04. Guia Practica de Mecanica de Fluidos. 2011-II

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN SUPERIOR

UNIVERSIDAD BOLIVARIANA DE VENEZUELA CENTRO DE ESTUDIOS EN CIENCIAS DE LA ENERGA

PFG DE HIDROCARBUROS EJE DE FORMACIN DE FSICA

UC. Mecnica de Fluidos

PRACTICA 1: VISUALIZACIN DE LINEAS DE FLUJO Y VISUALIZACIN DE FLUJO EN

CANALES. DEMOSTRACIN DEL TEOREMA DE BERNOULLI.

Tiempo estimado: 8 horas acadmicas.

I. OBJETIVOS.

El estudiante debe:

a) Determinar las caractersticas de un flujo laminar y un flujo turbulento

(experimentalmente y analticamente).

b) Visualizar a travs del equipo los cambios de presin ocurridos en la lnea de flujo y

determinar la ubicacin del flujo laminar y turbulento.

a. Demostrar la ecuacin de Bernoulli y de Continuidad aplicado al sistema diseado

para la prctica.

c) Comparar resultados experimentales de caudal y velocidad con los tericos(hallados

por los diferentes modelos matemticos)

II. REVISION BIBLIOGRAFICA.

a. Definicin de flujo y tipos de flujo.

b. Esfuerzo cortante y esfuerzo normal en lquido.

c. La rapidez de variacin constante.

d. Relacin de STOKES para la viscosidad (cortante y normal).

e. Factores que afectan el nmero de Reynolds de transicin de flujo laminar a

turbulento.

f. Ecuacin de Continuidad.

g. Defina balance energtico para la aplicacin de la ecuacin de Bernoulli.





INSTRUMENTOS Y/O MATERIALES.

Materiales:

a) Termmetro

b) Cronometro

c) Recipiente con capacidad mnima de 1 litro.

d) Colorante (trazador).

e) Conexiones de 1/2 pulgadas a 3/4 pulgadas.

f) Balanza.

g) Cinta mtrica.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

Experiencia 1: Visualizacin de lneas de flujo (laminar y turbulento)

1. Verifique que la vlvula de paso rpido este cerrada.

2. Verifique que el dispensador del colorante esta lleno hasta el nivel indicado por el

profesor-asesor e igualmente; si la manguera (1/8 pulgadas) conductora de la

solucin colorante este colocada dentro de la tubera transparente.

3. Llene el depsito con agua, hasta el nivel recomendado.

4. Deje circular agua por el tubo de descarga un mnimo tiempo de estabilidad del flujo.

5. Adicione el colorante por medio de la manguera 1/8 pulgadas





6. Visualice el comportamiento de las lneas de flujo.

7. Cierre la vlvula al terminar la experiencia.

8. Anote las observaciones correspondientes.

Experiencia 2: Calculo experimental del Nmero de Reynolds y Demostracin del

teorema de Bernoulli

1. Verifique que la vlvula de paso rpido este cerrada.

2. Llene el tanque con agua hasta el nivel recomendado punto 1(altura piezomtrica) y

anote el valor de la altura hasta el nivel del orificio. El punto 2 esta colocado en la

tubera de descarga.

3. Tome la temperatura del agua.

4. Utilice un depsito para la recoleccin del agua, el cual debe ser colocado a la salida

del flujo.

5. Pese el envase vaco.

6. Tome con la ayuda de un cronometro el tiempo para la determinacin del volumen

obtenido.

7. Cierre la vlvula verificando la altura del nivel de agua en el depsito.

8. Pese el envase nuevamente con el fluido.

9. Repita los pasos 6,7 y 8 hasta completar tres (3) mediciones.

10. Cierre la vlvula al terminar la experiencia.

= =

1

2 3





V. CALCULOS A REALIZAR PARA EL INFORME

Realice una tabla con los datos experimentales obtenidos durante la experiencia.

Con la temperatura y ayuda de tablas de propiedades del agua encuentre la densidad

y viscosidad dinmica del agua.

Calcule el volumen del fluido recolectado mediante la ecuacin de densidad.

Halle la velocidad experimental de descarga V2 del fluido mediante la aplicacin de la

ecuacin:

AV=Qt;V=Q *

V: Volumen ocupado por el fluido (m3).

t: tiempo que tarda el fluido en ocupar un determinado volumen (s).

v: Velocidad del fluido (m/s).

A: rea de la seccin transversal de la tubera (m2).

