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LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS INFORME DE PRACTICA Nº 4 ALUMNO: Nancy Nicolle Vargas Flores CÓDIGO: 20163014

HORARIO: 0601

TEMA: EXP – 8 “Tubo Pitot tipo Prandtl” EXP – 9 “Pérdidas en Tuberías Simples (Banco de Tuberías)” EXP – 10 “Dispositivos de Orificios” EXP – 11 “Venturímetro” JEFE DE PRÁCTICA: Yasser Calderón FECHA DE REALIZACIÓN: 17/02/2019 CALIFICACIÓN: ITEM PRUEBA DE ENTRADA TRABAJO Y PARTICIPACIÓN INFORME DE LABORATORIO NOTA DE LABORATORIO

FIRMA DEL JEFE DE PRACTICA:

PUNTOS

INDICE  EXP – 8 “Tubo Pitot tipo Prandtl”  EXP – 9 “Pérdidas en Tuberías Simples (Banco de Tuberías)”  EXP – 10 “Dispositivos de Orificios”  EXP – 11 “Venturímetro”

1. Introducción 1.1. Objetivos 1.2. Aplicaciones prácticas para la ingeniería 2. Metodología y datos 2.1. Fundamento teórico 2.2. Procedimiento 2.3. Descripción y precisión de datos 3. Resultados y discusión de resultados 3.1. Resultados 3.2. Discusión de resultados 4. Conclusiones y recomendaciones 5. Bibliografía

Laboratorio N°4 1.

INTRODUCCIÓN 1.1. Objetivos Experiencia 8  

Generar una distribución de velocidades a partir de las mediciones hechas con el tubo Pitot. Determinar el caudal que fluye por el canal utilizando la distribución de velocidades. Experiencia 9

  

Medir las pérdidas que ocurren en tuberías cortas. Cuantificar la rugosidad de las tuberías usando cuatro coeficientes y sus respectivas fórmulas empíricas. Determinar las pérdidas, la diferencia de presiones y la velocidad media en un tramo del banco de tuberías, a partir de una experiencia de laboratorio virtual en la que se usan como fluidos de estudio fluidos newtonianos (e.g., agua a 5 ◦C, petróleo) y/o fluidos no-newtonianos (e.g., relaves). Experiencia 10

 

Calcular el coeficiente de descarga del dispositivo de orificio de la red de tuberías. Determinar la diferencia de presión, las pérdidas de energía y el coeficiente de descarga en el dispositivo de orificios del banco de tuberías, a partir de una experiencia de laboratorio virtual en la que se usan fluidos newtonianos (e.g., agua a 5 ◦C, petróleo) y/o fluidos no-newtonianos (e.g., relaves). Experiencia 11

 

Calcular el coeficiente de descarga del venturímetro de la red de tuberías. Determinar la diferencia de presión, las pérdidas de energía y el coeficiente de pérdidas en el venturímetro del banco de tuberías, a partir de una experiencia de laboratorio virtual en la que se usan fluidos newtonianos (e.g., agua a 5 ◦C, petróleo) y/o fluidos no-newtonianos (e.g., relaves). 1.2. Aplicaciones prácticas para la ingeniería Experiencia 8

Los aviones poseen un tubo Pitot para medir su velocidad respecto al aire.

Básicamente el dispositivo consiste en: Un tubo Pitot que normalmente se sitúa debajo de las alas orientado hacia adelante (se ve como un tubito en forma de codo) o directamente en el morro del avión; dos agujeros (llamados tomas de estática) que se sitúan a los lados del fuselaje; y una cámara dividida en dos por una membrana, dicha cámara se conecta por un lado al tubo Pitot y por el otro a las tomas de estática. Cuando el avión vuela, el aire presiona sobre la abertura de tubo Pitot con una fuerza de gran magnitud cuanto que la velocidad del avión vaya aumentando, sin embargo la presión de las tomas de estática no aumenta con la velocidad (de hecho disminuye como consecuencia del efecto Venturi en los lados del fuselaje) en consecuencia, la presión en uno de los lados de la membrana aumenta y en el otro disminuye, ocasionando así que la membrana se desplace y ese movimiento sea transmitido al anemómetro del avión y así pueda medir la velocidad relativa del avión respecto al aire. (Romero: 2011).

