Guia Laboratorio Fluidos

7/23/2019 Guia Laboratorio Fluidos

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UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

AREA DE TERMOFLUIDOS

Asignatura:Mecánica de Fluidos 440050 Guía de Laboratorios Semestre II

2015

Guía de Laboratorios

Mecánica de Fluidos 440050

II Semestre 2015

Área de Termofluidos!dimec!ubiobio!cl"termofluidos!ubiobio!cl #e$! 1!0

Página_1 Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

%refacio

El laboratorio de Mecánica de Fluidos 440050, complementa la eperiencia de aprendi!a"e para lateor#a$ %os e"ercicios de laboratorio permiten la oportunidad del estudio directo delcomportamiento de los &luidos$ Algunos de los eperimentos eponen algunos elementos omaterial no presentado epl#citamente en teor#a$, pero usted puede reali!ar la respecti'a unión deestos elementos$(tilice el laboratorio como una oportunidad de enri)uecer su conocimiento en estática * dinámicade &luidos$

%os siguientes +b"eti'os de Aprendi!a"e- para el laboratorio lo guiarán en tomar un rol acti'o ensu educaci.n$

1$/ Familiarización con el comportamiento físico de los fluidos, propiedades básicas de los &luidos talescomo 'iscosidad * presi.n, &uer!as en &luido estático * dinámico, la relaci.n entre presi.n *'elocidad en u &lu"o$ Además de aprender a operar el e)uipamiento con propiedad * de manerasegura$

2$/ esarrollar ! reforzar la capacidad de lectura en instrumentación $ %ectura de man.metros, medidoresde &lu"o, dinam.metros, balan!as, etc$ Medir e'entos en unidades de tiempo cronometrados$eberá además ser capa! de medir cantidades con el máimo de precisi.n utili!ando losinstrumentos pro'istos en el laboratorio$

$/ esarrollar ! reforzar la capacidad de obser"ación ! documentación#ebe desarrollar buenos ábitos en la organi!aci.n * recolecci.n de datos en terreno usando uncuaderno o bloc3 de notas * tener la precauci.n con esos datos pues serán anali!ados despus dereali!ado el ensa*o$ eberá acer un bos)ue"o de cada uno de los e)uipos &#sicos usados en cadaeperimento$ oner principal atenci.n en la mecánica espec#&ica * los detalles operacionales )uepermitan al e)uipo &uncionar de la manera para la )ue &ue dise6ado$ ebe ser capa! de listar *describir los pasos usados para obtener las mediciones necesarias$ ebe ser capa! de identi&icarcual)uier acci.n )ue permita un correcto &uncionamiento del e)uipo * correctos resultados deleperimento$ e la misma &orma debe ser capa! de identi&icar cual)uier acci.n )ue contribu*a aresultados no deseados o )ue impli)uen errores$

4$/ esarrollar $abilidades para presentar un informe escrito#

(sted creará in&ormes para documentar su traba"o en el laboratorio$ (sted debe usar escritura&ormal com7nmente usada en documentaci.n tcnica en ingenier#a$ Su in&orme debe ser completo* conciso$ ara desarrollar el in&orme , debe desarrollar un claro conocimiento del eperimento delaboratorio * comunicar ese conocimiento en el documento escrito$








2015

NORMATIVA DE LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS

Las sesiones de laboratorio comenzarán con un Test de Entrada correspondiente a la experiencia a realizar. Se entregar a el Informe de la experiencia según la Pauta de Informe entregada por el profesor , 24 hrs terminado el Lab.

I ASISTENCIA Las sesiones se realizarán según calendarización en Plataforma ADECCA. El porcentae de asistencia al laboratorio es del !""#. $o se aceptarán alumnos o alumnas atrasados %as& una 'ez iniciada la experiencia ( )ste no es moti'o de

recuperación. En el caso *ue llegue una 'ez iniciado el +E,+- tendrá $ota ! %uno& en )l. La asistencia al Test de Ciclo es /LI0A+1IA- se asume como otra experiencia. Si la alumna o alumno falta a una experiencia

a& ,ólo podrá recuperarla- si existe CAUSAL DEBIDAMENTE !USTIFICADA" +oda recuperación se

realizará a fin de semestre.

b& Debe presentar ,olicitud de 1ecuperación- como cual*uier e'aluación.c& Autorizada la recuperación- el profesor definirá d2a- 3ora ( sala.

