímetro
➢ Interpretación
Las causas de las diferencias de presiones totales en cada sección y el motivo por
el cual estas no son constantes se deben a que no se esta trabajando con un flujo
ideal como lo precisa la ecuación, sino que estamos trabajando con experiencias
reales lo cual va a generar presiones totales indistintas y no constantes.
8. Recomendaciones
•
•
•
•
•
Utilizar mandil o guardapolvo.
Cuando se tiene determinado el flujo dentro del venturímetro, no mover las llaves de
entrada y salida del venturímetro, si esto ocurriera, volver a realizar el experimento.
Realizar los cálculos en las unidades correctas.
Utilizar los paños para no manchar el ambiente de trabajo.
No jugar y comer dentro del laboratorio
9. CONCLUSIONES
•
Se pudo obtener los objetivos generales trasados con la ayuda de la recopilación
de datos y aplicación de formulas propuestas en los videos de laboratorio, además
de comprender el mecanismo de el Venturimetro.
•
Se logro observar que la mayor presión total obtenida fue de 4263.74402Pa de la
segunda sección
•
Podemos interpretar que la mayor perdida de energía se dio en la sección 6,
teniendo como resultado un -46.24Pa
Cuando la altura es mayor la energía potencial aumenta.
El teorema de Bernoulli es una herramienta muy valiosa ya que traduce el principio
de conservación de masa en cantidades fácilmente medibles.
Como una posible fuente de error en este informe están las leves fluctuaciones del
flujo al momento de la toma de medida pueden generar distorsiones en los cálculos.
Al observar las tablas y los datos obtenidos podemos deducir que la sección es
directamente proporcional con la presión, pero indirectamente proporcional con la
velocidad; es decir que a mayor sección hay mayor presión, pero menor velocidad.
•
•
•
•
10
1
0