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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos
MECANICA DE LOS FLUIDOS (INC-308) MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO
Elaborado por: Ing. Alfredo Abel Francisco 1
Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos
MECANICA DE LOS FLUIDOS (INC-308) MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO
ALFREDO ABEL FRANCISCO
Elaborado por: Ing. Alfredo Abel Francisco 2
Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos
INSTITUTO TECNOLOGICO DE SANTO DJOMINGO Santo Domingo, Rep. Dom. 2002.-
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos
LISTA DE CONTENIDO
Introducción Práctica No. 1 Densidad, Volumen Especifico y Peso Específico Práctica No. 2 Viscosidad Práctica No. 3 Capilaridad Práctica No. 4 Manometría Práctica No. 5 Pérdidas en Tuberías Bibliografía
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PRACTICA No. 1 DENSIDAD, VOLUMEN ESPECIFICO Y PESO ESPECIFICO
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PRACTICA NO. 1 DENSIDAD, VOLUMEN ESPECIFICO Y PESO ESPECIFICO. OBJETIVO Determinar la densidad, el volumen especifico y el pesos especifico de diferentes líquidos a una presión atmosférica y temperatura determinada.
MEDIOS -
-
Balanza de Precisión . Probetas de 300 ml. Termómetro 0-100 0C Líquidos a ensayar. Paño de limpieza.
FUNDAMENTOS TEORICOS. La Densidad Absoluta (ρ) de un fluido se define como la relación entre la masa y el volumen que ésta ocupa. m ρ= ∀ Tiene como dimensiones [M/L3].(kg/m3) La Densidad Absoluta de los líquidos depende de la temperatura y es prácticamente independiente de la presión, por lo que se pueden considerar incompresibles. Para agua a presión estándar (760 – mm Hg) y 4°C, ρ = 1000 kg/m3. El Volumen Especifico (νs) es el reciproco de la Densidad (ρ). Es decir, es el volumen ocupado por una masa unitaria de fluido. 1 νs =
ρ
Tiene como dimensiones [L3/M].
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos El Peso Especifico (γ) de un fluido es el peso por unidad de volumen. Este varia con la altitud, ya que depende de la gravedad.
γ = gρ Tiene como dimensiones [F/L3]. El Peso Especifico es una propiedad útil cuando se trabaja con estática de fluidos o con líquidos con una superficie libre. Desnsidad Relativa o Gravedad Específica (S) Otra forma de cuantificar la Densidad o el Peso Especifico de un líquido se hace refiriéndolos a los correspondientes al agua, esto es: S=
ρ sus tan cia γ sus tan cia = ρ agu γ agua
Se conoce como Densidad Relativa (S) y no tiene dimensiones.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a) Encender la balanza y esperar a que se autocalibre. b) Elegir el sistema de medidas a utilizar c) Colocar la probeta vacia sobre el platillo de la balanza. d) Reiniciar la balanza (Botón →O/T←) c)
Vertir el líquido a ensayar en la probeta, y leer el volumen con tanta precisión como sea posible.
d) Tomar la lectura de la masa del líquido. e) Tomar la temperatura del líquido. f)
Calcular la densidad, volumen especifico y peso especifico (llenar tabla).
g) Limpiar y ordenar los instrumentos utilizados.
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos PRESENTACION DE RESULTADOS Y CALCULOS Datos: 1
2 Líquido a Ensayar
3 Masa del líquido (g)
4 Volumen del líquido (ml.)
Temperatura (°C)
RESULTADO 6 Liquido Ensayado
Masa (10-3 g) (kg)
7 Volumen (10-6 ml) (m3)
8 Densidad Absoluta (ρ) (Kg./m3)
9
10 Densidad Relativa (δ) -adim-
Volumen Especifico (v) (m3 /N)
11 Peso Especifico (γ) (N/m3)
ANALISIS DE LOS RESULTADOS a) Utilizando diagrama de barras verticales, ilustre la variación de la densidad, volumen específico y el peso especifico en los diferentes líquidos ensayados con la densidad, volumen específico y peso específico teóricos.
