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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

Danil Andrade madon 180265 Yeixon quintero 180334 Angel Duarte 180353 Wilfredo Pacheco 180

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTAD DE INGENIERIAS OCAÑA 2012

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS

LABORATORIOS DE MECANICA DE FLUIDOS

DANIL ANDRADE MADON 180265 YEIXON QUINTERO 180334 ANGEL DUARTE 180353 WILFREDO PACHECO 180

Trabajo Presentado Para La 3 Nota De La Materia De Mecánica De Fluidos

PRESENTADO A LEONARDO NAVARRO INGENIERO MECANICO ESPECIALISTA EN DOCENCIA UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTAD DE INGENIERIAS OCAÑA 2012

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS AGRADECIMIENTOS Laboratorio de mecánica de fluidos Universidad francisco de Paula Santander

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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS PRACTICA N° 1 MEDIDA DE VISCOSIDAD OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Describir e implementar el método de análisis de viscosidad de un fluido mediante el uso de viscosímetro de hoopler junto con las variables que afectan la medida. OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer el manejo adecuado del viscosímetro de hoopler. Identificar los cambios que se presentan en el análisis de la propiedad fundamental de los fluidos, la viscosidad. Conocer y describir bajo que fuerzas o esfuerzos actúan los fluidos. Comprender la variación de la viscosidad debido al cambio de temperatura. Procesar datos de tiempo y de temperatura para calcular la viscosidad. Graficar viscosidad vs tiempo en papel semilogaritmico. BASE TEORICA La mecánica de fluidos es el área de la ingeniería que estudia el comportamiento de los fluidos ya sea que permanezcan en reposo o estén en movimiento. En el desarrollo de sus principios algunas propiedades son importantes y otras pocos menos o nada. Una de las propiedades más importantes es la viscosidad, la cual se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido. La viscosidad se define como la resistencia de un fluido a fluir. INSTRUMENTOS DE MEDIDA Viscosímetro de foco Termómetro Cronometro Densímetro

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS PROCEDIMIENTO Medir la densidad relativa de la sustancia problema con ayuda del densímetro. Verificar que las condiciones del equipo sean optimas como el nivel de agua en el termostato y en el viscosímetro. Deposite la sustancia problema en el capilar, procurando que no quede ninguna gota de aire dentro del tubo. Seleccione la esfera adecuada y déjela caer dentro del tubo, posteriormente comience a medir el tiempo de caída de la esfera seleccionada mínimo tres veces con el fluido a las siguientes temperaturas: Temperatura ambiente, la esfera debe entrar en el líquido y permanecer en el sin producir burbujas. EVALUACION La viscosidad dinámica se mide en centipoises, en el sistema de unidades C.G.S antiguo. No obstante el estudiante debe sustituir las unidades al S.I donde La viscosidad dinámica en centipoises se calcula por la formula: ( ) K=constante de la esfera a utilizar densidad de la esfera (g/cm3) densidad del flujo (g/cm3) t=tiempo de caída de la esfera Tanto K y ρ se encuentran en la tabla del catálogo del viscosímetro. ESFERA N°=3

K=0.12865

sg de la bola= 8.0108

W de la bola=16.0221 gramos Angulo de inclinación: 80 Distancia de la caída: 10 cm

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Temperatura °C

t1 (seg.)

t2 ( seg )

t3 (seg.)

26.5 55 70

88.63 18 8.87

88.09 17.35 8.91

87.13 17.66 8.59

Tiempo promedio en seg. 87.95 17.67 8.79

6. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Con los datos obtenidos de tiempo se calculan el valor de la viscosidad para cada una de las temperaturas. Realiza una gráfica de viscosidad vs temperatura. Investigar otros métodos de medir viscosidad. Consultar sobre los grados de viscosidad SAE 50 e ISO. Que es índice de viscosidad. Haga un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio, elabore sus propias conclusiones y recomendaciones.

7. Viscometro Hoopler Distancia de la caída de la esfera: 10cm Angulo de inclinación 80 BOLA

1 2 3 4 5 6

Diámetro de la bola 20°c(mm) 15.8313 15.6345 15.669 15.002 13.546 10.000

Peso de la bola en gramos 4.6120 4.4580 16.0221 14.3890 10.0323 4.0928

Gravedad especifica a 20°C 2.233 2.233 8.0108 8.139 7.708 7.817

Constante de la bola 0.0105948 0.075413 0.12865 1.2094 10.097 40.02

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS 8. SOLUCION E INTERPRETACION DE DATOS