II OBLI#ACIONES DEL ALUMNO O ALUMNA Estudiar ( analizar pre'iamente la experiencia en la 0u2a de Laboratorio. Antes de ingresar a Laboratorio se debe Apa$ar el Tel%fono Celular. 4anear un cuaderno personal- donde pueda lle'ar ordenadamente apuntes acerca de las experiencias realizadas (

las propuestas. Lápiz- calculadora- reglas ( otras 3erramientas son de uso &er'onal. 5estir adecuadamente- usar zapatos cómodos. E'itar uso de gorros- sombreros- bufandas- al3aas- aretes o pulseras. E' o(li$atorio el u'o )e #uar)apol*o o Delantal. Las experiencias contienen dos o más acti'idades propuestas- en algunas se realizarán una o más acti'idades-

*uedando como su obligación desarrollar las demás. Disponer de papel 4ilimetrado- ,emilog- Log6Log- cuando corresponda.

1e'isar su Informe cuando el profesor le indi*ue. Es responsabilidad del Alumno %a& 'erificar periódicamente sus calificaciones.

III EVALUACI+NLa nota final de laboratorio se obtendrá de acuerdo a las siguientes ponderaciones7

Promedio Test de Entrada7 !8#Promedio Informes7 9"#Test de Ciclo7 98#

El Test de Ciclo inclu(e todas las experiencias realizadas durante el semestre. Las experiencias serán fiadas por el profesor.

$o existe nota m2nima de aprobación.

1ecorte A*u2NOTA ,Entre$ue e'ta colilla al Auxiliar )e La(oratorio-

Declaro conocer la Normativa de Laboratorio

$ombre Alumno:a7;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

Código Asignatura.;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; <ec3a7;;;;;;;;;;;;;;;;;;

<irma7 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

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&ontenidos

1 Viscosidad 5

2 Aparato Reynolds 15

3 Medición de Caudal 24

4 Prdidas de Car!a 3"

5 #lu$o e%terno & Per'il Aerodin()ico 52* +ablas y !r('icos *,

- Ane%o A. /n'or)e Laboratorio *5

Página_& Laboratorios_Termofluidos_2015







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'()erimento 1

10 +/Vroporcionar bases te.ricas, acerca de *iscosidad $ eterminar eperimentalmente

usando mtodo grá&ico, Indice de *iscosidad seg7n A6+M 722-, para lubricantes, con

8iscosimetro Sa*bolt$

20 PR/8C/P/6 +9R/C6*iscosidad es la propiedad de los &luidos de presentar una tensi.n tangencial,

cuando ba"o la acci.n de un es&uer!o de corte, se establece un gradiente de 'elocidadnormal con respecto a la direcci.n del escurrimiento$ %a 'iscosidad es probablemente lapropiedad &#sica más importante de un aceite lubricante de petr.leo, sta es la medida delas caracter#sticas de &lu"o del aceite, entre más espeso sea, ma*or es su 'iscosidad ! ma*orsu resistencia a &luir$ El mecanismo para establecer la adecuada pel#cula de lubricantedepende, en gran parte, de la 'iscosidad$

Es importante tener un control estricto de la temperatura$ %a 'iscosidad decual)uier aceite de petr.leo aumenta cuando el aceite es en&riado * disminu*e cuando estees calentado$ or esta misma ra!.n, el 'alor de la 'iscosidad de un aceite debe ir siempreacompa6ado por el de la temperatura a la cual &ue determinado$

Ley de 8e:ton. En un &lu"o laminar, el s'uer;o de Corte . +ensión tan!encial, en la

direcci.n del escurrimiento, es proporcional al !radiente de <elocidad0

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*IS&+SI,-,

= ∂ u

∂ y







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onde:

: +ensión tan!encial0 : Viscosidad absoluta o dinámica

9o con&undir con$$$

: Viscosidad cine)(tica$ ue es la

relaci.n entre la 'iscosidad absoluta

* la densidad del &luido a la

temperatura del ensa*o∂u

∂ y : R!i)en de corte o gradiente de

'elocidad ;u: 'elocidad < * : dimensi.n=

A : Area de la super&icie de la placa m.'il

F : Fuer!a aplicada para mo'er la placa m.'il'enciendo la resistencia por la 'iscosidad del

aceite$

%os &luidos )ue satis&acen esta ecuaci.n, son llamados > .etonianos>$ E"$: agua, aire, etc$

(nidades de Medida:

?$@$S M$$S$

8iscosidad inámica ! g cm s = Po ! kg

m s = !" Po

8iscosidad ?inemática!

cm=

s = St !

m=

s = !"