GUIA DE SINTESIS a) ¿Cuáles son las diferencias entre las sustancias ensayadas con relación a su peso especifico? b) ¿Cuáles son las diferencias, si existen, entre los valores obtenidos experimentalmente y los presentados en el texto o referencia? ¿A qué se deben? c) ¿Cómo serían los resultados experimentales, si la temperatura ambiental fuera menor? ¿Por qué? d) ¿Cómo serían los resultados obtenidos en el laboratorio, si los ensayos se realizan a nivel medio del mar? ¿Por qué?
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PRACTICA NO .2 Viscosidad OBJETIVO Determinar la viscosidad de varios fluidos a presión atmosférica y temperatura ambiente, utilizando el viscosímetro de esfera descendente.
MARCO TEORICO VISCOSIDAD es la resistencia que presenta un fluido al movimiento. Esta resistencia depende fundamentalmente de la cohesión y de la capacidad de intercambio molecular. A medida que aumenta la temperatura, la viscosidad disminuye en los líquidos y aumenta en los gases. La viscosidad puede clasificarse en viscosidad dinámica o absoluta, representada por µ, y viscosidad cinemática, representada por v. Según la ley de viscosidad de Newton: µ=
τ du/dy
donde:
τ du/dy ρ
= esfuerzo cortante = gradiente de velocidad o índice de deformación cortante = densidad
Medición de la viscosidad El viscosimetro de esfera descendente consiste en un tubo de cristal sostenido en posición vertical. En él se introduce el liquido cuya viscosidad se quiere determinar y en éste se deja caer una esfera de material y diámetro conocidos. La velocidad de la esfera al caer es una medida de la resistencia al movimiento que presenta el liquido. Utilizando estos parámetros y combinándolos mediante sumatoria de fuerzas en el sistema se llega a la fórmula para determinar la viscosidad del liquido (fórmula de Stoke): µ = d2 (γesf. - γliq.) / 18v donde:
d v γesf.
= diámetro de la esfera = velocidad de caída de la esfera = peso especifico de la esfera
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos γliq.
= peso especifico del liquido
INSTRUMENTOS - Viscosimetro de esfera descendente - Esferas de acero - Pie de rey - Cronómetro - Termómetro - Hidrómetro
PROCEDIMIENTO 1. Medir con el termómetro las temperaturas de los líquidos, para determinar a que temperatura se este realizando la practica y asegurar que éstos se encuentren a temperatura ambiente. Medir la Densidad Relativa de cada liquido con el hidrómetro, dejándolo caer en el liquido y leyendo el valor correspondiente en la escala. Multiplicar este valor por 1000 para hallar el Peso Especifico del liquido y anotar estos valores en las tablas correspondientes. 2. Llenar el tubo de descenso del viscosímetro con el primer liquido a ensayar. Medir los diámetros de las esferas con el pie de rey y anotar los datos en la tabla. 3. Medir y marcar en el tubo de descenso la distancia a recorrer por las esferas. 4. Dejar caer cada esfera y medir con el cronómetro el tiempo que tarda en recorrer la distancia marcada. Con estos datos, calcular la velocidad de caída de cada una. Repetir para cada liquido.
DATOS Distancia a recorrer por las esferas. ____________ Diámetro promedio de las esferas. 1._________ 2._________ 3._________
Peso especifico de las esferas •
NOTA: El peso especifico de las esferas es el peso especifico del acero.
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Liquido
Temperatura (°C)
Peso Especifico
Tiempo de Caida Esfera #1
Esfera#2
Esfera#3
CALCULOS Para cada uno de los líquidos, calcular: 1. La velocidad de caída de cada esfera, v = d/t d distancia recorrida t = tiempo 2. La viscosidad dinámica para cada esfera. µ = d2 (γesf. - γliq.) 18v
Liq.
Tiempo (seg.) Esfera Esfera #1 #2
Esfera #3
Velocidad (mt/seg.) Esfera Esfera Esfera #1 #2 #3
Viscosidad (kg.seg./mt2) Esfera Esfera Esfera #1 #2 #3
3. Calcular la viscosidad promedio.
µprom. = µE1 + µE2 + µE3 3
CUESTIONARIO 1. Presentan los líquidos ensayados resistencia al movimiento? Por qué? 2. Cómo serian los resultados experimentales si la temperatura ambiental fuera mayor o menor? Por qué? 3. Influye en el experimento el tamaño de las esferas utilizadas ? Por qué? 4. Mencione tres fuerzas que influyen en la esfera mientras esta se encuentra sumergida en el liquido. 5. Investigue y hable brevemente sobre la ley de Stoke. 6. Qué son los viscosimetros y cuales son los tipos de viscosimetros?