La viscosidad que se va a hallar es dinámica y se mide en centipoises 1 poise=Dina-s/cm²=0.01019 Kg-s/m²=0.0000'1 N-s/m²  = K ( 1- 2).T K = constante de la esfera a utilizar  1 = densidad de la esfera gr./cm³  2 = densidad del fluido gr/cm³ T = tiempo de caída de la esfera. Luego procedemos a hallar las diferentes viscosidades cinemáticas, trabajaremos con un aceite sae 50w

densidad del aceite sae 50w

 25°ckg/m^3 55°c= 896 kg/m^3 c= 876 kg/m^3

K 0.12865 0.12865 0.12865





8010.8 8010.8 8010.8

902 896 876

b. realizar grafica viscosidad vs temperatura

TIEMPO SEG 87.95 17.67 8.79

 80434.4 16173.6 8068.2

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OBJETIVO OBJETIVO GENERAL Observar y determinar mediante el banco de Reynolds la diferencia entre flujo laminar, de transición, y turbulento. OBJETIOS ESPECIFICOS Conocer cualitativamente la diferencia entre flujo laminar y turbulento. Calcular el parámetro llamado número de Reynolds y entender su uso y utilidad. Apreciar visualmente la distribución de la velocidad a través del área del flujo. BASE TEORICA El comportamiento de un fluido, particularmente con respecto a las perdidas de energía, depende fundamentalmente del tipo de flujo (laminar, de transición, y turbulento), esto se puede predecir si se conoce la magnitud de un numero adimensional conocido como numero de Reynolds, de puede verificar analíticamente y experimentalmente que el carácter de flujo en un conducto

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS redondo depende de 4 variables; la densidad (ρ) y la viscosidad del fluido (µ), el diámetro del conducto (D), y la velocidad promedio del fluido (v). ISTRUMENTOS Aparato de Reynolds Cronometro Termómetro Calibrador y/o flexometro Recipiente o probeta graduada PROCEDIMIENTO

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PRACTICA N° 5 CALIBRACION DE MEDIDORES DE FLUJO 1. OBJETIVOS

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS OBJETIVO GENERAL Distinguir instrumentos de medición de flujo como requisitos para medir caudales en tubería. Conocer los dispositivos de medidores de flujo implementación de estos en la practica OBJETIVOS ESPECIFICOS Describir los factores que se consideran en un sistema de medición como son: placa de orificio, tubo venturi, boquilla y rotámetro. 2. BASE TEORICA En el sistema de medición de flujo se debe tener en cuenta algunas razones importantes como son la elevación, la presión, la velocidad, la temperatura y la concentración. 2.1 PLACA DE ORIFICIO Se utiliza para medir el caudal de salida de un dispositivo la placa pleno lleva un orificio a travez del cual fluye el fluido, la contracion experimentada por un fluido es considerable, el punto de secio n transversal de la vena liquida se encuentra entre una y dos diámetros de orificio aguas abajo y en esta zona se determina la presión para poder hallar la diferencia 2.2 TUBO VENTURI El tubo venturi se utiliza para medir la taza de flujo en una tubería, generalmente es una pieza de fundida que consta: a. Un porción de agua arriba tiene un revestimiento de bronce contiene anillos piezometricos para medir la presión estática b. Una región canoníca convérgete c. Una garganta cilíndrica d. Una región conica gradualmente divergente; contiene un manometro diferencial que conecta los dos anillos piezometricas, en ellos la velocidad aumenta y la energía de presión disminuye ligeramente y tiene muchos aplicaciones en la vida diaria principalmente cuando se va a inyectar a un liquido dentro de una corriente de aire 2.3 BIQUILLA Consiste en una placa de orificio central donde no existe salidad divergente, por lo tanto la zona de entrada queda convertida en una forma mas redondeada donde el cociente de contracion es la unidad. Estas boquillas tienen una desventaja que de las perdidas totales on mucho mas grandes debido a la falta de guía del chorro de aguas debajo de la aberturas de la boquilla 2.3 ROTAMETRO

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS Es un medidor de area variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidro de flotador(mas pesado que el fluido), el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal, el flotadro sirve para originar una diferencia constante de presión y su posición depende del caudal de fluido que este circualndo por el en cada instante 3. APARATOS Banco de prueba para medidores de flujo Cronometro 4. PROCEDIEMIENTO Revisar en cada una de las conexiones flexibles de los manometros diferenciales qie estén sin aire Revisar que las valvulat de corte tanto para flujo como para los manometros difereb¿nciales estén totalmetne cerrados. Abrir las válvulas de corte para el manometro diferencial que se utilizar. Abrir ligeramente la valvula de paso del dispositivo que se va a utilizar. Poner en funcionamiento la bomba y verificar que este cebada, si se encuentra funcionando correctamente procedemos a tomar lecturas para diferentes caudales, se deben tomar por lo menos tres lecturas de volumen y tiempo para apertura de la valvula. Si la bomba no esta cebeda se apaga y se ceba y se pone en funcionamiento nuevamente Observación: para variar el caudal se debe variar la posición de la valvula de paso a la entrada de la bomba