9St

?omunmente, se tienen las 'iscosidades en co ;centi/oise= o en cSt ;centi/Sto3e=

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ara lubricantes, el 6e!undo 6aybolt =ni<ersal ;SS(= es una unidad con'encional de

'iscosidad$ Se de&ine el SS( como el tiempo de escurr#miento en segundos )ue demora enpasar por un ori&icio uni'ersal calibrado, una muestra de B0 ml$ ba"o condicionesespec#&icas$

tras unidades de 'iscosidad con'encional son: Segundos Sa*bolt Furol, @rados Engler *Segundos CedDood$

Celaciones entre SS( * unidades de 'iscosidad cinemática * dinámica$

Estas relaciones son usadas * aceptadas para cálculos de tipo comercial, en ning7n caso encálculos de precisi.n$

cst : 8iscosidad en ?enti/Sto3e 10/2 St$

t: tiempos en segundos )ue demora en escurrir la muestra a tra's de la probeta ;SS(=

;Sa*bolt (ni'ersal=

El conocimiento de la 'iscosidad de un l#)uido permite interpretar$

a= %os &en.menos )ue aparecen durante el &lu"o de un &luido, a tra's de tubos *accesorios, ca6er#as, canales, etc$b= %as prdidas debidas al roce )ue se presentan en la lubricaci.n$

*iscosímetros: Eisten di&erentes tipos de 8iscos#metros, siendo los más utili!ados:

a= Viscosí)etros +ipo Capilar: Es a)uel en el cual, se determina la 'iscosidad de un

l#)uido, mediante la medici.n del tiempo )ue demora en escurrir un determinado

'olumen de li)uido, a tra's de un tubo capilar ba"o una presi.n eactamentereproducible, generalmente ba"o la presi.n de una columna li)uida, manteniendo

constante la temperatura durante el ensa*o$ E"$: 8iscosimetro ?inemático ;?annon,

Fenste=$

b= Viscosí)etro de s'era Gra<itante. Es a)uel en el cual se determina la 'iscosidad por

la 'elocidad de ca#da de una es&era de diámetro ! peso especi&icadas, a tra's del

l#)uido ba"o condiciones )ue aseguran la proporcionalidad entre la 'iscosidad * la

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Si t !"" ⇒ c st = "-==> t − !?8

t

Si t !"" ⇒ c st = "-== t − !@8

t







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'elocidad de ca#da, manteniendo constante la temperatura durante el ensa*o$

c= Viscosí)etros Con<encionales. Son 'iscos#metros de dimensiones normali!adas, en

)ue se determina la 'iscosidad con'encional, de con&ormidad con procedimientos

especi&icados para cada caso$

%as indicaciones de estos instrumentos no deberán emplearse en cálculos )ue re)uieran

precisi.n * podrán ser'ir 7nicamente para in&ormaciones aproimadas de la 'iscosidad en

aplicaciones de tipo industrial$

'l *iscosímetro Sa/bolt ni$ersal ;A6+M 7>>= es utili!ado para aceites de ba"as * medias'iscosidades, consiste en un recipiente cil#ndrico para la muestra de aceite * de un matra!de contenci.n, colocado aba"o para recibir * medir el aceite descargado del recipiente$ En laparte in&erior del recipiente eiste un ori&icio de dimensiones especi&icas, a tra's del cual&lu*e el aceite$

El recipiente con el aceite está rodeado con un ba6o de aceite para &acilitar )ue latemperatura de la muestra se mantenga constante$

%as temperaturas son controladas por dos term.metros$ (no colocado en el aceite muestra* el otro en el ba6o$ ara a"ustar la temperatura, se utili!a una &uente eterna de calor, lacual es aplicada al ba6o$ El tiempo de &lu"o del aceite asta la probeta graduada es tomado

con un cron.metro$

'l *iscosímetro Sa/bolt Furol -STM ,3 ? se utili!a para los aceites mu* 'iscosos esteaparato di&iere del 8iscosimetro Sa*bolt (ni'ersal, 7nicamente en el diámetro del ori&iciopor donde escurre el aceite$