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PRACTI NO. 3
CAPILARIDAD OBJETlVOS Determinar la capacidad producida por varios líquidos para tubos capilares de varios tamaños, a una presión atmosférica determinada y temperatura determinada.
MARCO TEORICO Alrededor de cada molécula de un liquido en reposo se desarrollan fuerzas moleculares de cohesión, que actúan dentro de una pequeña zona de acción de radio r. Las moléculas del liquido que se encuentran a una profundidad mayor que r producen fuerzas de tracción que compensan; lo contrario acontece con las moléculas que se encuentran dentro de la capa de espesor r en la proximidad de la superficie libre. Dentro de esta capa se ejercen fuerzas resultantes de cohesión en dirección hacia el liquido, por lo reducido de las fuerzas de cohesión del medio que se encuentra encima de la superficie libre. Estas fuerzas impulsan a las moléculas inferiores a un movimiento ascendente, que solo es posible al desarrollarse un trabajo por el movimiento de las moléculas, equivalente al crecimiento de energía potencial ganado por las mismas. LA CAPILARIDAD es el producto de la unión de tres fuerzas que intervienen en un liquido contenido en un recipiente. Estas tres ftuerzas son las tuerzas de Cohesión, la Tensión Superficial y la tuerza de adhesión.
La fuerza de cohesión es debido al intercambio de las moléculas dentro de un fluido debido a que este intercambio se da desde abajo hasta arriba existen moléculas en la superficie que no tienen con quien realizar el intercambio por ello se crea una capa de Stres o tensión en la superficie del fluido que es lo que se denomina TENSION SUPERFICIAL.
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos Por medio a esta TENSION SUPERFICIAL es que existe el denominado Menisco, que no es mas que la pequeña capa de moléculas formada por la tensión. La Capilaridad o el ascenso capilar ( h) se puede obtener mediante la formula siguiente. h = 4 *σ * cos θ δ*D donde: σ = es el peso especifico del fluido. D = es el diámetro del tubo. δ = es la tensión superficial. θ = es el ángulo de contacto.
La altura a la cual un liquido es elevado en un tubo capilar es inversamente proporcional al radio del tubo. La capilaridad es la responsable del rápido mojado y la retención de liquidos en telas y papeles absorbentes.
INSTRUMENTOS. ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Banco Hidrost tico. Aparatos de Capilaridad. Tubos capilares de diámetros diversos. Sustancias a ensayar. Paño de limpieza.
PROCEDIMINETO EXPERIMENTAL 1. Asegúrese de que los tubos capilares estén totalmente limpios. 2. Llénese el recipiente con el liquido a ensayar hasta el nivel de llenado indicado en el aparato. 3. Insertar los tubos capilares en el liquido hasta el nivel superior de la forma indicada. 4. Observar en el tubo capilar el ascenso del liquido. En especial la rapidez con que alcanza su altura. 5. Tomar las alturas alcanzadas en los diferentes tubos. 6. Repetir los pasos anteriores para los demás líquidos a ensayar.
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PRACTICA NO . 4 MANOMETRIA OBJETIVOS El objetivo de esta práctica es medir el error que puedan registrar los manómetros existentes en el laboratorio con la máquina de calibrar manómetros.