Verifique las unidades para cada variable, estas deben ser coherentes y las respectivas para cada sistema

5. CALCULO TIPO Para calcular el caudal para el tuvo venturi, boquilla y placa de orificio se utiliza la siguiente ecuación

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2g Q=c*A

(

(p1  p2)



A1 )^ 2  1 A2

Q= caudal que pasa atravez de la tubería C= constante de cada acesorio (ver libro Robert mott- medidores de flujo) A1= area de la tubería a la entrada del acesrio A2= area del orifiocio G: gravedad

(p1 p2)



= caída de presión en cada acessorio

Los diámetros tanto de la tubería como la de cada dispositivo se pueden ver en la figura colocada en los bancos de pruebas. Los manometros de presión para el venturi y la boquilla son inclinados por lo tanto se ha de medir el angulo de inclinación para poder hallar la caída de presión 6. ANALISIS E INTERPRETACION Según el manual del dispositivo HM 150.13 los objetivos del laboratorio son a. b. c. d. e. f.

Comparar las diferentes velocidades de flujo en los diferentes puntos Medición del caudal con boquilla diafragma Medición del caudal con tubo venturi Medición del caudal con un area variable o contracion Familiarizarse con las diferencias de presiones que se presentan en los diferentes puntos Haga un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio, concluya y recomiende.

7. INFORME El informe debe cumplir las normas para la presentación de informes técnicos

8. BIBLIOGRAFIA MATAIX Claudio, mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas. Editorial Maria segunda edición

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS VEN TE CHOW, hidráulica de canales objetos. Editorial Mc Graw Hill RODRIGUEZ DIAZ Hector Alfonzo, hidráulica experimental, escuela colombiana de ingeniería ROBERT L MOOT mecánica de fluidos aplicada. Editorial prentice hall SOTELO AVILA Gilberto hidráulica general

9. SOLUCION E INTERPRETACION DE DATOS El HM 150.13 Aparato demostración contiene diferentes tipos de dispositivos de medición de flujo que están claramente establecidos con la tubería asociada en una hoja de metal. Así que la función se puede observar, los dispositivos de medición están hechos de plástico transparente. La velocidad de flujo se mide usando una boquilla, orificio, metro Venturi de flujo y de área variable medidor de flujo. Para determinar la tasa de flujo utilizando un inyector / orificio y con el medidor de flujo venturi, una presión diferencial dispositivo de medición se requiere. Esto se incluye en la forma de un manómetro de tubo múltiple de modo que la curva de presión a lo largo del medidor de flujo venturi también se pueden visualizar. El aparato se coloca en el HM 150 Banco de hidráulica básica, esto proporciona el suministro de agua a la unidad.El medidor de flujo que utilizamos es un HM 150.13 marca GUNT de fabricación alemana, que contaba con una plca de orficio y una contracion, estos tenían sus respectivos medidores de presión en puntos mostrados con su respectiva lectura de las presiones

MEDIDOR DE FLUJO GUNT HM 150.13

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ESQUEMA DEL MEDIDOR DE FLUJO HM 150.13

a. Comparar las velocidades en elos diferentes puntos para el caso de un caudal de Q=490 L/H = 0.0001m^3/s DATOS CONOCIDOS

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS Q=490 L/H = 0.00013m^3/s A1= 338.6 mm^2

A4=170.2 mm^2

A2=335.5 mm^2

A5=255.2 mm^2

A3= 84.6 mm^2

A6=338.6 mm^2

V1= Q/A1=0.0001/0.3386=0.000295m/s

V1= 0.000295m/s

V2=Q/A2=0.0001/0.3355=0.0003m/s

V2=0.0003m/s

V3=Q/A3=0.0001/0.0846=0.00118m/s

V3=0.00118m/s

V4=Q/A4=0.00013/0.1702=0.00076m/s

V4=0.00076m/s

V5=Q/A5=0.00013/0.2552=0.000509m/s

V5=0.000509m/s

V6=Q/A6=0.00013/0.3338=0.000295m/s

V6=0.000295

Podemos concluir del análisis de la velocidades en cada punto que la máxima velocidad se presenta en el punto 3 porque su área es mas reducida provocando que la velocidad aumente ANALISAMOS LAS VELOCIDADES DE NUEVO CON UN CAUDAL DE 400L/MIN=0.000111m^3/s A1= 338.6 mm^2

