LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS FLUJO A TRAVÉS DE UN VENTURI
John Garay Quilaguy Gr!an Danilo D"ia Gu#irr$ Ga%ril &l"ar$ Migul A'ro Ji%r Ro!ro Ry
ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES INGENIERIA EN MECANICA OCTUBRE DE ()*+ BOGOT&
OBJETIVOS GENERAL Comprobar las teorías estudiadas y vistas en el aula de clase con respecto a los efectos generados por las presiones y velocidades de los fluidos dentro de tuberías con modificación de áreas internas o secciones.
OBJETIVOS ES,ECIFICOS • • •
Conocer y familiarizarse con el manejo de equipos de banco experimental. Analizar las relaciones entre caudal, presión y velocidad en un tubo enturi. !btener resultados reales prácticos para con ellos generar conclusiones que nos lleven a la comprensión del sistema enturi.
INTRODUCCION "l presente laboratorio le permite al lector tener el conocimiento real acerca de los efectos presentes en el tubo enturi para así poder si se quiere realizar aplicaciones en la vida práctica. "l tubo enturi fue inventado o creado por #iovanni $autista enturi y a quien debe su nombre% el argumentaba que con este podría medir la cantidad de flujo en un tiempo determinado basado en la perdida de presión que se genera en un fluido al pasar por este tubo, al medir las diferencias de presiones entre el diámetro normal de la tubería y la sección estrec&a se podría calcular el caudal instantáneo. "n la actualidad este proceso es utilizado en la medición de velocidades de flujo en diversas áreas como la industrial, automotriz, aeronáutica y &asta en las ciencias de la medicina como la cardiología, neumología y la odontología.
MARCO TEORICO "l 'ubo enturi es un dispositivo que origina una p(rdida de presión al pasar por (l un fluido. "n esencia, consta de una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. )a presión varía en la proximidad de la sección estrec&a% así, al colocar un manómetro ó instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y &ace posible calcular el caudal instantáneo. "n el dise*o del flujómetro neumático están vinculados los siguientes dispositivos+ )inealizador, 'ubo de desarrollo, oto entilador y una Caja de control. -ara "l correcto desarrollo de la práctica se deben tener en cuenta las siguientes ecuaciones "cuación de continuidad ��
•
insal/ dm0dt 1onde este t(rmino se &ace cero porque no &ay variación de la masa respecto al tiempo dm0dt/2
"ntonces in/msal 'ambi(n sabemos que+
•
3/4A 3in/3sal "cuación de $ernoulli+
•
2
P 1 V 1 + γ 2g
2
P 2 V 2 + Z 1= + γ 2g
+
Z 2
TEORIA DEL ,ROBLEMA -ara los cálculos que requerimos &acer utilizaremos la ecuación de $ernoulli la cual nos ayuda a encontrar los valores de presión en dos diferentes puntos de un mismo sistema &idráulico. "n esta ecuación contemplamos valores de presiones, velocidades, alturas y el peso específico del fluido que para este caso es agua. 1e la ecuación de $ernoulli no tendremos en cuenta las alturas ya que estamos trabajando con un tubo enturi ubicado de forma &orizontal y por tal motivo no existiría diferencia entre estas alturas. 'ambi(n se &ará uso del principio físico en el cual se conoce que el caudal es constante en cualquier punto del sistema de tubería.
E'ua'i-n . Brnoulli/ 2
P 1 V 1 + γ 2g
2
P 2 V 2 + Z 1= + γ 2g
+
Z 2
,RESENTACION DE BANCO E0,ERIMENTAL
TUBO VENTURI 1 ,IE2OMETRO
TANQUE DE CAUDAL
E0,ERIENCIA 1 ,ROCEDIMIENTO E0,ERIMENTAL
"l procedimiento para llevar a cabo este laboratorio consiste en ubicar en un piezómetro conectado a un tubo enturi diferentes alturas que nos permitieran tener una diferencia entre una medida y otra, para variar las medidas de altura, se manipula la presión que ejerce la bomba sobre el flujo en el tanque de caudal para aumentar o disminuir el mismo, este caudal circula a trav(s del piezómetro y pasa por el tubo enturi.
'omamos tres medidas distintas de presión en la salida de la bomba para obtener tres caudales distintos y con ellos ubicamos las alturas en el piezómetro en cuatro puntos distintos. A medida que variamos el caudal tambi(n cambiaban las alturas en el piezómetro.
)uego de realizada la experiencia se procede a realizar el cálculo de presiones y velocidades del flujo en los 5 puntos del tubo enturi a evaluar.
DATOS OBTENIDOS ,OR E0,ERIENCIA CAUDAL
ALTURAS 3!#ro45
67,8 litros0min.
2,966
2,2:6
2,9;
2,9;
68,< litros0min.
2,268<
2,2;<
2,956
2,956
68,8 litros0min.
2,6: m
2,226
!,92: m
2,92:
DATOS OBTENIDOS ,OR CALCULOS DIAMETRO MA1OR () !! DIAMETRO MENOR *) !!