MARCO TEORICO Instrumentos para medir presiones. La presión es la fuerza normal que empuja contra un área plana dividida por el área. Existen varios instrumentos destinados a medir la presión. Entre estos están el manómetro y el barómetro así como distintas modalidades de los mismos. El manómetro es un instrumento destinado para medir las presiones de los gases líquidos. Se fundan en la relación existente entre los volúmenes de una masa gaseosa y las presiones a las que se somete. Manómetros diferenciales. 1. El manómetro de aire o co1umna de mercurio: consiste en tubo de vidrio encorvado en forma de sifón, abierto en sus extremidades y que contiene mercurio. Una rama es larga y de pequeño diámetro y va verticalmente colocada sobre una escala graduada en milímetros; la otra de un diámetro mayor, está en comunicación con el gas liquido. La presión hace subir el mercurio por la rama larga, leyéndose en la escala la graduación correspondiente. Es de gran precisión por lo que es utilizado en laboratorios. 2. El manómetro de aire comprimido: tiene el tubo largo cerrado en la parte superior, el mercurio al subir comprime el aire que contiene y puede medir grandes presiones. 3. El manómetro metálico: está fundado en la propiedad que tienen los tubos metálicos curvados, que encierran un gas con presión diferente a la exterior, debe rectificarse a medida que la presión aumenta. Los barómetros son instrumentos que sirven para medir la presión atmosférica y por consiguiente, la altura a la que nos encontramos sobre el nivel del mar y para predecir las variaciones del tiempo. Su nombre proviene del griego baros = peso, y metron = medida.
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DIFERENTES TIPOS DE BAROMETROS 1. El barómetro de mercurio (el de cubeta, el normal y el de cuadrante): son tubos de Torriceli (tubos de vidrio de un metro de largo, cerrado en un extremo y llenos de mercurio) aplicados sobre una escala graduada cuyo cero corresponde al nivel de la cubeta. 2. El barómetro metálico o aneroides: son cajas metálicas, herméticas y vacías de aire, cuyas paredes se deprimen según las variaciones de la presión atmosférica. De este es el llamado barógrafo, que registra la presión atmosférica en un tambor giratorio. Los altímetros, son barómetros aneroides utilizados por los aviadores, topógrafos, alpinistas, etc, para medir alturas. En cuanto a las predicciones del tiempo mediante la lectura del barómetro, se basan en que cuando éste sube, indica que la presión es alta, lo que anuncia buen tiempo; mientras que si la presión atmosférica disminuye, el tiempo será malo o tormentoso.
MANOMETROS DE BOURDON El manómetro de Bourdon es uno de los instrumentos más utilizados para medir las presiones atmosférica. Consiste en un tubo metálico hueco, de sección transversal elíptica, doblado en la forma de un circulo. Un extremo de el tubo se fija en el marco, y el otro extremo puede moverse. Este último extremo acciona un indicador mediante un enlace apropiado. Al aumentar la presión al interior del tubo, la sección transversal elíptica tiende a hacerse circular y el extremo libre del tubo de Bourdon se desplaza al exterior. Se puede establecer un cuadrante o una escala de presiones a partir de la calibración del instrumento. La escala del cuadrante se puede graduar de acuerdo con un sistema de unidades conveniente, siendo los más comunes: -
Libras sobre pulgadas cuadradas Libras sobre pie cuadrado Pulgadas de mercurio Pies de agua Centímetros de mercurio Milímetros de mercurio Kilogramos - fuerza sobre centímetro cuadrado
La posición del extremo libre del tubo de Bourdon depende de la diferencia de presión atmosférica estándar es la presión media a nivel del mar (29.92 pulg de Hg). Una presión que se expresa mediante una columna de liquido se refiere a la fuerza por unidad del área que actúa sobre la base de la columna.
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos La relación entre la variación de la presión con la profundidad en un liquido, indica también la relación entre la carga h, expresada como la longitud de una columna de fluido de peso especifico g y la correspondiente a la presión p ejercida por dicha carga. Si el peso especifico de un líquido se expresa como el producto de su gravedad específica 5 y el peso específico del agua, la ecuación resulta: P=gw(Sh) Calibrador para nianometros. Este equipo permite calibración de manómetros de precisión con error muy reducido. La pesa colocada sobre el pistón a la derecha, transmite tuerza por medio del líquido que pasa por debajo del resorte Bourdon del manómetro de prueba. El pistón suplementario sirve para mover la pesa de su eventual posición inicial de reposo en modo tal de asegurar que toda la fuerza sea transmitida al manómetro en prueba. El líquido de llenado puede ser aceite neutro o agua destilada.