A4=170.2 mm^2

A2=335.5 mm^2

A5=255.2 mm^2

A3= 84.6 mm^2

A6=338.6 mm^2

V1= Q/A1=0.000111/0.3386=0.000327m/s

V1= 0.000327m/s

V2=Q/A2=0.000111/0.3355=0.000330m/s

V2=0.000330m/s

V3=Q/A3=0.000111/0.0846=0.00131m/s

V3=0.00131m/s

V4=Q/A4=0.000111/0.1702=0.00065m/s

V4=0.00065m/s

V5=Q/A5=0.000111/0.2552=0.00043m/s

V5=0.00043m/s

V6=Q/A6=0.000111/0.3338=0.00032m/s

V6=0.00032

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS ANALISAMOS DE NUEVO LAS VELOCIDADES CON UN CAUDAL DE 150L/H=0.0000416m/s

A1= 338.6 mm^2

A4=170.2 mm^2

A2=335.5 mm^2

A5=255.2 mm^2

A3= 84.6 mm^2

A6=338.6 mm^2

V1= Q/A1=0.0000416/0.3386=0.000122m/s

V1= 0.000122m/s

V2=Q/A2=0.0000416/0.3355=0.000123m/s

V2=0.000123m/s

V3=Q/A3=0.0000416/0.0846=0.000491m/s

V3=0.000491m/s

V4=Q/A4=0.0000.416/0.1702=0.000244m/s

V4=0.000244m/s

V5=Q/A5=0.0000.416/0.2552=0.000163m/s

V5=0.000163m/s

V6=Q/A6=0.000111/0.3338=0.000122m/s

V6=0.000122

CONCLUCION: se puede notar que al bajar el caudal las velocidades en todos los puntos bajan tambien pero en todos los casos la mayor velocidad se presenta en el punto 3

CUADRO COMPARATIVO CAUDAL VS PRESION CAUDAL Q

400L/h=0.000111m/s

PRESION EN LA PLACA DE ORIFICIO 8 CM DE HG=10665.76 pascales 4.5 CM HG=5999.49 pascales

150L/h=0.0000416m/s

1.5 CM HG=1999.83 pascales

490L/h=0.00013m/s

PRESION EN VENTURIMETRO 10 CM HG=13332.2 pascales 19.8 CM HG= 26397.75 pascales 34.5 CM HG= 45996.09 pascales

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METIENDO LOS DE CAUDAL VS PRESION EN VENTURIMETRO EN UN AJUSTE POTENCIAL NOS ARROJA EL SIGUIENTE RESULTADO DONDE EL EJE DE LAS Y SON LA PRESION EN EL VENTURIMETRO MIENTRAS QUE LAS X SON EL CAUDAL

DE IGUAL MANERA S PODEMOS OBSERVAR EN LAS EJES DE LAS X EL CAUDAL Y EN EL EJES DE LAS Y LA PRESION EN LA PLACA DEL ORIFICIO

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GRAFICO PRESION EN EL VENTURIMETRO PARA DISTINTO CAUDALES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS En este gráfico de las curvas, se observa como la caída de presión en la garganta del venturímetro es cada vez más abrupta, además se ve que a medida que aumenta el caudal aumenta la diferencia de presiones en cada punto del venturímetro, manteniéndose un sector en donde la presión es la misma para todos los caudales que se observa en el gráfico es entre los puntos 2 y 3, y entre los puntos 4 y 5. b. Medición del caudal en la boquilla: para todos los casos el caudal es el mismo para toda la tubería solo que en algunos casos por contracion o dilitacion de la tubería aumenta o disminuye la velocidad debido al cambio de las areas pero el caudal sigue siendo el mismo. DIAMETRO DE LA BOQUILLA SEGÚN EL MANUAL GUNT HM 150.13 ES DE 14MM REFRENCIA 1 Podemos medir la velocidad en ese punto con un caudal de 0.00013m^3/s Q= VA V=Q/A=(0.00013m^3/s)/( V=0.844m/s

(

)

)

c. El caudal ya lo conocemos con el rotámetro y la velocidad es la velocida 3 que hayamos previamente, d. Aplica también para el punto d, como ya se insistió el todo los puntos de la tubería el caudal es el mismo e. Sin duda se pudo comprobar que en todos puntos existe una presión que se pudo medir con los manometros, para las presiones influyen mucho las areas ya que a mayor area menor presión y viceversa también es necesario que según los momentos flexionantes que ocurren en los diferentes puntos de la tubería para cada presión existirá sin lugar a dudas una fuerza una aceleración que provocara un sacudimiento en la tubería, esto posible mente ocurra cuando la frecuncia del agua se iguales con la frecuencia de la tubería y la asíntota se torne al infinito *

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REFERENCIAS 1. http://www.gunt.de/static/s4196_1.php?p1=&p2=&pN=# 2. Vibraciones mecanicas de seto wilian 3.