Experiencia 9 El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más frecuentes ya que ofrecen no sólo mayor resistencia estructural sino mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier otra. La aplicación más específica en la determinación de las pérdidas de energía mecánica por la fricción en tuberías radica en el momento de seleccionar, diseñar u optimizar sistemas de flujo en tuberías comerciales en plantas de procesos o redes de distribución de flujos en los cuales el conocimiento de las variables que retardan o aceleran el moviendo de cualquier tipo de flujo son determinantes para conocer la eficiencia del proceso, selección del material de las líneas de transporte, etc. (Herazo: 2013)

Experiencia 10 En las instalaciones hidráulicas es necesario establecer el comportamiento del flujo en todas las circunstancias que se puedan presentar en su respectiva trayectoria. En este caso un orificio por donde se libera agua. Teniendo en cuenta características ideales del orificio que permiten modelar el comportamiento de este en función de sus propiedades hidráulicas y tomando como base el cálculo de caudales, velocidades controladas y aspectos geométricos del elemento de la conducción. (Gómez, Galarza y Rodríguez: 2012)

Experiencia 11 El Tubo Venturi puede tener muchas aplicaciones entre las cuales se pueden mencionar: La Industria Automotriz: en los carburadores de autos, el uso de éste se pude observar en lo que es la Alimentación de Combustible. Los motores requieren aire y combustible para funcionar. Un litro de gasolina necesita aproximadamente 10.000 litros de aire para quemarse, y debe existir algún mecanismo dosificador que permita el ingreso de la mezcla al motor en la proporción correcta. A ese dosificador se le denomina carburador, y se basa en

el principio de Venturi: al variar el diámetro interior de una tubería, se aumenta la velocidad del paso de aire. La carburación tiene por objeto preparar la mezcla de aire con gasolina pulverizada, en proporción tal que su inflamación, por la chispa que salta en las bujías, resulte de combustión tan rápida que sea casi instantánea. Dicha mezcla varía según las condiciones de temperatura del motor y las del terreno por el cual se transita. En el momento del arranque por las mañanas, o cuando se requiere la máxima potencia para adelantar a otro carro, se necesita una mezcla rica en gasolina, mientras que en la marcha normal es suficiente una mezcla pobre, que permita transitar cómodamente y economiza combustible. En ciudades a más de 2.500 metros sobre el nivel del mar la mezcla se enriquece para compensar la falta de oxígeno y evitar que los motores pierdan potencia. (Fuentes y Berrizbeitia: 2015)

2.

METODOLOGÍA DE DATOS

2.1. Fundamentos teóricos Experiencia 8 Entre las diversas modalidades de medición de caudales en canales, puede señalarse la correspondiente a determinar la distribución de velocidades en él para así determinar los caudales contribuyentes y por sumatoria, el caudal total. La distribución de velocidades puede ser determinada con la ayuda de un Tubo Pitot tipo Prandtl, cuyo principio de funcionamiento es el siguiente:

Experiencia 9 Las pérdidas de carga que se producen en tuberías, a lo largo de las cuales se desarrolla condiciones permanentes de flujo a presión, pueden determinarse mediante la utilización de alguna de las siguientes ecuaciones disponibles para el estudio de tuberías simples: Fórmula de Darcy-Weisbach:

Existe otra fórmula presentada ahora para calcular: Fórmula de Chezy:

Experiencia 10 Un dispositivo de orificio consiste en un diafragma en el que se ha practicado un orificio cuyo borde es una arista viva, por lo que las secciones de entrada y de salida respecto a la tubería a la cual se acopla tienen áreas diferentes. Cuando el borde del orificio es en arista viva se produce una contracción del chorro aguas

abajo del orificio. Tanto la sección de entrada como la de salida tienen un orificio piezométrico para la toma de la presión estática, cada uno de los cuales va conectado a un manómetro diferencial.

El principio de medición se basa en el hecho que un estrechamiento en la sección de una tubería provoca un cambio de velocidad y por consiguiente un cambio de la presión estática. De forma general, para un orificio como el mostrado y aplicando la ecuación de Bernoulli sin considerar pérdidas tenemos:

Experiencia 11 Un venturímetro consta principalmente de una parte cilíndrica del mismo diámetro que la tubería a la cual se acopla y uno o varios orificios piezométricos para la medida de la presión estática. Luego, sigue una parte cónica convergente que termina en una garganta cilíndrica que contiene también uno o varios orificios piezométricos. Finalmente sigue una parte cónica divergente que termina en una parte cilíndrica del mismo diámetro de la tubería. A los orificios piezométricos van conectadas ramas de un manómetro diferencial. Para obtener resultados exactos, el venturímetro debe estar precedido de una parte recta de tubería de una longitud de por lo menos 10 diámetros. El principio de medición se basa en el hecho que un estrechamiento en la sección de una tubería provoca un cambio de velocidad y por consiguiente un cambio de la presión estática. De forma general, para un orificio como el mostrado y aplicando la ecuación de Bernoulli sin considerar pérdidas tenemos:

2.2. Procedimiento Experiencia 8 Se comenzó con el encendido de bomba, luego se estableció el caudal (40l/s) con el que se llenará el tanque de agua en donde estaba instalado el tubo Pitot tipo Prandtl.

Se levanta la compuerta para hacer que el nivel de agua suba sin que el caudal aumente.

Se midieron cotas de nivel de agua en el fondo y en la superficie del tanque.

Se ubicó nuestro tubo de Pitot en las posiciones especificadas.

Se procedió a medir las cotas de agua en el banco de manómetros, según la posición en la que se ubicaba el tubo.

Experiencia 9,10 y 11 Se procede al encendido de las bombas y se abren las llaves de entrada y salida del agua (No olvidar que siempre debe haber una llave de salida abierta en el banco de tuberías y siempre al encender, primero se abrirá la llave de salida y después la de entrada).

Se encenderán los medidores electrónicos de presión y se verificarán las de entrada y salida en el panel de control.

Este último paso se deberá hacer para cada sesión de laboratorio. En el venturímetro, dispositivo de orificios y las tuberías de PVC y fierro galvanizado se hallarán las presiones de entrada y salida.

En el caso de los medidores manuales, se leerán directamente. Y en estos medidores se tomarán tiempos también. 2.3. Descripción y precisión de datos Experiencia 8

Y

Qreal (l/s)

0.125y=3 0.375y=8,9 0.625y=14,8 0.875y=20,7

0.2y= 4,7 0.6y= 14.2 0.8y= 18,9

C.F. (cm) C.S. (cm) 1.44 25.1

40

niveles piezométricos (cm) 15 5 35.45 34.6 35.5 35.6 34.6 35.5 35.55 34.65 35.5 35.5 34.6 35.6

niveles piezométricos (cm) 35.3 34.5 35.3 34.5 35.4 34.5

34.5 34.6 34.6 34.6

Experiencia 9 Temperatura (°C) 26.5 Peso específico (N/m3) 9774.53322 Φ tubería (mm) PVC F. Galvanizado

Δ presiones Volumen (psi) medido (L)

50.8 38.1

0.4 4.2

PE (psi) PVC F. Galvanizado

PS (psi)

43 45.4

42.6 41.2

Experiencia 10 Temperatura (°C) 26.5 Peso específico (N/m3) 9774.533221 PE (psi)

PS (psi)

47

24

Dispositivo de orificio

Experiencia 11 Temperatura (°C) 26.5 Peso específico (N/m3) 9774.533221

Venturímetro

PE (psi)

PS (psi)

22.2

20.8



Apreciación de los instrumentos:

     

Pie de rey: 1 mm Medidor de volumen: 0.1m3 Regla graduada: 1 mm Medidor de caudal: 1 L/s Medidor de presión: 0.01 psi Cronómetro: 0.01 s

100 200

Tiempo medido (s) 15.49 31.35

3.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Experiencia 8 Profundidad del Pitot (cm)

-15 0.125y=3 0.40837483 0.375y=8,9 0.44294469 0.625y=14,8 0.42021423 0.875y=20,7 0.42021423 Velocidad media por columna (m/s) 0.422937 Caudal por columna (l/s) 10.0066893 Caudal Total (l/s)

Velocidad del flujo -5 5 0.44294469 0.44294469 0.42021423 0.42021423 0.42021423 0.42021423 0.42021423 0.42021423 0.42589685 0.42589685 10.0767194 10.0767194 40.16681739

15 0.40837483 0.44294469 0.42021423 0.42021423 0.422937 10.0066893

Velocidad media por fila (m/s) 0.42565976 0.431579461 0.420214231 0.420214231

Altura VS Velocidad 0.25

Altura (m)

0.2 0.15

0.1 0.05 0 0.418

0.42

0.422

0.424

0.426

0.428

0.43

0.432

0.434

Velocidad (m/s)

Experiencia 9 Con PVC: Qt (l/s)

Vflujo (m/s)