ESPECIFICACIONES Calibrador completo de pistón accionado & mano, empalme y reducción para manómetros de 1/4"-3/8".
- Patas regulables - Burbuja de aire para controlar la posición horizontal. - Recipiente para el fluido con válvula de aguja para el llenado y purga del aire. - Muebles de apoyo. - Set de pesas calibradas.
PRUEBAS POSIBLES - Pruebas de calibración con presiones en aumento - Pruebas de calibración con presiones en disminución.
- Determinación del error en función del campo escala.
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DESCRIPCION DE LA MAQUINARIA Nuestro BANCO DE MANOMETROS tipo "A PESAS" consiste en un calibrador a pesas apto para presiones de 0,5 a 100 Kp/cm2 con incrementos mínimos de 0,5 Kp/cm2. Consiste en una estructura metálica fundida que contiene un circuito oleodinámico formados por dos pistones (el primero comandado por medio de un volante, mientras el segundo actúa sobre el plato portapesas) y las relativas conexiones.
Al extremo son visibles: - El aro 2 portamanómetro con dado a fileteado doble obrante contemporáneamente sobre el aro y sobre la conexión fileteada del manómetro de probar. - El depósito de que expansión para aceite, con manopla para accionar la válvula a aguja que, cerrada, permite puesta a presión atmosférica necesaria para el sostenimiento de los manómetros por probar. - El nivel de burbuja de aire con acción bidimensiorial. - Plato portapesas. - Indicador en el cual se señalan los niveles de referimiento de la posición de reposo y para la posición de equilibrio de las presiones. - Los patitas regulables para poner la maquinaria a nivel de burbuja. NOTA; A lo largo del asta de la válvula a aguja (sobre la tapa del vaso de expansión) se encuentran dos guarniciones o ring. de repuesto de la que está colocada en el pistón.
INSTALACION, USO Y MANTENIMIENTO Para iniciar las experiencias y verificaciones de calibración es necesario llenar de aceite el circuito oleodinámico y verificar la total ausencia de burbujas de aire en su interior. Para hacerlo es necesario actuar de la siguiente manera: 1.) Poner a nivel de burbuja de aire la maquinaria sirviéndose de los piececitos reguladores y controlando en nivel. 2.) Llevar el pistón de compresión a la posición de cierre máximo girando el volante en la dirección de los punteros del reloj. 3.) Destornillar completamente y extraer la válvula a aguja comandada por la manopla. 4.) Después de retirar la tapa llenar hasta la mitad e~ vaso de expansión con aceite entregado junto a la maquinaria o con aceites similares
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos 5.) Llevar el pistón de compresión lentamente, con una rotación antihoraria del volante, a la posición de abertura máxima rellenado con mas aceite el vaso de expansión, poco a poco y a medida que el nivel de ésta baja. 6.) Inserir nuevamente la válvula a aguja llevándola al cierre máximo y sacar la tapa de protección del aro portamanómetros. 7.) Comprimir por medio del volante, el aceite contenido en el pistón hasta hacer rebosar una gota desde el aro portamanómetros 8) Volver atrás con el pistón bajando el. nivel de aceite en ei aro hasta que éste se encuentre apenas sobre la guarnición. 9.) Inserir el primer manómetro en prueba y apretarlo con el dado por medio de una llave No. 27 (se aconseja de detener además el manómetro con una llave). 10.) Sacar nuevamente la válvula a aguja y hacer algunos ejercicios completos con el pistón de comprensión; se hacen notar que, en fase de compresión, una pérdida de aire se efectúa en la válvula de fondo del estanque de compresión; los ejercicios completos con el pistón de compresión se hacen hasta que desaparezca completamente la dicha pérdida de aire. 11.) Llevar el pistón a una posición de máxima abertura. 12.) Inserir nuevamente la tapa y la válvula a aguja. Entonces la maquinaria será a punto para comenzar las pruebas. Nuestra instalación no tiene necesidad de ningún tipo de mantenimiento, excepto la limpieza normal y el control de calidad y cantidad de aceite que se debe efectuar por lo menos una vez al año.
