Laboratorio 2 Fisica Ciclo 1 2019.pdf

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR EN LINEA FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL FISICA ll

CICLO 0l - 2019

EVALUACION: Laboratorio 2 DOCENTE: Ing. Edgar Alfredo Rodríguez ALUMNO: Raquel Gabriela Cañas Sibrián CARNET: CS18011 SEDE: Cojutepeque GRUPO: 4

Ciudad Universitaria, 06 de abril de 2019

GUIA DE LABORATORIO Nº 2 UNIDAD II DINÁMICA DE FLUIDOS “DETERMINACIÓN DE LA RAZÓN DE FLUJO VOLUMETRICO (CAUDAL) EN EL SISTEMA DE AGUA POTABLE DOMESTICO”

2. OBJETIVOS ESPECIFICOS a) Determinar experimentalmente la razón de flujo volumétrico o caudal. b) Expresar la mediciones experimentales de acuerdo al criterio de cifras significativas. c) Utilizando datos experimentales y la ecuación de Bernoulli calcular la energía por unidad de volumen en la salida del grifo (punto de descarga).

4. PROCEDIMIENTO PARTE I: DETERMINACIÓN DE LA RAZON DE FLUJO VOLUMETRICO O CAUDAL Todas las lecturas en los instrumentos usados en este laboratorio, se harán con base al criterio de cifras significativas y utilizando el sistema internacional de unidades. El agua se considera idealmente incompresible. Antes de hacer las mediciones identifique los diferentes instrumentos de medición que tiene e indique en la tabla 1 los valores de la división de la escala y sus respectivas unidades:

INSTRUMENTO

DIVISION DE ESCALA

UNIDADES DE MEDIDA

Regla

0.1

mm, cm

Cinta métrica

0.14

Pulgadas, cm, pie

Cronometro

0.01

Segundos, minutos, horas

Tabla 1 a) Verifica que tengas un “chorro” accesible para poder realizar la práctica, este debe estar a una altura mayor que el tamaño de la cubeta. b) Como primera prueba, coloca la cubeta debajo del “chorro” y abre la válvula completamente, observa cómo se llena el depósito con agua. c) En el interior de la cubeta marca tres alturas, iniciando desde la base de esta, marca 10cm, 20cm, 30cm. d) Realiza el cálculo del volumen de agua que se tendrá para cada una de estas alturas, por ejemplo, para la altura de 10cm (igual a 0.10m): 𝝅

V= ( 𝟒 (𝒅)²)𝒍 𝜋

V= ( 4 (0.30𝑚)²)(0.10𝑚) V= 7.07x10−3 m³ 𝝅 𝑽 = ( 𝒅𝟐 ) 𝒍 𝟒

𝝅 𝑽 = ( 𝒅𝟐 ) 𝒍 𝟒

𝜋 𝑉 = ( (0.30𝑚)2 ) (0.20𝑚) 4

𝜋 𝑉 = ( (0.30𝑚)2 ) (0.30𝑚) 4

𝑉 = 0.01𝑚3

𝑉 = 0.02𝑚3

e) Con la cubeta en posición debajo del chorro abre completamente la válvula del “chorro” y en el mismo instante activa tu cronómetro, espera que el nivel del agua llegue a la

primer altura (10cm), cuando este esté justo en la altura marcada desactiva el cronómetro. Registra este tiempo en la tabla 2. f) Repite el procedimiento e) una vez más y registra el tiempo en la tabla 2. g) Determina el volumen por unidad de tiempo que tiene el “chorro de agua”, repite este procedimiento 2 veces para cada altura marcada en la cubeta, y completa la tabla 1 (para cada repetición y cada altura la cubeta debe estar vacía. N°

Altura marcada (m)

Volumen (m³)

Tiempo(s)

R(m³/s)

0.10

0.007

240𝑠

2.92𝑥10−5

238𝑠

2.94𝑥10−5

480𝑠

2.08𝑥10−5

482𝑠

2.07𝑥10−5

720𝑠

2.78𝑥10−5

715𝑠

2.79𝑥10−5

1

0.20

2

0.30

3

0.01

0.02

Tabla 2 h) Con los datos obtenidos calcula la razón de flujo volumétrico medio o caudal medio (𝑅̅) 1.56𝑥10−4 = 6 3

(𝑅̅) = 2.60𝑥10−5 𝑚 ⁄𝑠

PARTE II: ECUACION DE BERNOULLI En esta parte se procederá a calcular la energía por unidad de volumen que tiene el “chorro de agua” a la salida del grifo. a) Mide la altura desde la base de la cubeta hasta la salida del grifo (punto 1). Registra este valor. H = 0.75𝑚

b) Mide el diámetro interno del grifo (“chorro”), para esto puede utilizar la regla graduada, el dato no será tan preciso. D = 0.02𝑚 c) Calcula el área del chorro (recuerda que la sección transversal del “chorro” es circular). A= 𝜋𝑟 2 = 𝜋(0.01)2 =3.14x10−4 A = 3.14x10−4 m² . d) Calcula la rapidez de salida del agua. Usa la ecuación de continuidad con el dato de 𝑅̅ obtenido anteriormente. Q= A*V 3

Q= 3.14x10−4 m² x 2.60𝑥10−5 𝑚 ⁄𝑠 Q= 8.16x10−9 V= Q/A 3

V=

8.16x10−9 𝑚 ⁄𝑠 3.14x10−4 m² .

.

V= 2.60𝑥10−5 𝑚⁄𝑠 e) Por último, calcula la energía por unidad de volumen que tiene el “chorro de agua” a la salida del grifo. 1

E=Patm+2 𝜌𝑣 2 + 𝜌𝑔ℎ. 1 −5 𝐸 = (1.013𝑥105 𝑃𝑎) + (1000𝑘𝑔/𝑚³) (2.60𝑥10 m ⁄ s ) 2 + 1000𝑘𝑔/𝑚³(9.8𝑚/𝑠²)(0.75) 𝐽 𝐸 = 1.09𝑥105 ⁄𝑚3

5. CONCLUSIONES  Con el primer experimento se logró encontrar la razón de flujo volumétrica usando 3 diferentes alturas del recipiente y tomando el respectivo tiempo en que tardaba en llenarse a esas alturas.  Con el segundo experimento se logró aplicar la ecuación de Bernoulli, mediante el uso del cálculo de área del chorro y diámetro del chorro.  Caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.  La presión de un fluido disminuye al aumentar su velocidad.