• Author / Uploaded
• Manuel Vazquez M

• Categories
• Capa límite
• Velocidad del viento
• Presión
• Viscosidad
• Cantidad

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUATITLÁN CAMPO 4

FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

PRACTICA #3 “PERFIL DE VELOCIDADES”

Alumno: Vázquez Moreno Manuel Fernando Grupo: 1703 Profesor: Víctor Martínez Tovar Semestre: 2016-Il Fecha de Realización: 12/Septiembre/2016 Fecha de Entrega: 13/Septiembre/2016.

SEMESTRE 2017-1

OBJETIVO Conocimiento práctico del perfil de velocidades presentando en un flujo compresible en el interior de un ducto, así como la determinación de las causas que hacen variar la velocidad en diversos puntos de dicho flujo y aplicación del teorema de Bernoulli al tubo Pitot, para la obtención de velocidades puntules.

PREVIO Las velocidades en un canal no están uniformemente distribuidas. Esto se explica por los efectos que las resistencias cortantes del fluido en movimiento tienen en distintos puntos. Las líneas continuas del centro de la figura corresponden a isótacas (curvas de puntos de igual velocidad); las líneas laterales son los perfiles de velocidad en las correspondientes secciones verticales y las que se presentan en la parte superior de la figura son los perfiles de velocidad en las secciones horizontales indicadas. Bajo las condiciones de flujo laminar, la naturaleza de la viscosidad dicta un perfil de flujo donde la velocidad se incrementa en dirección al centro del tubo según se ilustra.

Con objeto de obtener la resistencia neta para que fluya un fluido laminar a través de un tubo, uno debe tener en cuenta el hecho de que diferentes láminas de flujo, viajan a velocidades diferentes y encuentran resistencias diferentes.

MATERIAL Tubo de Pitot Manómetro en U

PROCEDIMIENTO Se pone a funcionar el turbosoplador y se espera a que se estabilice el flujo, las lecturas se tomarán de la siguiente manera: Primeramente, se tomarán las lecturas para los puntos de coordenadas (Y0, X0), (Y0, X1), … (Y0, Xn) posteriormente los puntos (Y1, X0), … (Y1, Xn) y así sucesivamente hasta (Yn, Xn) y con ello cubrir toda el área transversal normal al flujo, dichas lecturas serán el resultado de colocar en cada ocasión el tubo de Pitot en cada uno de los puntos mencionados y de leer la medición correspondiente en el manómetro diferencial. Para esto habrá necesidad de tomar la precaución de que dicho tubo de Pitot, se encuentre siempre lo más paralelo posible a las líneas de corriente para que las lecturas sean correctas. Con estas lecturas se podrán determinar la velocidad de la línea de corriente en cada punto y así poder trazar las curvas de perfil de velocidades, una a lo largo del eje Y, y la otra a lo largo del eje X, respectivamente. Finalmente, para determinar el caudal que circula en el ducto habrá de calcular la velocidad media del fluido y para esto habrá que encontrar la media aritmética de las raíces cuadradas de las presiones dinámicas. Una vez obtenida la velocidad media se podrá obtener el caudal auxiliándose de la ecuación de continuidad.

TABLAS DE LECTURAS a (cm)

b (cm)

Temperatura °C

10

10

18

Peso Específico del aire (N/m3) 9.15

Peso Específico del agua (N/m3) 9810

X

Y

Presión Dinámica en mts. col. agua

X1 X2 X3 X1 X2 X3 X1 X2 X3

Y1 Y1 Y1 Y2 Y2 Y2 Y3 Y3 Y3

0.009 0.011 0.01 0.012 0.017 0.015 0.012 0.014 0.011

CÁLCULOS FORMULARIO T = 18 °C +273 K = 291.15 K R = 287 Nm/Kg°K Patm = (585 mmHg)(133.32 Pa/1 mmHg) = 77 992.2 Pa = 77 992.2 N/m 2 P/RT = φaire = 0.9333 Kg/m3 ɣaire = (φaire)(g) = 9.15 N/m3 ɣH20 = 9810 N/m3 VM = 15.99 ~ 16 m/s Q = VM*A = (15.99)(0.01) Q = 0.1599 m3/s LECTURA #1 h1 = 0.009 m

√

Vp= 2(9.81)(0.009)

−1 ( 9810 9.15 )

Vp1 = 13.72 m/s LECTURA #2 h2 = 0.011 m

√

Vp= 2(9.81)(0.009)

−1 ( 9810 9.15 )

Vp2 = 15.17 m/s LECTURA #3 h3 = 0.01 m

√

Vp= 2(9.81)(0.009)

−1 ( 9810 9.15 )