Re

Pérdidas columna de agua (m)

DarcyWeisbach f

Colebrook-White k1

Barr

Chezy C

e1 k2 e2 con k1 con k2 3.99741E4.04604E- 40.86 40.765 6.45577792 3.18516017 161806.137 0.28215 0.008450966 0.000786892 05 0.000796464 05 4.27314E4.31997E- 40.354 6.37958533 3.14756817 159896.463 0.28215 0.008654035 0.000841169 05 0.000850388 05 40.272

Con fierro galvanizado:

Qt (l/s)

Vflujo (m/s)

Pérdidas columna de agua (cm)

Re

DarcyWeisbach f

Colebrook-White k1

e1

6.45577792 5.66250697 215741.516

2.9626 0.021057444 0.004495649 0.117996

6.37958533 5.59567674 213195.284

2.9626 0.021563434 0.004682708

Barr k2 0.00449

Chezy C e2

con k1

0.11785 25.275 25.284

0.12291 0.004681 0.122859 24.957 24.96

Experiencia 10 Volumen medido (L)

Tiempo medido (s)

300

Pérdidas (psi)

46.31

23

Φ tubería (mm) d1 54

Φ orificio (mm) d0

Qr (L/s)

Cd

27 6.47808249 0.614

Experiencia 11 Volumen medido (L)

Tiempo medido (s)

300

Pérdidas (psi)

46.31

1.4

D1 (mm) 54

con k2

D2 (mm)

Qr (L/s)

Cd

35 6.47808249 1.388

Para el Cd (1.338) obtenido en la experiencia 11 y en comparación al gráfico experimental, se estima que: m = A2/A1 = 1.

LABORATORIO VIRTUAL

Experiencia 9 A partir de los datos descargados de la plataforma PAIDEIA, realice las siguientes tareas: -Graficar la distribución de velocidades (r Vs. Vr) en 6 secciones transversales que cubran el tramo de tubería así como las curvas de isovelocidades ¿Qué diferencias observa en las distribuciones cerca a los codos?



Curvas de isovelocidades:

DIESEL Sección1:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58

VelocData PipeWall

1.57

Z [m]

V=4.9286m/s V=5.3047m/s V=5.6863m/s

1.56

V=4.5803m/s Series7

1.55

1.54

Y [m]

Sección3:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=6.1084m/s V=6.051m/s

1.56

V=5.2521m/s V=3.7355m/s Series7

1.55

Y [m]

1.54

Sección6:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData

PipeWall

Z [m]

1.57

V=6.103m/s V=6.0156m/s

1.56

V=5.2287m/s V=3.7982m/s Series7

1.55

1.54

Y [m]

Sección8:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=6.0661m/s V=6.0031m/s

1.56

V=5.2576m/s V=3.8235m/s Series7

1.55

Y [m]

1.54

Sección11:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=6.0909m/s V=5.9856m/s

1.56

V=5.2597m/s

V=3.7902m/s Series7

1.55

1.54

Y [m]

Sección13:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=6.1428m/s V=6.0396m/s

1.56

V=5.2903m/s V=3.8335m/s Series7

1.55

Y [m]

1.54

MUDFLOW Sección1:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=4.6917m/s V=5.1322m/s

1.56

V=5.7576m/s V=4.744m/s

1.55

Series7

1.54

Y [m]

Sección3:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=5.5762m/s V=5.7108m/s

1.56

V=5.5222m/s V=4.0197m/s Series7

1.55

Y [m]

1.54

Sección6:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=5.6685m/s V=5.7897m/s

1.56

V=5.425m/s V=3.9394m/s Series7

1.55

1.54

Y [m]

Sección8:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=5.6532m/s V=5.7921m/s

1.56

V=5.4001m/s

V=4.0209m/s Series7 1.55

Y [m]

1.54

Sección11:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=5.828m/s V=5.9235m/s

1.56

V=5.5201m/s V=3.6748m/s Series7

1.55

1.54

Y [m]

Sección13:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095 1.59

1.58 VelocData PipeWall

Z [m]

1.57

V=5.4603m/s V=5.5813m/s

1.56

V=5.618m/s

V=4.2615m/s Series7 1.55

Y [m]

1.54



Distribución de velocidades:

DIESEL Sección1:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3 2 1 0

0

0.005

0.01

0.015

0.02

Radio (m)

Sección3:

V_r [m/s] 7

Velocidad (m/s)

