Informe 6 Fluidos.docx

E.A.P. DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD CONTINENTAL

“AÑO DEL DIÁLOGO Y LA RECONCILIACIÓN NACIONAL"

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ECUACIONES FUNDAMENTALES: CALCULO DEL CAUDAL

INTEGRANTES:       

Contreras Tovar Nestor Gutarra Baldeon Carlos Huamani Yalli Juan Carlos Martinez Ataypoma Merlin Pacheco Castellanos Alexanders Ortega Albino Cristian Eduardo Zamudio Quispe Zhirley

DOCENTE: DE LA CRUZ CASAÑO Rafael SECCIÓN: 8794

HUANCAYO - PERÚ

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INTRODUCCION El tubo Venturi fue construido tomando en cuenta todos los criterios de diseño con la finalidad de que esta estructura funcione sin tener ninguna falla durante el tiempo de vida útil; como sabemos el tubo Venturi es un dispositivo diseñado para medir la velocidad de un fluido. Efectivamente, conociendo la velocidad antes del estrechamiento y midiendo la diferencia de presiones, se halla fácilmente la velocidad en el punto problema. Se utiliza frecuentemente para la fabricación de máquinas que proporcionan aditivos en una conducción hidráulica. La prueba del funcionamiento del tubo Venturi se realizó en el campus universitario de la Universidad Continental.

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I.

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TITULO: Cálculo del caudal con el Tubo Venturi y Piezómetros.

II.

OBJETIVOS



Aplicar la ecuación de la continuidad para volumen de control fijo y fluidos incompresibles.



Aplicar la ecuación de la energía.



Aplicar la lectura de presiones en los piezómetros.

 Encontrar la fórmula, para calcular el caudal en función de la diferencia de alturas de los piezómetros.

III.

RESEÑA HISTORICA

Giovanni Battista Venturi (1746 – 1822) fue un físico italiano. Descubrió el efecto Venturi del cual toma su epónimo. Fue el epónimo también de la bomba Venturi (Aspiradora) y el tubo Venturi. Nació en Bibbiano, Italia y fue contemporáneo de personajes como Leonhard Euler y de Daniel Bernoulli. Fue alumno de Lazzaro Spallanzani y ordenado sacerdote en 1769. En ese mismo año es nombrado como profesor de lógica en el seminario de Reggio Emilia. En 1774 se convirtió en profesor de geometría y filosofía en la Universidad de Módena, donde en 1776 se convirtió en profesor de física. Venturi fue el primero que mostró la importancia de Leonardo da Vinci como científico, y compiló y publicó muchos de los manuscritos y cartas de Galileo. Murió en Reggio Emilia, Italia en 1822.

IV.

PRINCIPIO TEORICOS:

Tubo Venturi: El tubo de Venturi se utiliza para medir la velocidad de un fluido incompresible. Consiste en un tubo con un estrechamiento, de modo que las secciones antes y después del estrechamiento son A1 y A2, con A1 > A2. En cada parte del tubo hay un manómetro, de modo que se pueden medir las presiones respectivas p1 y p2. Encuentra una expresión para la velocidad del fluido en cada parte del tubo en función del área de las secciones, las presiones y su densidad.

Piezómetros: Instrumento que se utiliza para medir la presión de poros o nivel del agua en perforaciones, terraplenes, cañerías y estanques a presión. La aplicación geotécnica más común es para determinar la presión de agua en el terreno o el nivel de agua en perforaciones.

Caudal: Es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

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Presión: La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie.

Área: El área es un concepto métrico que permite asignar una medida a la extensión de una superficie, expresada en matemáticas unidades Me medida denominadas unidades de superficie. El área es un concepto métrico que requiere que el espacio donde se define o especifique una medida.

V.

FORMULAS A UTILIZAR PARA NUESTRO EXPERIMENTO:

Fórmula para calcular el caudal: 𝑄=

𝑉 𝑡

Donde: Q = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 (

𝑚3 ) s

𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑚3 ) 𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑠)

Fórmula para evaluar la continuidad: 𝑄 = 𝑣. 𝐴 Donde: Q = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 (

𝑚3 ) s

𝑚 𝑣 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 ( ) 𝑠 𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 (𝑚2 )

Fórmula de la ecuación de la energía:

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VI.

