Practico Nº 3.docx

PRACTICO Nº 3 FLUIDOS EN MOVIMIENTO 3.1.

OBJETIVOS

3.2. FUNDAMENTO TEORICO La hidrodinámica estudia la dinámica de fluidos incompresibles. Etimológicamente, la hidrodinámica es la dinámica del agua, puesto que el prefijo griego “hidro-“ significa “agua”. Aun así, también incluye el estudio de la dinámica de otros líquidos. Para ello se consideran entre otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido. Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes:  Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.  Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento.  Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo. La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.

a)ECUACION DE BERNOULLI Historia de la ecuación Para el caso de un flujo irracional a régimen permanente de un fluido incompresible no viscoso, es posible caracterizar el fluido en cualquier punto de su movimiento si se especifica su rapidez, presión y elevación. Estas tres variables se relaciona con la ecuación de Bernuilli (1700-1782). En este caso hay que tener en cuenta dos consideraciones: • Siempre que un fluido se desplace en un tubo horizontal y se encuentre en una región donde se reduce la sección transversal entonces hay una caída de presión del fluido. • Si el fluido se somete a un aumento en su elevación, entonces la presión en la parte inferior es mayor que la presión en la parte superior. El fundamento de esta afirmación es el estudio de la estática de fluidos. Esto es verdad siempre y cuando no cambie la sección transversal del tubo. La ecuación de Bernuilli se postula como: “en dos puntos de la línea de corriente en un fluido en movimiento, bajo la acción de la gravedad, se verifica que la diferencia de las presiones hidrodinámicos es igual al peso de una columna de fluido de base unidad y altura la diferencia entre los dos puntos”. La ecuación de Bernuilli tiene las siguientes propiedades: • modificar la altura significa una compensación en la variación de la presión o en la velocidad

•

La velocidad en un tubo de sección cte. es también constante.

• El pío. De conservación de energía permite utilizar la ecuación en tubos rectos y de sección transversal cte. o en tubos de sección variable. • Para aplicar esta ecuación s esencial identificar las líneas de corriente y seleccionar unas estaciones definidas agua arriba y abajo en el fluido. Las estaciones se eligen por conveniencia.

Fundamento Cuando circula un fluido incompresible a través de un tubo de sección variable, y de acuerdo a la ecuación de continuidad, la velicidad aumenta al disminuir la sección y lo contrario ocurre con la presion. Si tomamos dos puntos a diferentes ahuras, la diferencia de presion no solamente varia con la diferencia de alturas, sino también con la diferencia existente entre las velocidades. Para un flujo incompresible y en condiciones isotérmicas (a temperatura constante), la diferencia de presion entre dos puntos viene dada por la siguiente ecuación:

Tubo de Venturi El caudal (o gasto) se define como el producto de la sección por la que fluye el fluído y la velocidad a la que fluye. En dinámica de fluídos existe una ecuación de continuidad que nos garantiza que en ausencia de manantiales o sumideros, este caudal es constante. Como implicación directa de esta continuidad del caudal y la ecuación de Bernoulli tenemos un tubo de Venturi. Un tubo de Venturi es una cavidad de sección estrecha, teniendo ahora una sección que

por la que fluye un fluído y que en una parte se . Como el caudal se conserva entonces tenemos

. Por tanto:

(2)

Si el tubo es horizontal entonces

, y con la condición anterior de las velocidades

vemos que, necesariamente, . Es decir, un estrechamiento en un tubo horizontal implica que la presión estática del líquido disminuye en el estrechamiento. b) ECUACION DE CONTINUIDAD

La conservación de la masa de fluido a través de dos secciones (sean éstas A1 y A2) de un conducto (tubería) o tubo de corriente establece que: la masa que entra es igual a la masa que sale.