Presión: H. Medida X Peso especifco Con Caudal 1: Q = 29,8 Litros/Minuto. Presión Punto 1: 0,322m x 9790 N/m3 = 3152,38 Pascales. Presión Punto 2: 0,062m x 9790 N/m3 = 606,98 Pascales. Presión Punto 3: 0,37m x 9790 N/m3 = 3622,3 Pascales. Presión Punto : 0,37m x 9790 N/m3 = 3622,3 Pascales.
Con Caudal 2: Q = 29,5 Litros/Minuto. Presión Punto 1: 0,0295m x 9790 N/m3 = 288,805 Pascales. Presión Punto 2: 0,075m x 9790 N/m3 = 65,025 Pascales. Presión Punto 3: 0,32m x 9790 N/m3 = 338,18 Pascales. Presión Punto : 0,32m x 9790 N/m3 = 338,18 Pascales.
Con Caudal 3: Q = 29,9 Litros/Minuto. Presión Punto 1: 0,26m x 9790 N/m3 = 255, Pascales. Presión Punto 2: 0,002m x 9790 N/m3 = 19,58 Pascales. Presión Punto 3: 0,306m x 9790 N/m3 = 2995,7 Pascales. Presión Punto : 0,306m x 9790 N/m3 = 2995,7 Pascales.
Velocidad: Caudal/ Área Transversal. Con Caudal 1: Q = 29,8 Litros/Minuto. = 4,96x10E4 !3/s"#.
Áreas: P1: 1,57x10E-4 m2. P4:1,57x10E-4 m2.
P2:0,39x10E-4m2.
P3: 1,57x10E-4 m2.
!eloci"a" Punto 1: #,96x10$%m3/se&.' / 1,57x10$% m2 = 3,15 m/se&. !eloci"a" Punto 2: #,96x10$%m3/se&.'/ 0,39x10$% m2 = 12,71 m/se&. !eloci"a" (unto 3 ) : #,96x10$%m3/se&.'/ 1,57x10$% m2 = 3,15 m/se&.
Con Caudal 2 Q = 29,5 Litros/Minuto. = 4,91x10E4 !3/s"#. !eloci"a" Punto 1: #,91x10$% m3/se&.'/ 1,57x10$% m2. = 3,12 m/se&. !eloci"a" Punto 2: #,91x10$% m3/se&.'/0,39x10$% m2. = 12,58 m/se&. !eloci"a" (unto 3 ) : #,91x10$% m3/se&.'/ 1,57x10$% m2.= 3,12 m/se&.
Con Caudal 3 Q = 29,9 Litros/Minuto. = 4,98x10E4 !3/s"#. !eloci"a" Punto 1: #,98x10$% m3/se&.'/ 1,57x10$% m2. = 3,17 m/se&. !eloci"a" Punto 2: #,98x10$% m3/se&.'/ 0,39x10$% m2. = 12,76 m/se&. !eloci"a" (unto 3 ) : #,98x10$% m3/se&.'/ 1,57x10$% m2. = 3,17 m/se&.
ANALISIS DE RESULTADOS
)uego de realizada la experiencia en el laboratorio y los cálculos para &allar las presiones y velocidades presentes en cada uno de los puntos encontramos que la presión es directamente proporcional a la columna de agua a la que es sometida es decir entre más altura mayor presión tenemos, tambi(n encontramos que la velocidad del flujo es inversamente proporcional al diámetro de la tubería, es decir entre mayor diámetro menor velocidad de flujo encontramos.
A continuación encontramos dos gráficos donde nos muestra estos análisis.
000 3500 3000 2500 - = 29,8 /min
2000
- = 29,5 /min
1500
- = 29,9 /min
1000 500 0 P*N+ 1
- = 29,9 /min - = 29,5 /min P*N+ 2
$lustra%i&n 1 '(E)$*+ ) C--L
P*N+ 3
- = 29,8 /min P*N+
1 12 10 8 6 2 0
-=29,8 /min -=29,5 /min -=29,9 /min
$lustra%i&n 2 EL*C$- ) C--L
"n la primer ilustración observamos que la presión es mayor donde el punto es más alto y en la segunda vemos como aumenta la velocidad a medida que el diámetro disminuye.
CONCLUSIONES
Al revisar los resultados obtenidos por medio de la práctica experimental en el banco del laboratorio se logra identificar que es posible aplicar los conocimientos teóricos en un ejercicio real, ya que estos son consistentes a las teorías y argumentos científicos. =e identifican que el banco presenta una excelente opción para la aclaración de dudas con respecto a los planteamientos de las teorías del se*or $ernoulli. "l manejo del banco experimental del laboratorio genera &abilidades prácticas y cuestionamientos de momento que no son fácil de analizar en las aulas normales de clase ya que este enfrenta al estudiante a situaciones problemáticas que solicitan de soluciones inmediatas, adicionalmente de ubicar a cualquier persona que maneje el banco en una situación real de trabajo en una empresa cualquiera.