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MATERIALES E INSUMOS: 

MATERIALES:

02 tubos de PCV de ¾’’ por 30 cm. 02 reductores de ¾ “. 01 tubo de ½ “por 20 cm. 02 tubos transparentes de 6 mm graduadas de 30 cm (piezómetro). 01 válvula de ¾”. 01 manguera con sus conectores de la válvula (caño) al tubo de ¾”. o Pegamento para PVC. o o o o o o



EQUIPOS:

. o o

VII.

Cronómetro. Soporte Universal

PROCEDIMIENTOS: 4.1.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:  Estabilizar el tubo Venturi de manera horizontal  Conecte la manguera con el tubo Venturi, y sujeto al soporte vertical.  Abrir la llave (caño) para que el agua fluya y ver el efecto.  Controle la altura de los piezómetros, se notara que hay una diferencia.  El líquido debe estar completamente confinado en la manguera, sin la presencia de aire. Si esto sucede, volver a repetir el experimento  Verificar el tiempo de vaciado con las fórmulas matemáticas.

4.2. VIII.

OBTENCION Y PROCESO DE DATOS:

CUESTIONARIO:

 ¿Cómo interpretas la ecuación la ecuación de la energía? La ecuación de Bernoulli, se puede considerar como una apropiada declaración del principio de la conservación de la energía, para el flujo de fluidos. El comportamiento cualitativo que normalmente evocamos con el término "efecto de Bernoulli", es el descenso de la presión del líquido en las regiones donde la velocidad del flujo es mayor. Este descenso de presión por un estrechamiento de una vía de flujo puede parecer contradictorio, pero no tanto cuando se considera la presión como una densidad de energía. En el flujo de alta velocidad a través de un estrechamiento, se debe incrementar la energía cinética, a expensas de la energía de presión. Establecer una constante que estaba dada por:

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

: Es la presión estática a la que está sometido el fluido , debida a las moléculas que lo rodean

 

: Densidad del fluido. : Velocidad de flujo del fluido.



: Valor de la aceleración de la gravedad superficie de la Tierra).  : Altura sobre un nivel de referencia.

(en la

Energía por unidad de volumen antes = Energía por unidad de volumen después

𝑷𝟏 +

Energía de Presión

𝟏 𝟐 𝟏 𝝆𝒗𝟏 + 𝝆𝒈𝒉𝟏 = 𝑷𝟐 + 𝝆𝒗𝟐𝟐 + 𝝆𝒈𝒉𝟐 𝟐 𝟐

Energía de cinética unidad volumen

Energía potencial unidad volumen

Esta ecuación se aplica en la dinámica de fluidos. Un filudo se caracteriza por carecer de elasticidad de forma, es decir, adopta la forma del recipiente que la contiene, esto se debe a que las moléculas de los fluidos no están rígidamente unidas, como en el caso de los sólidos. Fluidos son tanto gases como líquidos. Para llegar a la ecuación de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos limitan el nivel de aplicabilidad:   

El fluido se mueve en un régimen estacionario, o sea, la velocidad del flujo en un punto no varía con el tiempo. Se desprecia la viscosidad del fluido (que es una fuerza de rozamiento interna). Se considera que el líquido está bajo la acción del campo gravitatorio únicamente.

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 ¿Cómo interpretas la ecuación de la continuidad? La ecuación de continuidad no es más que un caso particular del principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción. Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección del conducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubería se debe cumplir que:

Que es la ecuación de continuidad y donde: S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto. v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería. Se puede concluir que puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la misma proporción y viceversa. En la imagen de la derecha puedes ver como la sección se reduce de A1 a A2. Teniendo en cuenta la ecuación anterior:

Es decir la velocidad en el estrechamiento aumenta de forma proporcional a lo que se reduce la sección.

 ¿Cómo interpretas la ecuación de la lectura de presiones?

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 Aplicaciones del tubo Venturi 

Hidráulica: la depresión generada en un estrechamiento al aumentar la velocidad del fluido, se utiliza frecuentemente para la fabricación de máquinas que proporcionan aditivos en una conducción hidráulica. Es muy frecuente la utilización de este efecto "Venturi" en los mezcladores del tipo Z para añadir espumógeno en una conducción de agua para la extinción.