/ iámetro ori&icio Sa*bolt (ni'ersal: 0$0B5 pulgadas/ iámetro ori&icio Sa*bolt Furol: 0$1240 pulgadas

Indice de *iscosidad Es un n7mero emp#rico )ue indica el cambio de 'iscosidad de unaceite, al 'ariar la temperatura$ (n #ndice de 'iscosidad ba$o, signi&ica un cambiorelati'amente importante de 'iscosidad en relaci.n a un inter'alo de temperatura *'ice'ersa, un #ndice de 'iscosidad alto, implica un cambio moderado de 'iscosidad &rentea el mismo rango de temperaturas$$

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Seg7n A6+M 22-,:

( 8iscosidad cinemática del aceite a 40G?% : 8iscosidad cinemática a 40H? de un aceite de I$8$ 0, * )ue tiene la misma 'iscosidadcinemática a 100H? )ue la muestra$ % / 8iscosidad cinemática a 40G? de un aceite de I$8$ 100 * )ue tiene la misma 'iscosidadcinemática a 100G? )ue la muestra$

%os 'alores % * , se pueden encontrar en +abla 1 ;JAK%E 1, Kasic 'alues &or % and ='álidos solamente para 'alores de 'iscosidad a 100H? comprendidos entre 2$0 * L0$0 cSt$

ara 'alores de 'iscosidad a 100+? in&eriores a 2$0 cst$, los 'alores * % se obtendrán delas &.rmulas: $

% ; 1$B55 1,2B55 = 8iscosidad cinemateca del aceite

;0$1L25 0$4N4 = en estudio a 100H?$

'em)lo

eterminar el Indice de 8iscosidad de un aceite cu*a 'iscosidad a 40G? es de 1$B0 cSt * a100G? es de $4 cSt$

1 cst 1 centisto3e

e la Jabla 1 ;A6+M 7 22-, =

% 12$N * 5L$0L

Gráficos $iscosidad $"s tem)eratura ara poder determinar la 'iscosidad de un aceite, acual)uier temperatura, conocidas las 'iscosidades a dos temperaturas di&erentes, sepueden con&eccionar grá&icos de 'iscosidad, *a sea medida en ;SS(= o (nidades de8iscosidad Absoluta$ icos grá&icos se constru*en en papel bi/logaritmico seg7n A6+M

Página_ Laboratorios_Termofluidos_2015

I.V. = L − U

∗ !""

I.V. = !@A-A − ?!->

8B-"B ∗!""

I.V. = A=-B







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7 341 $ El grá&ico consiste en un e"e O logar#tmico en el )ue se ubica la temperatura * un e"e

P doble/logar#tmico donde se ubica la 'iscosidad$ Seg7n la 9orma los puntos conocidos se unen con una l#nea recta$

$e)plo.

30 76CR/PC/98 7L @=/P

Se utili!a un 'iscosimetro Sa*bolt$ Este 'iscosimetro permite medir el tiempo deescurrimiento, a temperatura constante, de B0 ml de muestra a tra's de un ori&icio Furolcalibrado$

*iscosímetro Sa/bolt Marca : recision Scienti&icCango: L0 210GF8olta"e : 220 8Qatt : L00 ?iclos: 50RB0

Term6metrosMarca : KrannanCango: /20G? a 150G?Sensibilidad :1G?

Matra7 Sa/bolt calibrados de 80 ml!