A travs de la siguiente ecuacin se proceder a calcular el nmero de Reynolds:

DV=

Re

V: Velocidad del fluido a la dscarga (m/s; cm/s).

D: Dimetro interno de la tubera (m, cm).

: Densidad del fluido ( Kg/m3, gr/cm3).

: Viscosidad dinmica del fluido (Kg/m*s).

Nota. El nmero de Reynolds es un valor adimensional.

Discuta si el flujo es laminar o turbulento.





Aplique la ecuacin de Bernoulli entre los puntos 1 y 2 y halle la velocidad terica de

descarga del fluido V2 y compare con la velocidad V2 experimental hallada anteriormente

y discuta sus resultados.

Ecuacin de Bernoulli:

PP 12 + g

VV

2

2

1

2

2 + (Z2 Z1) =0; Despreciando perdidas

Halle la velocidad en el punto 3 (justo a la salida de la vlvula de globo) usando la

ecuacin de continuidad entre el punto 3 y 2. De observaciones del uso de esta ecuacin.

Ecuacin de continuidad. V3*A3 = V2*A2

VI. BIBLIOGRAFIA:

III. DOWSETT J.W y WARSON M.M HANDBOOK OF CHEMICAL ENGINEERING

CALCULATIONS, VOLMEN 1, (Revisado 1980).

IV. MANUAL DEL INSTITUTE HYDRAULIC. NEW YORK. 3ERA EDICION.

V. OCON/TOJO PROBLEMAS DE INGENIERIA QUIMICA. EDITORIAL AGUILAR S.A. ESPAA

1980.

VI. PERRY ROBERT H. Y GREEN DON W. MANUAL DEL INGENIERO QUIMICO. EDITORIAL

Mc GRAW HILL, MEXICO, TOMO II. MEXICO 1992.

VII. WELTY FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE MOMENTO, CALOR Y MASA.

EDITORIAL LIMUSA, S.A. de C.V. GRUPO NORIEGA EDITORES, MEXICO 1994.





PRCTICA 2 DETERMINACIN DEL PERFIL DE PRESIN USANDO UN TUBO DE

PITOT Y DEMOSTRACIN DE SISTEMAS DE MEDIDAS DE FLUJO Y PRCTICA 3:

AGITACIN Y MEZCLA. VACIADO DE TANQUES Y DETERMINACIN DEL

COEFICIENTE DE DESCARGA. Estas prcticas se realizaran por medio de explicacin por

parte del profesor, por realizacin de ejercicios aplicados a la vida cotidiana o exposiciones

por parte de los estudiantes; esto debido a la falta de instrumentos de medicin.

I. OBJETIVOS:

El estudiante debe:

Determinar experimentalmente las prdidas de energa debidas a la friccin en

tuberas y accesorios.

Comparar los factores de friccin experimentales con los reportados en la literatura.

Determinar la longitud equivalente o el coeficiente de descarga para diversos

accesorios.

Determinarlas curvas caractersticas con bombas que funcionan en paralelo y en

serie a la misma velocidad

II. REVISION BIBLIOGRAFICA.

Perdidas por friccin, accesorios y medidores de flujo.

Longitud Equivalente

Caractersticas de una bomba: caudal, altura de elevacin, potencia, rendimiento y

nmero de revoluciones.

Curva caracterstica de una bomba centrfuga.

Curva caracterstica del sistema

Diagrama de los rendimientos.

Fenmeno de Cavitacin.





III. INSTRUMENTOS Y/O MATERIALES:

Cinta mtrica.

Material: Hierro Galvanizado (H/G)

Dimetro:

MANMETRO

Rango: 0-90Psi

BOMBA

Marca: Flotec Voltaje: 110v RPM: 3450 Potencia: 0.5Hp

flujmetro D=3/4 Qmax=3m3 /hr Qn=1.5m3 /hr

ESQUEMA

TANQUE DE AGUA

V1

V3 V2

V4





IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

EXPERIENCIA 1: Perdidas primarias y secundarias.

1. Medir toda la longitud de tubera del montaje.

2. Contar todos los accesorios (vlvulas, codos, tee, uniones, medidores, etc.)

3. En tablas hallar los coeficientes de resistencia para tubera y accesorios.

EXPERIENCIA 2: Arreglos de bomba en serie

1. Verifique que el tanque contenga agua hasta en nivel indicado por el profesor.

2. Registre la longitud total de la tubera, cuantos accesorios estn instalado en el

sistema indicado el tipo especfico.

