Fluidos

Universidad de Santiago de Chile

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil Química

Mecánica de Fluidos

Segundo semestre

Laboratorio N°1

Informe

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Escurrimiento de fluidos

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Curso : Mecánica de Fluidos

Jefe de grupo : Carlos Valdivia

Integrantes : María Castro

Claudia Maldonado

Carlos Valdivia

Profesor : Yasmin de la Fuente

Ayudante : Felipe Hernández

Fecha experiencia

Fecha entrega :

: 7 de Septiembre del 2012

24 de septiembre del 2012

RESUMEN

El día viernes 30 de agosto del 2012 en el Laboratorio de Operaciones Unitarias ubicado en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Santiago de Chile se realizó la experiencia de “Escurrimiento de fluidos” utilizando dos fluidos de trabajo: agua y aire. Para el escurrimiento de agua el principal objetivo era determinar las perdidas por fricción en dos tuberías diferentes (tubería de acero 2” y de cobre ¾”) además de una expansión y caracterizar la bomba de trabajo del sistema; comparándolos con valores teóricos. Para el escurrimiento de gases el principal objetivo era comparar el tubo Pitot versus el Anemómetro respecto a la velocidad del aire que circula a través de una tubería.

Para realizar un estudio de las perdidas por fricción en el escurrimiento de agua fue necesario realizar una curva de calibración para la diferencia de alturas en la placa orificio en función del caudal de trabajo. Para esto se trabajó con diez caudales diferentes obteniéndose una función potencial para las alturas. Una vez obtenida la curva de calibración, mediante balances de energía se obtuvieron las perdidas por fricción experimentales para las dos tuberías en estudio y la expansión, considerando dos flujos de trabajo en cada una de estas. Luego dichos valores fueron comparados con los teóricos y se obtuvieron los errores relativos para cada una de estas. Respecto a los errores estos fueron altamente significativos, mayores al 50% en cada caso. Además de trabajar con las tuberías y la expansión se realizó una caracterización al equipo motobomba del sistema total, para esto se realizaron diferentes gráficas: eficiencia en función del caudal, diferencias de alturas para el manómetro en función del caudal y las potencias (eléctrica e hidráulica) en función del caudal.

Con el fin de comparar el caudal de una tubería se utilizó un tubo de pitot y un anemómetro para determinar la velocidad media del fluido obteniéndose un porcentaje de error superior al 100% lo cual indica que los resultados obtenidos no son correctos, debido a la mala realización de la experiencia o el mal funcionamiento de los aparatos de medición, entregando datos no confiables y por ende resultados erróneos.

ÍNDICE

1. Objetivos 4

2. Marco teórico 5

3. Aparatos y accesorios 14

4. Procedimiento Experimental 15

5. Datos 17

6. Resultados 18

7. Discusiones de resultados 20

8. Conclusiones 21

9. Recomendaciones 22

10. Nomenclatura……………………………………………………………………………….…..23

11. Bibliografía………………………………………………………………………….………….24

Apéndice A

Apéndice B

Apéndice C

OBJETIVOS

Medición de flujo de líquidos.

Determinar la curva de calibración de un medidor de flujo.

Determinar las curvas características de la bomba centrífuga: Altura de elevación, Potencia consumida y Eficiencia en función del Caudal.

Obtener experimentalmente las pérdidas de carga en dos tuberías distintas, compararlas entre sí y con las pérdidas calculadas en forma teórica.

Obtener experimentalmente las pérdida de carga de un accesorio y comprar con las pérdidas calculadas en forma teórica.

Medición de flujo de gases.

Comparar el caudal de aire en una tubería por un anemómetro y un tubo Pitot.

MARCO TEÓRICO

Mecánica de Fluidos.

La mecánica de los fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento mecánico de los fluidos (en reposo o en movimiento) y su efecto sobre su entorno, tal como superficies de sólidos o interfaces con otros fluidos.

Fluidos.

Fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando es sometida a una tensión cortante, aunque esta sea muy pequeña. Dicha tensión se denomina esfuerzo de corte. Entre las propiedades que caracterizan a los fluidos se encuentran la densidad, gravedad especifica, viscosidad, conductividad térmica, entre otras.

Densidad

La densidad de un fluido, y en general de un material se define como la masa contenida en la unidad de volumen del material. Por tanto operacionalmente la densidad esta dada por:

ρ=m/V

Donde:

ρ∶ Densidad del fluido [Kg/m^3 ]

m∶ Masa del material [Kg]

V: Volumen [m^3 ]

Además se puede relacionar esta propiedad con la ecuación de los gases ideales, resultando que la densidad para los gases esta dada por

ρ= (M∙T)/(P∙R)

Donde:

M: Peso molecular [g/mol]

T: Temperatura [K]

P: Presión [atm]

R: Constante universal de los gases [(atm∙L)/(mol∙K)]

Viscosidad

Se puede definir como la resistencia de los fluidos a fluir. A mayor viscosidad, menor flujo. En términos microscópicos se relaciona con las fuerzas intermoleculares, y con el tamaño y forma de las moléculas que constituyen el líquido. La viscosidad de la mayoría de los líquidos disminuye al aumentar la temperatura.

Matemáticamente es la proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y el diferencial de velocidad con respecto a la posición. Esta relación se define de la siguiente forma.

 = -μ∙dv/dx

Donde:

τ: Esfuerzo de corte [Pa]

μ: Viscosidad del fluido [Kg/(m∙s)]

dv/dx: Gradiente de velocidad [s^(-1) ]

Hidrostática y ecuación de Torricelli.

Presión en mecánica, es la fuerza por unidad de superficie que

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