Marca : *re ($S$A$


S A E / 2 0

S AE / 1 0

S AE / 4 0

Jemperatura

8 i s c o

s i d a d







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?apacidad : B0 ml 0$05 ml$

-ceites muestras3

SAE 40 ;Esso Motor il, Sell 100, etc$=SAE 15 Q40 ;Krutus J5, Sell Cimula O, etc$=








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3010 sue)a instalación

40 PRC7/M/8+

➢ %a'ar con bencina * secar los matraces Sa*bolt$➢ ?onectar el e)uipo a una red de 220 8olts$➢ ?olocar los term.metros, tanto en el ba6o de aceite como en la muestra,

su"etándolos por medio de soportes$


9i'elm#nimo del

ba6o

Cebalserobeta

robetade

Ensa*o

Jap.n de?orco

Cecipientedel ba6o

Salida conri&icio

calibrado

*, )lMatra! de

A&oro

Marca o9i'el







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➢ Fi"ar las temperaturas a las cuales reali!arán las mediciones ;2 temperaturas=$

➢ Agitar la muestra con el term.metro en mo'imiento circular asta )ue latemperatura no di&iera de la temperatura de ensa*o, por lo menos 1 minuto$%ogrado esto, retire el term.metro$

➢ ?olo)ue el matra! Sa*bolt "usto ba"o el ori&icio de salida$ Eiste un alo"amiento en labase del 'iscos#metro para el correcto calce del matra!$

➢ Cetire el corco, tirando la cadenilla *, simultáneamente, poner en &uncionamientoel cron.metro$

➢ ?uando a*an escurrido los B0 ml de &luido ;marca en el cuello del matra!=, detengael cron.metro$

➢ %a lectura del cron.metro corresponde a la 'iscosidad cinemática en segundosSa*bolt Furol ;SSF=$

50 R6=L+A76

➢ e acuerdo a tablas, trans&ormar los segundos Sa*bolt/Furol a segundos Sa*bolt(ni'ersal$

➢ @ra&icar en carta A6+M 7 341, un diagrama 8iscosidad ;cst= 'Rs Jemperatura ;H?=$➢ ?alcular el I$8$ a cada uno de los aceites estudiados$➢ Cesol'er problemas dados por el pro&esor$

*0 /L/GRA#BA

➢ Standard practice &or ?alculating 8isocisit*Inde &rom 3inematic 8iscosit* at 40 and 100H?, 1N ASJM 22L0

➢ Mecánica de los Fluidos, N'a$ Edici.n, 1N Streter, 8< Q*lie, K$

➢ Mecánica de Fluidos, 2da$ Edici.n, 1N otter, M< Qiggert, $<

ond!o, M$

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-0 +ALA 7 M7/C/86

1era Medici.n 2da Medici.n

JG1 SSF1 JG2 SSF2

Aceite A

Aceite K

>0 +ALA 7 R6=L+A76

( % I$8

Aceite A

Aceite K

Página_1& Laboratorios_Termofluidos_20115







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'()erimento 2

10 +/V

E'aluar, de acuerdo a di&erentes condiciones de &lu"o:➢ El n7mero de Ce*nolds$➢ bser'ar * cuanti&icar el &lu"o de transici.n$➢ bser'ar el per&il parab.lico de 'elocidades$

20 PR/8C/P/6 +9R/C6

El n7mero de -e!nolds es un parámetro adimensional )ue representa la relaci.nentre las &uer!as de inercia * las &uer!as 'iscosas$ %a naturale!a del &lu"o en un conductocerrado puede ser in'estigada aciendo circular agua u otro l#)uido incoloro por un tubode 'idrio$ ?uando la 'elocidad del &luido es ba"a, tiende a mo'erse en capas * se dice )ueel &lu"o es laminar$ Este tipo de &lu"o está ilustrado en la Fig$ 1$ el l#)uido coloreado ;deprueba= tiende a permanecer en el centro de la corriente$

Flu"o %aminar 8media 0$5 8máima

Fig$ 1

uede 'erse tambin la distribuci.n de la 'elocidad en el &lu"o laminar, cada capa &lu*e consu propia 'elocidad, eistiendo una acci.n de corte entre cada una de ellas$ %a cur'a dedistribuci.n tiene la &orma de una parábola siendo la 'elocidad media igual a la mitad dela 'elocidad media máima$

Al principio, un aumento de la 'elocidad del l#)uido incoloro no produce

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-%-#-T+ #'9.+L,S







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modi&icaciones en la corriente del l#)uido coloreado * por lo tanto, permanece inalterada la

naturale!a del &lu"o a cierta 'elocidad, sin embargo, a* un cambio brusco$ El l#)uidocoloreado se desparrama * llena casi todo el tubo, esto se puede obser'ar en la &igurasiguiente:

Flu"o Jurbulento 8media 0$N2 8máima

Fig$ 2

.sbourne -e!nolds, conocido por sus eperiencias clásicas sobre el &lu"o &luido, llamoa este tipo de &lu"o, &lu"o turbulento$

Janto el &lu"o laminar como el &lu"o turbulento son &lu"os estacionarios en sentidogeneral ;esto es , el caudal de masa en un punto dado no 'aria con el tiempo=$ En unacorriente laminar, la 'elocidad del &luido es independiente del tiempo en cambio, en un

punto dado cual)uiera de una corriente turbulenta la 'elocidad del l#)uido &luct7a con l$

9o a* una epresi.n matemática simple de la distribuci.n de 'elocidad en un &lu"oturbulento$ %a &ig$ 2$ muestra un a &orma aproimada de cur'a de distribuci.n, la'elocidad media es igual a el N0 T de la 'elocidad máima aproimadamente$

En el &lu"o en un tubo de 'idrio el &actor )ue determina el paso del &lu"o laminar alturbulento es la 'elocidad del &luido$ sbourne Ce*nolds, al in'estigar el problema,descubri. )ue la naturale!a del &lu"o no es dependiente de 'ariables indi'iduales, sino unacombinaci.n adimensional de ellas, relaci.n llamada posteriormente .:mero de #e/nolds

en su onor$ Este grupo adimensional de 'ariables se de&ine como:

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Donde7

1e7 $úmero de 1e(nolds

D7 Diámetro de la corrientefluida

ρ7 Densidad

57 5elocidad del <luido

μ7 5iscosidad Absoluta

ara )ue el n7mero de Ce*nolds sea adimensional, deben usarse unidades

coerentes para todas las 'ariables del segundo miembro de la ecuaci.n anterior:

Si %a ecuaci.n anterior puede escribirse:

onde es la 'iscosidad cinemática

%a in'estigaci.n intensa del 'alor del .:mero de #e/nolds para el cual ocurre latransici.n del &lu"o laminar al turbulento, a demostrado )ue la transici.n no es tan bruscacomo resulta del simple aparato ilustrado anteriormente$ Cesulta ser )ue, a medida )ueaumenta el numero de Ce*nolds, el &lu"o laminar persiste asta llegar a un n7mero deCe*nolds aproimadamente 2000< cuando el .:mero de #e/nolds ecede de 000, el &lu"oes normalmente turbulento$

Entre 2000 * 000, el &lu"o es parcialmente laminar * parcialmente turbulento * esconocido como rgimen de transici.n, )ue se caracteri!a por)ue el 'alor de la 'elocidad)ue indica el cambio de rgimen no tiene 'alor &i"o, dado )ue in&lu*en &actores tales comoaspere!as de la super&icie del ducto, 'ibraciones del ducto, etc$, estas 'elocidades ;)ueindica el cambio de rgimen=, se denomina 'elocidad cr#tica in&erior *Ro superior$

30 76CR/PC/98 7L @=/P

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!e = V

!e =

m

s ∗

kg

m@

∗ m

kg

m s

=

!e = V







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El e)uipo a utili!ar es el llamado SK(C9E CEP9%S AACAJ(S$ACMFIE% E9@I9EECI9@ %IMIJE

tros son:CKEJA KCA9 Q/@ECMA9P 1000: 10 ml?C9MEJC SAC@E9J QE%?< SE9S$: 0$2 seg$JECMMEJC KCA99A9< CA9@: /20 H?$ a 150H?$ Sens: 1H?

Página_1* Laboratorios_Termofluidos_2015







2015


40 PRC7/M/8+

➢ El e)uipo debe ponerse en su posici.n de &uncionamiento, e&ectuando lasconeiones de abastecimiento * desagUe de &luido$

➢ %lenar el dep.sito de colorante, posicionar el in*ector "ustamente sobre la boca de lacampana$