Definición de tubo de corriente: superficie formada por las líneas de corriente. Corolario 2: solo hay tubo de corriente si V es diferente de 0. La ecuación de continuidad se puede expresar como: ρ1.A1.V1 = ρ2.A2.V2 Cuando ρ1 = ρ2, que es el caso general tratándose de agua, y flujo en régimen permanente, se tiene: o de otra forma: (el caudal que entra es igual al que sale) Donde:

  

Q = caudal (metro cúbico por segundo; m3 / s) V = velocidad (m / s) A = area transversal del tubo de corriente o conducto (m2) Que se cumple cuando entre dos secciones de la conducción no se acumula masa, es decir, siempre que el fluido sea incompresible y por lo tanto su densidad sea constante. Esta condición la satisfacen todos los líquidos y, particularmente, el agua. En general la geometría del conducto es conocida, por lo que el problema se reduce a estimar la velocidad media del fluido en una sección dada.

3.3.

MATERIALES

3.4. DESCRIPCION DE LA PRÁCTICA En la practica realizamos, primeramente encendimos la fuente de aire a su minima velocidad, calculamos la altura en el tubo U y la velocidad por medio del Anemometro. La practica lo repetimos 5 veces para tener 5 distintas velocidades y alturas; por ultimo tomar el diámetro minimo y el diámetro del extremo contrario de la fuente de aire. Y asi podremos realizar las ecuaciones de continuidad y Bernoulli. 3.5.

CUESTIONARIO

1.- El flujo debe ser incompresible, es decir que se mantenga la densidad constante. Esto NO inhibe a los gases en la medida que su comportamiento bajo las condiciones analizadas cumplan tal condición. Además el fluido debe ser NO VISCOSO o se comporta como tal en la zona de circulación analizada. 2.- dependen de la forma del Volumen de control adoptada. Si ésta es el cubo elemental de lados diferenciales, se obtiene la Ecuación Diferencial de Continuidad en un Punto, en cambio si el volumen de control elegido es el Tubo de corriente, la que se obtiene es la Ecuación Diferencial de Continuidad en el mismo. 6.- Flujo Estacionario: La velocidad en cada punto no varía con el tiempo, aunque sí punto a punto. Las fotografías en distintos instantes son iguales. Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor. 7.- Las pérdidas de energía por rozamiento se ven acentuadas por la rugosidad de la conducción, la cual, a su vez, depende del tipo de material de construcción, de su mecanizado y de su estado de mantenimiento (suciedad, incrustaciones, corrosión). En los accidentes de la conducción (uniones, codos, juntas, ensanchamientos, estrechamientos, válvulas, etc.) se producen cambios de velocidad y dirección que distorsionan el flujo y generan turbulencias que intensifican el rozamiento, contribuyendo de manera importante a la pérdida de energía mecánica del fluido. El conocimiento de estas pérdidas por fricción en conducciones tiene gran importancia por ser necesario para calcular el trabajo mecánico que es necesario aplicar al fluido, mediante bombas, en los casos líquidos o fluidos no compresibles, para mantener una determinada presión o velocidad (y por lo tanto, un determinado caudal). 9.- Existe mayor velocidad en el centro porque no tiene roce con ninguna de sus paredes, mientras que la velocidad en el perímetro es menor debido a la fricción o roce que tiene con sus paredes interiores. 10.- Es necesario trabajar con manométricas. 11.- El arrastre del humo es mucho más rápida en la parte más alta de la chimenea porque la velocidad está de acuerdo al área; si el área es pequeña, la velocidad por lo tanto será grande y pasa lo mismo si el área es grande la velocidad entonces será pequeña. Ej: Con área pequeña V = Q = 0,280 = 1,37 m/s A 0,204