PROCEDIMIENTOS DE LA PRACTICA 1. Sacar todas las burbujas de agua del interior de calibrador de manómetros. Esto lo realizamos girando el volante de una. manera suave para que no ocurra el fenómeno llamado comúnmente "sangrado". Cuando se termine de enroscar el volante se observa si existen burbujas de aire, si hay desenroscamos el volante y volvemos a realizar el procedimiento hasta que no exista burbujas. 2. Giramos el volante hasta volver al inicio, tapamos el orificio donde se encuentra el líquido y giramos un poco el volante hasta que se llene al nivel más bajo de liquido posible. 3. Colocamos el manómetro a calibrar y observamos un error inicial 4. Colocamos una pesa en el platillo de porta pesas. 5. Empezamos a girar el volante de una manera suave y mientras se hace esto se debe hacer girar la pesa sin ejercer presión sobre ella para disminuir la fricción.
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos 6. Nos aseguramos de que la aguja indicadora del manómetro marque el mismo valor de la pesa, y cuando esto ocurra la pesa debe subir hasta que su parte más baja alcance la marca. Si la pesa alcanza la marca y la aguja del manómetro no ha mercado el mismo valor de la pesa, se toma la diferencia entre ambos para encontrar el error existente.
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PRACTICAS NO. 5 Y NO.6 PERDIDAS EN TUBERIAS OBJETIVOS DE LA PRACTICA Determinar las perdidas de carga en tuberías y accesorios de diferentes diámetros a fin de que el estudiante pueda visualizar la importancia de las mismas, y que pueda comprobar como varían las perdidas según que el flujo sea a lo largo de una tubería o cuando discurre a través de accesorios y piezas especiales.
EQUIPOS, A UTILIZAR
El Rezometrico Flujometro Tuberías de diversos diámetros o diferentes formas (o tamaño) Tubería de PVC recta y curva Tubería contado
MARCO TEORICO Un proceso puede definirse como la trayectoria de la sucesión de estado a través de los cuales pasa el sistema, tales como los cambios de velocidad, elevación, presión, densidad, temperatura, etc. Cuando es posible que. un. proceso se lleve a cabo de tal manera que pueda ser invertido, es decir que regrese a su estado original sin ningún cambio final ya sea en el sistema o a sus alrededores, se dice que es reversible. En cualquier situación de flujo de fluido real. O cambio en un sistema mecánico, los factores de fricción viscosa o de COULOMB,. Expansión no limitada, hiteresis, etc., impiden que el proceso sea reversible. Es, sin embargo un ideal a lograr en procesos de diseño y la eficiencia de ellos se define generalmente en términos de su proximidad a la reversibilidad. Cuando cierto proceso tiene un solo efecto sobre sus alrededores se dice que se ha realizado un trabajo en sus alrededores, un proceso verdadero es irreversible, la diferencia entre la cantidad de trabajo que una sustancia puede llevar a cabo al cambiar de un estado a otro a lo largo de una trayectoria reversible y el trabajo real que produce para la misma trayectoria se denomina irreversibilidad del proceso. Puede definirse en ciertas condiciones, la irreversibilidad de un proceso se denomina trabajo por unidad de tiempo. Bajo ciertas condiciones la irreversibilidad de un proceso se denomina trabajo perdido, es decir, es la perdida de capacidad para realizar trabajo debida a la fricción y a otras causas.
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos Las perdidas que ocurren en tuberías debido a dobleces, codos, juntas, válvulas, etc., se llaman perdidas menores . Nombre del cual podemos considerar incorrecto porque en muchas ocasiones son mas importantes que las perdidas debidas a la fricción en el tubo pero el nombre es convencional. Las perdidas menores ocurren de una manera puntual mientras que la fricción y viscosidad ocurren de una manera distribuida. En casi todos los casos la perdida menor se determina por experimentos.
PERDIDAS LOCALES Las tuberías de conducción que se utilizan en al practica están por lo general compuestas por tramos rectos y curvos para ajustarse a los accidentes topográficos del terreno, así como a los cambios que se presentan en la geometría de la acción y los distintos dispositivos para el control de las descargas (Válvulas y Compuertas). Estos cambios originan perdidas de energía,. distintas a las de la fricción localizadas en el mismo lugar de cambio de geometría o alteración de flujo. Su magnitud se expresa como una fracción de la carga de velocidad, inmediatamente aguas abajo del sitio donde se produjo la perdida.