6

5 4 3 2 1 0

0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

0.02

0.025

0.025

Sección6:

Radio VS Velocidad 7 6

Velocidad (m/s)

5 4 3 2

1 0 -1

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.02

0.025

Radio (m)

Sección8:

V_r [m/s] 7

6

Velocidad (m/s)

5 4 3 2 1 0

-1

0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

Sección11:

V_r [m/s] 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3

2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.02

0.025

Radio (m)

Sección13:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5

4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

MUDFLOW Sección1:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5

4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.02

0.025

Radio (m)

Sección3:

V_r [m/s] 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3 2 1 0

0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

Sección6:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3

2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.02

0.025

Radio (m)

Sección8:

V_r [m/s] 7

Velocidad (m/s)

6 5

4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

Sección11:

V_r (m/s) 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3

2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.02

0.025

Radio (m)

Sección13:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5

4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

-Graficar la velocidad media en las secciones 1, 6 y 13 y comparar los resultados obtenidos. Tomar como referencia lo señalado en la Sección 7.4.2. DIESEL Sección1:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5

4 3 2 1 0

0

0.005

0.01

0.015

0.02

Radio (m)

Vm (m/s)

5.274208788

Sección6:

Radio VS Velocidad 7 6

Velocidad (m/s)

5 4 3 2

1 0 -1

0

Vm (m/s)

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

5.500262271

0.02

0.025

0.025

Sección13:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.02

0.025

Radio (m)

Vm (m/s)

5.255788324

MUDFLOW Sección1:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3 2 1 0

0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

Vm(m/s)

5.270616231

Sección6:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3

2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.02

0.025

Radio (m)

V m (m/s)

5.261219223

Sección13:

Radio VS Velocidad 7

Velocidad (m/s)

6 5 4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

Vm (m/s)

5.219781289

-Determinar el caudal a partir de las velocidades medias obtenidas. Con el caudal obtenido estimar el gradiente de presión ∆p y la pérdida de energía para el tramo 1-13. DIESEL Sección1: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.006013082 5.274208788

Sección13: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.005992081 5.255788324

Pi (Pa) Pf (Pa) Δp Peso específico (N/m3) Pérdida de energía (m)

203131.5189 168692.4186 34439.1003

Pi (Pa) Pf (Pa) Δp Peso específico (N/m3) Pérdida de energía (m)

1700140.643 1644563.884 55576.759

8214.05 4.1927

MUDFLOW Sección1: Q(m3/s) Vm (m/s)

0.006008986 5.270616231

Sección13: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.00595103 5.219781289

15690.64 3.542

-Discutir las diferencias en las características del flujo a partir de la distribución de velocidades observadas para los fluidos de estudio. A pesar que la variación de velocidades no es muy grande, podemos ver que, mientras más cerca al centro de la tubería (en este caso) la velocidad aumenta. Caso contrario si vemos la velocidad en los bordes cercanos a los extremos del tubo. Cada fluido reacciona de manera diferente. La gradiente de presión es mayor en el fluido no newtoniano, sin embargo, la pérdida de energía es mayor en el fluido newtoniano, porque el peso específico del fluido newtoniano es mucho menor que la del fluido no newtoniano, entonces al dividir las gradientes de presión con sus respectivos pesos específicos para obtener la pérdida de energía, se observa que esta es menor en el fluido no newtoniano.

Experiencia 10 A partir de los datos descargados de la plataforma PAIDEIA, realice las siguientes tareas: -Graficar la distribución de velocidades en las secciones transversales del orificio aguas arriba y aguas abajo (1 y 2, respectivamente) así como las curvas de isovelocidades. 

Curvas de isovelocidades:

DIESEL Sección1:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

0.572

VelocData PipeWall

Z [m]

0.562

V=3.3218m/s V=3.3113m/s V=3.1111m/s

0.552

V=2.731m/s Series7

0.542

Y [m]

0.532

Sección2:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

0.572

VelocData

PipeWall

Z [m]

0.562

V=9.1452m/s V=5.8342m/s

V=3.0292m/s 0.552

V=2.1494m/s Series7

0.542

0.532

Y [m]

DEBRIS Sección1:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

0.572

VelocData PipeWall

Z [m]

0.562

V=5.3571m/s V=4.3143m/s V=2.8909m/s

0.552

V=1.5237m/s Series7

0.542

Y [m]

0.532

Sección2:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

VelocData

0.572

PipeWall

V=8.134m/s

Z [m]