Petróleo: la succión o depresión que ocasiona el cambio de área generada por el efecto Venturi, se usa para extraer artificialmente fluidos de pozos petroleros; este tipo de bombas Jet funcionan mediante la inyección de un fluido a alta presión pasando por una sección reducida, llamada boquilla donde se produce un cambio de energía potencial a cinética, originado a la salida de una boquilla, lo que provoca una succión del fluido de formación. Estos fluidos entran en otra zona que ocasiona el efecto inverso llamada garganta, luego la mezcla de fluidos sufre un cambio de energía cinética a potencial a la entrada de un área de expansión llamada difusor, donde la energía potencial es la responsable de llevar el fluido hasta la superficie.



Motor: el carburador aspira el carburante por efecto Venturi, mezclándolo con el aire (fluido del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento.



Neumática: para aplicaciones de ventosas y eyectores.



Aeronáutica: interviene en efectos relacionados con la viscosidad del aire que pueden explicarse con las ecuaciones de Navier-Stokes. Además, se utiliza un tubo de Venturi para proveer succión a los instrumentos que trabajan con vacío, (coordinador de giro, horizonte artificial, etc.) en los aviones que no están provistos de bombas mecánicas de vacío. Aunque el efecto Venturi se utiliza frecuentemente para explicar la sustentación producida en las alas de los aviones, este efecto realmente no puede explicar la sustentación aérea, pues un perfil alar no actúa como un tubo de Venturi acelerando las partículas de aire: las partículas son aceleradas debido a la conservación de la energía (se explica mediante el principio de Bernoulli, en virtud del cual el aire adquiere mayor velocidad al pasar por la región convexa del ala de un avión), la conservación del momento (se utiliza la tercera ley de Newton para su explicación) y de la masa (se utilizan las ecuaciones de Euler).



Hogar: en los equipos ozonizadores de agua, se utiliza un pequeño tubo de Venturi para efectuar una succión del ozono que se produce en un depósito de vidrio, y así mezclarlo con el flujo de agua que va saliendo del equipo con la idea de destruir las posibles bacterias patógenas y de desactivar los virus y otros microorganismos que no son sensibles a la desinfección con cloro.



Acuarofilia: en las tomas de bombas de agua o filtros, el efecto Venturi se utiliza para la inyección de aire y/o CO2.



Cardiología: el efecto Venturi se utiliza para explicar la regurgitación mitral que se puede dar en la miocardiopatía hipertrófica, y que es causa de muerte súbita en deportistas. La explicación es que el movimiento sistólico anterior (MSA) que realiza la valva anterior de la válvula mitral, se produce porque la hipertrofia septal y el

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estrechamiento del tracto de salida provocan una corriente de alta velocidad sobre la válvula mitral, que debido al efecto Venturi, succiona el extremo de la valva anterior contra el septo, que impide la salida de sangre, por lo que regurgita hacia la aurícula izquierda.

IX.



Neumología: el efecto Venturi se utiliza en máscaras para la administración de concentraciones exactas de dioxígeno (antiguamente llamado oxígeno), para controlar la FiO2; se denominan máscaras de Venturi o Ventimask. El O2 al 100% suministrado durante cierto periodo de tiempo es tóxico, por lo que se mezcla con aire externo cuya concentración de oxígeno es del 21%, de modo que en función de la cantidad de aire que se mezcle con el oxígeno al 100%, la concentración de oxígeno será mayor o menor, normalmente se suministra entre un 26%-50%. El oxígeno puro al pasar por el conducto con un calibre menor, produce el efecto Venturi, se genera una presión negativa que permite la entrada del aire procedente del exterior a través de unos orificios circundantes: dependiendo del tamaño de los orificios, entrará más o menos aire y por tanto menor o mayor concentración de oxígeno que finalmente el paciente recibirá.



Odontología: el sistema de aspiración de saliva en los equipos dentales antiguos utilizaba tubos finos de Venturi. Ahora la aspiración está motorizada.

CONCLUSION:

 El agua en el indicador en la parte ancha debe subir más que el agua en el indicador de la parte estrecha, ya que en la parte ancha existe mayor presión.  Cuando la presión es mayor, la velocidad del líquido es menor y cuando hay menor presión el agua suba menos y la velocidad del líquido aumenta. X.

RECOMENDACIONES:  Se recomienda cuando el flujo es grande y que se requiere una baja

caída de presión o el fluido se ah viscoso.  Cuando se requiera máxima exactitud en fluidos viscosos y cuando

se necesita una mínima caída de presión permanente.  Se recomienda trabajar en un lugar óptimo y organizado.  Se recomienda que la superficie a trabajar sea estable.

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ANEXOS:

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XII.

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BIBLIOGRAFIA:

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