DETERMINACION DE PERDIDAS DISTRIBUIDAS PARTE A Para una tubería a cota constante (las secciones de entrada la salida a la misma altura) y a sección constante (diámetro de la tubería) las perdidas distribuidas debido a fricción en la paredes, puede expresarse con la relación: Donde: Op =PI-P2 =K(Q2) K = Op/Q2 Op =Perdida de carga en metros de. columna de agua (MH2O} P = Presiones en metros de columna de agua (MH2O) K = factor de perdida Q = Caudal en unidades de volumen por tiempo determinado Usualmente para cada tubería se encuentran tabuladas las perdidas unitarias (P) en milímetros de columnas de. agua por metro. de. tubería en función del caudal o de las constantes (K) independientes del caudal, definidas de la siguiente manera:
K=P/Q Estos dos parámetros se obtienen experimentalmente en forma muy simple P=(1000 OP) I L = Longitud del tubo considerado en metros (m) K = se obtiene con la misma definición vista más arriba
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PROCEDIMIENTO PARTE A 1.- Montar tubo rectilineo a cuota constante y concreta las piezometricas en la primera y en la segunda toma de presiones. (las mismas pruebas se pueden efectuar con una de estas dos relaciones) 2.- En por lo menos tres caudales diversos medir a régimen: Presión estática inicial (MH2O) Presión estática final (MH20) La longitud L de el tubo considerado en metros 3.- Calcular para cada prueba las perdidas. (P=P-P2 ) 4. - Calcular el factor de perdida 5.- La perdida P 6.- Calcular la constante K
DETERMINACION DE PERDIDAS EN LAS CURVAS PARTE B La instalación posee tubos de pruebas con curvas a greca y con curvas a 800° circulares. En este experimento se utiliza siempre el de circulares. Se procede como la experiencia anterior, pero considerando los órganos de interjección regulables y determinados del caudal con su grado de estrechamiento. En general interesa conocer la Ley de correspondencia entre grado de estrechamiento y perdidas.
Cada tipo de válvula se construye con ciertas exigencias. Las válvulas más comunes son: • • •
Valvulas de Compuertas Valvulas de Hongo Valvulas de Agujas El factor de perdida relativo a una curva doble se determina por medio de la formula:
Kp=((P1 -P2)/ NI+(P1-P3)/N2+. . +(P1-Pn/Nn/M)
Ko=Kp/Q2( 1/L))
Donde: Kp= promedio de los puntos. Ko= coeficiente de corrección de perdidas. M= Numero de punto tomado en cuenta N1, N2, Nn = Números de curva dobles existentes entre un punto de toma de presión y el siguiente. Q= Caudal relativo en litro por segundo (L/s). P= Presión en los puntos considerados en al practica en metros de la columna de agua(MH2O). L= Longitud total de tubo tomando en cuenta las curvas dob ¡es.
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de los Fluidos l = Longitud de una curva doble 2or.
PROCEDIMIENTO PARTE B 1 - Montar las tuberias con las curvas en la conexión a cuota constante. 2. - Insertar los pizometros en los bordes inicial, final y los intermedios. 3.- Regular el caudal por medio de la valvula de impulsión de la bomba 4.- Medir: • Las presiones estaticas en cada punto • El numero de curvas dobles 5.- Variar el caudal y repetir las medidas.
ANALISIS DE LOS RESULTADOS 1. - Realizar una grafica con los caudales Vs, los coeficientes de perdidas para • La Practica A • La Practica B 2. - Realizar una breve investigación sobre la vida de DANIEL BERNOULLI y sobre el banco de pruebas de Perdida de Carga. 3. - Investigar sobre la formula de DARCY-WESBACH
GUIA DE SINTESIS 1. - Por que son causadas las perdidas en el experimento? 2. - Como deben ser las perdidas en tuberias con curvas comparandolas con las tuberias rectas? 3. - Podriamos decir que las perdidas en tuberias rectas de gran longitud podrian ser despreciables? Por que? 4.- Mientras mayor es el caudal como son las perdidas?
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