0.562

V=5.0097m/s V=1.9767m/s

0.552

V=0.5506m/s Series7

0.542

0.532

Y [m]



Distribución de velocidades:

DIESEL Sección1:

V_r [m/s] 4

Velocidad (m/s)

3.5 3

2.5 2 1.5 1

0.5 0 0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

0.02

0.025

0.03

Sección2:

V_r [m/s] 14 12

Velocidad (m/s)

10 8 6 4

2 0 -2

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.02

0.025

0.03

Radio (m)

DEBRIS Sección1:

V_r [m/s] 7

Velocidad (m/s)

6

5 4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

Radio (m)

Sección2:

V_r [m/s] 12

Velocidad (m/s)

10 8 6 4 2 0 0

0.005

0.01

-2

0.015

0.02

0.025

0.03

Radio (m)

Determinar el caudal a partir de las velocidades medias obtenidas. Tomar como referencia lo señalado en la Sección 7.4.2 para estimar dichas velocidades. Con el caudal obtenido estimar el gradiente de presión ∆p y la pérdida de energía debido al orificio. DIESEL Sección1: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.006021744 2.8278556

Sección2: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.008231515 3.86558069

Pi (Pa) Pf (Pa) Δp Peso específico (N/m3) Pérdida de energía (m)

152219.4163 2428.572147 149790.8442

Pi (Pa) Pf (Pa) Δp Peso específico (N/m3) Pérdida de energía (m)

5475344.442 5313543.099 161801.343

8147.3648 18.385

DEBRIS Sección1: Q(m3/s) Vm (m/s)

0.005986112 2.811122868

Sección2: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.005921224 2.780650634

16267.271 8.1

Estimar el valor del coeficiente de descarga (Cd) del orificio utilizando la ecuación 10.7 Cd (diesel) = 0.53618 Cd (debris) = 0.803 A pesar que la variación de velocidades y de caudales no es tan significante en el fluido no newtoniano (debris), se observa que en la sección 2 del diesel, el caudal aumentó considerablemente con respecto a la sección 1. La gradiente de presión es mayor en el fluido no newtoniano, sin embargo, la pérdida de energía es mayor en el fluido newtoniano, porque el peso específico del fluido newtoniano es mucho menor que la del fluido no newtoniano, entonces al dividir las gradientes de presión con sus respectivos pesos específicos para obtener la pérdida de energía, se observa que esta es menor en el fluido no newtoniano. El coeficiente de descarga del fluido no newtoniano es mayor que la del fluido newtoniano, lo que indica que a una misma diferencia de altura del embalse, el fluido no newtoniano podrá desembalsar más caudal con mayor rapidez. Experiencia 11 A partir de los datos descargados de la plataforma PAIDEIA, realice las siguientes tareas: Graficar la distribución de velocidades en las secciones transversales aguas arriba y aguas abajo (P16 y P17, respectivamente) del venturimetro y las curvas de isovelocidades. 

Curvas de isovelocidades:

WATER Sección1:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

0.572

VelocData PipeWall

Z [m]

0.562

V=3.2586m/s V=3.2434m/s V=3.0812m/s

0.552

V=2.7503m/s

Series7 0.542

0.532

Y [m]

Sección2:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

0.572

VelocData PipeWall

Z [m]

0.562

V=6.8965m/s

V=6.7375m/s 0.552

V=5.013m/s Series6

0.542

Y [m]

0.532

DEBRIS Sección1:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

0.572

VelocData PipeWall

Z [m]

0.562

V=5.3762m/s V=4.4312m/s V=2.8662m/s

0.552

V=1.5343m/s Series7

0.542

0.532

Y [m]

Sección2:

Velocity Distribution at Pipe -0.145

-0.135

-0.125

-0.115

-0.105

-0.095

0.582

0.572

VelocData PipeWall

Z [m]

0.562

V=10.2483m/s V=5.1124m/s

0.552

V=1.3607m/s Series6

0.542

Y [m]

0.532



Distribución de velocidades:

WATER Sección1:

V_r [m/s] 4

Velocidad (m/s)

3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

Radio (m)

Sección2:

V_r [m/s] 8

Velocidad (m/s)

7 6 5 4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

Radio (m)

0.015

0.02

DEBRIS Sección1:

V_r [m/s] 7

Velocidad (m/s)

6 5

4 3 2 1 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

Radio (m)

Sección2:

V_r [m/s] 16

Velocidad (m/s)

14 12 10 8 6 4 2 0 0

0.005

0.01

0.015

0.02

Radio (m)

Determinar el caudal a partir de las velocidades medias obtenidas en dichas secciones. Tomar como referencia lo señalado en la Sección 7.4.2 para estimar dichas velocidades. Con el caudal obtenido estimar el gradiente de presión ∆p y la pérdida de energía debido al venturímetro.