Vp3 = 14.46 m/s

TABLAS DE RESULTADOS

Sección de Flujo (m2) 0.01 X X1 X2 X3 X1 X2 X3 X1 X2 X3

Caudal (m3/s)

Velocidad Media (m/s) 15.999 Y Y1 Y1 Y1 Y2 Y2 Y2 Y3 Y3 Y3

0.1599

Velocidad Puntual (m/s) 13.72 15.17 14.46 15.85 18.88 17.73 15.85 17.13 15.17

GRÁFICAS Velocidades Puntuales

20 Y1

18

Y2

16

Y3

14 Y3

12 Y2

10 X1

X2

Y1 X3

Velocidades Puntuales Y3

Y1

Y2

Y2

Y3

Y1

X1

X2

X3

CONCLUSIONES La velocidad del flujo no es constante a través de la sección recta del conducto, si no que varía de acuerdo al punto donde se determine. Esto se debe a que la velocidad no tiene distribución uniforme a través de la sección por la influencia de la viscosidad del fluido, las rugosidades del conducto y de la misma turbulencia sobre el desplazamiento de los filetes líquidos. Para la medición de velocidad se usan principalmente el tubo Pitot y molinete. El tubo de Pitot es el dispositivo que se usó para medir la velocidad puntual en el experimento de laboratorio; este consiste principalmente en un tubo doblado con el extremo abierto y en punta que se coloca frente a la dirección de la corriente y en el punto de medición.

CUESTIONARIO 1. Explique que es la capa límite y en que fluidos tiene mayor importancia. La capa límite se entiende como aquella en la que la velocidad del fluido respecto al sólido en movimiento varía desde cero hasta el 99% de la velocidad de la corriente no perturbada. Se utiliza mayormente para cálculos de corriente de aire. 2. Explique el fenómeno de desprendimiento de la capa límite y defina lo que se entiende por resistencia de forma y superficie. Sabemos que la sustentación se produce por la diferencia de presiones entre las partes superior e inferior del ala, más la reacción hacia arriba que produce la acción del flujo de aire deflactado hacia abajo en el borde de salida del ala. A medida que se incrementa el ángulo de ataque la diferencia de presiones es mayor debido a que presentamos a la corriente de aire una mayor curvatura.

Resistencia de forma es la producida por un gradiente de presiones adverso que se origina al desprenderse la capa limite y que depende en gran manera de la forma del contorno. Resistencia de superficie: causada por la viscosidad Resistencia de forma: causada por la gradiente de presiones 3. Defina la forma roma y la forma aerodinámica de un cuerpo. La forma roma de un cuerpo es el término que se le da a un objeto cuyas facetas o vértices tienen una terminación obtusa. Se dice que un cuerpo posee una forma aerodinámica cuando ofrece poca resistencia a una corriente de aire y puede moverse a través de éste. 4. Analice las siguientes figuras, tiene igual resistencia al paso del fluido, explique su respuesta en caso afirmativo o negativo. ??? 5. ¿Qué sucede si el tubo de Pitot no está paralelo a la línea de la corriente? Provocaría que el flujo del fluido a evaluar no sea lineal y no se tomarían las medidas adecuadas o correctas. 6. Exponga tres métodos para determinar la velocidad en aire y su grado de exactitud. a) Anemómetro: es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del clima y, específicamente, para medir la velocidad del viento. Asimismo, es uno de los instrumentos de vuelo básico en el vuelo de aeronaves más pesadas que el aire. Al ser un aparato dedicado a la medición del viento, es muy preciso. b) Tubo de Pitot: Se utiliza para establecer la velocidad del flujo a través de la medición de la presión de estancamiento, es utilizado para la medición del caudal, está constituido por dos tubos que detectan la presión en dos puntos distintos de la tubería. Se le acopla un manómetro en U para medir diferencias de presión; es tan preciso como cualquier instrumento analógico. c) Veleta: Una veleta es un dispositivo giratorio que consta de una placa que gira libremente, un señalador que indica la dirección del viento y una cruz horizontal que indica los puntos cardinales. Al no arrojar ningún valor numérico, lo hace muy poco preciso al determinar la velocidad del aire.

7. Que es un turbosoplador, haga un esquema del mismo. Un turbosoplador es un ventilador centrifugo que maneja una alta

presión de aire con capacidad media de volumen de aire. Las aplicaciones donde son usados, requieren un suministro constante de presión en diversos sistemas.

8. Al leer en el manómetro diferencial ¿Qué presión se está midiendo, la estática, la dinámica o las dos? La presión dinámica.

BIBLIOGRAFIA Mecánica de Fluidos - 3a edición - Robert L. Mott Mecánica de los Fluidos y Máquinas Hidráulicas - 2a edición - Claudio Mataix