3. Abra la vlvula 1un Angulo , fijado por el profesor y la vlvula 3 completa.

4. Cierre las vlvulas 2 y 4.

5. Encienda las bombas y deje estabilizar el sistema 5 minutos.

6. Registre las lecturas de los medidores de flujo 1 y 2 tomando una lectura inicial y final

en un intervalo de tiempo fijado por el profesor.

7. Tome notas de los valores indicados en los manmetros 1, 2, 3 y 4

8. Mida el caudal experimental tomando un recipiente cualquiera, pesarlo vaci, tomar

una fraccin de agua en un tiempo indicado por el profesor, pese nuevamente el

envase con el agua, calcule mediante el uso de la densidad del agua el volumen

obtenido en ese tiempo. Halle el caudal experimental con el uso de la ecuacin

t

VolQ

9. Repita los pasos anteriores para la vlvula 1 abierta un ngulo mayor al anterior.

10. Repita los pasos anteriores para la V1 abierta completamente, completando as tres

caudales diferentes.





EXPERIENCIA 3: Arreglos de bombas en paralelo.

1. Verifique que el tanque contenga agua hasta en nivel indicado por el profesor.

2. Abra la vlvula 1 un ngulo fijado por el profesor y la vlvula 2 completa.

3. Cierre las vlvulas 3.

4. Encienda las bombas y deje estabilizar el sistema 5 minutos.

5. Registre las lecturas de los medidores de flujo 1 y 2 tomando una lectura inicial y final

en un intervalo de tiempo de un minuto

6. Tome notas de los valores indicados en los manmetros 1, 2, 3 y 4.

7. Mida el caudal experimental tomando un recipiente cualquiera, pesarlo vaco, tomar

una fraccin de agua en un tiempo indicado por el profesor, pese nuevamente el envase

con el agua, calcule mediante el uso de la densidad del agua el volumen obtenido en ese

tiempo. Halle el caudal experimental con el uso de la ecuacin.

t

VolQ

8- Repita los pasos anteriores para la vlvula 1 abierta un ngulo mayor al anterior.

9- Repita los pasos anteriores para la V1 abierta completamente obtenindose tres

caudales diferentes.

V. CALCULOS A REALIZAR PARA EL INFORME:

Prdidas en accesorios

Hf = K.V2 / 2.g donde:

K = constante de resistencia del accesorio

V = velocidad del fluido





g= gravedad

Longitud equivalente

L = K.D/f donde:

D = dimetro de tubera

f= factor de friccin

K = constante de resistencia del accesorio

Cada de Presin:

P = Pd Ps

Pd = Presin de descarga

Ps = Presin de succin

P = Cada de presin

Carga total para cada caudal (graduacin de vlvula de paso):

H = (P * gc) / ( * g)

H = Carga total

= Densidad del fluido

g = Gravedad

gc = Factor de conversin gravitacional

Con estas H hallada para cada caudal (graduacin de vlvula de globo) graficar Q (m3/s) Vs

H(m) tanto en serie como paralelo.

Potencia terica para caudal mximo tanto en serie como paralelo:

Pt = I * V





V = Voltaje

I = Intensidad

Pt = Potencia terica suministrada

Potencia real para caudal mximo tanto en serie como paralelo :

Pr = (Q * H * * g) / gc

Pr = potencia real

Q = Caudal

H = Carga total

= Densidad del agua

g = Gravedad

gc = Factor de conversin gravitacional

Eficiencia para caudal mximo tanto en serie como paralelo:

= (Pr / Pt) * 100

Pt = Potencia terica suministrada

Pr = Potencia real

= Eficiencia porcentual

Recomendaciones

En su informe realice una comparacin del caudal experimental con el caudal

indicado en los medidores de flujo 1 y 2.

Discuta las grficas de Q Vs H. Cuales son las propiedades de un arreglo de bombas

en paralelo y uno en serie.

VI. BIBLIOGRAFIA:





MC CABE, SMITH, HARRIOTT. Operaciones Unitarias en Ingeniera qumica. Editorial Mc Graw

Hill. Sexta edicin. Mxico 2002.

MARCHEGIANI, Ariel. Ctedra de mquinas hidrulicas.

Se recomienda como proyecto realizar por unos grupos un agitador sencillo y por mtodos de

observacin en funcin del tiempo, masa o volumen y con algunas sustancias viscosas

demostrar las variaciones de las propiedades al aplicrseles la agitacin. Otros grupos

realizaran el proyecto de vaciado de tanque y al final intercambiaran las experiencias

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