WATER Sección1: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.005976781 2.948831902

Sección2: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.005994771 6.487754999

Pi (Pa) Pf (Pa) Δp Peso específico (N/m3) Pérdida de energía (m)

144457.7735 124501.456 19956.3175 9788.998 2.03865

DEBRIS Sección1: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.005989512 2.955113457

Sección2: Q (m3/s) Vm (m/s)

0.005927566 6.415023606

Pi (Pa) 3692276.999 Pf (Pa) 3491038.891 Δp 201238.108 Peso específico (N/m3) 15675.93 Pérdida de energía (m) 12.8374

Estimar el valor del coeficiente de descarga (Cd) del venturímetro utilizando la ecuación 11.6. Cd (water) = 0.89137 Cd (debris) = 0.35597 La variación de caudal no es significante en ninguno de los dos fluidos, sin embargo se puede observar una gran variación en la velocidad de ambos fluidos entre sus respectivas secciones 1 y 2 (contrario al dispositivo de orificios); esto se da debido a que en el venturímetro hay una notable variación de radios, y por ley de conservación sabemos que para que el caudal se mantenga si el área disminuye entonces las velocidades tienen que aumentar. La gradiente de presión es mucho mayor en el fluido no newtoniano, y contrario a los casos anteriores, la pérdida de energía es también es mayor en el fluido no newtoniano, porque en este caso, la diferencia entre sus gradientes de presión es tanta que incluso siendo el peso específico del debris mayor que el del agua, la pérdida de energía del debris resulta mayor. El coeficiente de descarga del fluido newtoniano es mayor que la del fluido no newtoniano, lo que indica que a una misma diferencia de altura del embalse, el fluido newtoniano podrá desembalsar más caudal con mayor rapidez.

4.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

-Podemos ver que, mientras más cerca al centro de la tubería (en la mayoría de casos) la velocidad aumenta considerablemente. Caso contrario si vemos la velocidad en los bordes cercanos al tubo. -Cada fluido reacciona de manera diferente. Las pérdidas son diferentes dependiendo del fluido, ya que tenemos newtonianos y no newtonianos. -La mayoría de flujos que se desarrollan en ingeniería serán turbulentos y se debe poner atención a su estudio en prioridad. -Las pérdidas dependen mucho del tipo de material del que estarán hechas las tuberías y además la distribución de velocidades dentro es curva, Además, se puede concluir que el estudio de pérdidas es muy importante para el transporte de fluidos en la ingeniería y es necesario en distintos tipos de móviles de transporte. -El coeficiente de descarga dependerá mucho de las áreas y la energía en el paso de las tuberías. -Se debería poder tener un instrumento para fijar el tubo de Pitot tipo Prandtl y no tener que mantenerlo agarrado en cada medición que se evalúa. -Además, es necesario señalar, que en la experiencia 8, por falta de tiempo, se repitieron los datos mediante el uso de simetría, y no se evaluaron las 4 franjas, sino solo dos.

5.

BIBLIOGRAFÍA Propiedades del agua en función de la temperatura Consulta: 17 de febrero de 2019 http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf SCIELO Fórmulas generales para los coeficientes de Chézy y de Manning Consulta: 18 de febrero del 2019 http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S200724222015000300003

APLICACIONES DEL TUBO PITOT Romero Consulta 18 de febrero del 2019 https://www.academia.edu/10346017/APLICACIONES_DEL_TUBO_PITOT_co nt DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE ENERGIA EN TUBERIAS POR FRICCIÓN Y ACCESORIOS. Herazo Consulta 17 de febrero de 2019 https://www.academia.edu/5184043/DETERMINACI%C3%93N_DE_LAS_P%C 3%89RDIDAS_DE_ENERGIA_EN_TUBERIAS_POR_FRICCI%C3%93N_Y_A CCESORIOS ORIFICIOS Gómez, Galarza y Rodríguez, Consulta 17 de febrero de 2019 https://es.slideshare.net/millos1791/orificios-31867038