Con área grande V = Q = 0,280 = 0,13 m/s A 2,107 Entonces dicho esto como la chimenea es mas angosta hace que la velocidad de salida del humo sea más rápida. 12.- El agua se puede comprimir minimamente, el aire también se puede comprimir con mas facilidad. El aceite se comprime un 0.5%, y el mercurio no se puede comprimir porque es muy denso. La espona no es un cuerpo completamente sólido... tiene espacios en su tejido que permite liberar el aire y comprimirse hasta su minima forma. 14.-Porque al tener una chimenea el humo tiene por donde salir extraer todo lo que se encuentra dentro, cuando se extiende por dentro de la habitación al no tener chimenea, las paredes forman como un cubo y encierra el humo comprimiéndose mas y mas conforme pase el tiempo. 15.- a) 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 Vénturi: al variar el diámetro interior de una tubería, se aumenta la velocidad del paso de aire. b) Perlizadores. Ahorro de agua.- Otra aplicacion importante y reciente aplicada en europa es la utilizacion de perlizadores para disminuir el consumo de agua, aumentando la presion, segun lo que se quiera hacer. Este dispositivo se produce actualmente y esta dirgido para el uso en las casas: baños, mangueras, fregaderos etc. A continuacion se presenta el dispositivo y su funcionamiento( fuente: AhorrarAgua.com)

c) Aparatos de limpieza La eliminación de la materia suspendida se realiza mediante lavadores dinámicos de rocío. El Vénturi de Pease-Anthony. En este sistema, el gas se fuerza a través de la garganta de un Venturi, en la que se mezcla con rocíos de agua de alta presión. Se necesita un tanque después de Venturi, para enfriar y eliminar la humedad. Se ha informado de una limpieza de entre 0.1 a 0.3 g/pie³. 16.- Aunque parezca que esto va en contra de la lógica, los aviones despegan con el viento de cara en lugar de con el viento de cola. Debido a la forma del ala del avión, el aire pasa con mayor velocidad por la parte superior que por la parte inferior. Por el principio de Bernouilli, a menor velocidad en un fluido, mayor presión ejercerá éste. Así la presión en la parte inferior del ala provoca un empuje adicional sobre el avión ayudando a los motores a levantar el aparato. A esto es a lo que se llama sustentación. 18.Para distinguir entre flujo turbulento y laminar se debe calcular el num. de Reynolds (Re) y si:

Re<2300 ---> Laminar. Re>2300 ---> Turbulento. 19.

La posición relativa de sus moléculas puede cambiar de forma abrupta.



Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son fluidos igual que los gases.



Tienen viscosidad, aunque la marviscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos.

20.- El alquitran si es un fluido que fluye lentamente por su gran viscosidad, el mercurio seria un fluido a altas temperaturas, el vidrio es liquido, es un liquido que es demaciado, pero demaciado viscoso, el plástico también es un fluido con temperatura alta. 21.- La ecuación de Bernoulli se aplica para fluidos comprensibles. 22.- No es afectada por la temperatura ya que esta sujeta por por la densidad y presion. 23.- La presión de un liquido cuando está en movimiento es mayor donde la velocidad del liquido es menor ya que si la presión fuera menor la velocidad seria mayor. La presión es mayor en un área es grande. 25.- Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen, es decir, el punto [0,0]. Un fluido no newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano. 26.- LINEAS DE CORRIENTE.- En mecánica de fluidos se denomina línea de corriente al lugar geométrico de los puntos tangentes al vector velocidad de las partículas de fluido en un instante t determinado. En particular, la línea de corriente que se encuentra en contacto con el aire, se denomina línea de agua. LINEAS DE FLUJO.- Una línea de flujo es la trayectoria seguida por una pequeña partícula suspendida en el fluido. Las líneas de flujo también se llaman apropiadamente líneas de corriente o curvas integrales. 27.- La perdida de carga hidráulica en una tubería o canal, es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a

circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. 3.6.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La práctica se hizo de acuerdo a los pasos de la guía, los resultados nos salieron bien pero con un inconveniente la velocidad (v3) hallada no coincide a la velocidad dada por el anemómetro, puede que los cálculos estén mal hechos o que la velocidad dada por el anemómetro se halla hecho de manera incorrecta. 3.7.BIBLIOGRAFIA Ø Guía de laboratorio de física Ø http://www.wikipedia.com.org/ Ø Libro Física general