➢ Abrir la 'ál'ula para llenar el estan)ue, manteniendo un ni'el constante$


ep.sito de Anilina 8ál'ula de aso

?ampana Kocatoma

Estabili!adores deFlu"o

Entrada de Flu"o

Jubo de Altura?onstante

Jubo de 8idrio,8isuali!ador de

Flu"o

escarga *Cegulador de Flu"o







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➢ Abrir lentamente la 'ál'ula de desagUe "unto con la del dep.sito de anilina, de

manera )ue se 'isualice una pe)ue6a l#nea de tinta por el tubo transparente$➢ roceder a abrir gradualmente la 'ál'ula de descarga midiendo a la 'e! el caudal

por a&oro 'olumtrico asta encontrar la 'elocidad cr#tica in&erior * superior$➢ Cegistrar la temperatura del agua * determinar el 'alor de la 'iscosidad cinemática

en tablas$➢ ara obser'ar el per&il de 'elocidades detenga el &lu"o * sobre la boca de la

campana, deposite una pe)ue6a cantidad de colorante, luego abra lentamente la'ál'ula de descarga de tal manera )ue la anilina circule lentamente por el tubotransparente$

50 #9RM=LA6

Caudal

Velocidad Media

Viscosidad Cine)(tica

%a 'iscosidad cinemática es &unci.n de la temperatura del &luido en ensa*o$ 8er Jabla de

8iscosidad en Aneo$

8)ero de Reynolds

7i()etro de la tubería


" = Vol

Tiem#o

V media = "

$ secci%n

= f T&

!e = V media ∗







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10 mm . 1 mm dependiendo del e)uipo ensa*ado

#actor de 'ricción r!i)en la)inar

#actor de 'ricción r!i)en turbulento

*0 R6=L+A76

eterminar para cada medici.n el 97mero de Ce*nolds * Factor de Fricci.n )ue

corresponda$

-0 /L/GRA#BA

➢ Mecánica de los Fluidos, N'a$ Edici.n, 1N Streter, 8< Q*lie, K$➢ Mecánica de Fluidos, 2da$ Edici.n, 1N otter, M< Qiggert, $<

ond!o, M$


f = >9

!e

f =".@!>

9 !e







2015

>0 +ALA 7 M7/C/86

Medici6n *olumen m; 3 Tiem)o s3 +bser$aciones

1

2

4

5

B

L

N

10

11

12

1

14

15

atos 1:JH A@(A:V A@(A:

! 5er +abla $! en Anexo +ablas ( gráficos








2015

"0 +ALA 7 R6=L+A76

Medici6n &audal m; "s3 *elocidadm"s3

#e f #<=imen

1

2

4

5

B

L

N

10

11

12

1

14

15

onde el rgimen podrá ser:% : %aminart : Jransici.n

J : Jurbulento

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2015

'()erimento ;

10 +/V6

Medir el caudal de un &luido en un circuito con contorno cerrado, utili!andoman.metros di&erenciales, Jubo de 8enturi, laca ri&icio * Jubo de itot$

(tili!aci.n de la Ecuaci.n de Kernoulli para determinar el caudal en un ductocerrado$

20 PR/8C/P/6 +9R/C6

%a ecuaci.n de Kernoulli es uno de los pilares &undamentales de la idrodinámica, soninnumerables los problemas prácticos )ue se resuel'en mediante esta ecuaci.n, entre estosla medici.n de caudales$

>alance de 'ner=ía

1 .ner!ía de 'luido en el Punto 10

2 .ner!ía de 'luidos en el Punto20

Perd12. Prdidas de Car!a. ara e&ectos de medici.n * como se sabe )ue las distancias olongitudes de los instrumentos no son etensas, se asumirá )ue las prdidas de carga seránnulas$

Página_2& Laboratorios_Termofluidos_2015

M',I&I?. ,' &-,-L

'! = '= Perd !−=







2015

A'oro Volu)trico.

(n mtodo simple para determinar el caudal ;cantidad de &lu"o en 'olumen o masa porunidad de tiempo=, consiste en reunir el &lu"o )ue a circulado durante un periodo medidode tiempo * pesarlo$ Este mtodo se utili!a muco en determinaciones eperimentalescuando el &luido es un l#)uido * el caudal es relati'amente escaso de modo )ue el l#)uidopuede "untarse en un estan)ue de dimensiones ra!onables$

Fig$ 9G1DA'oro <olu)tricoE

+ubo de VenturiEl tubo de 8enturi consta de tres partes, una con'ergente, otra secci.n m#nima o garganta

* &inalmente una secci.n di'ergente$ Se mide la di&erencia de presiones entre la secci.n 1 *2, como se indica en la &igura siguiente$

#i!0 8F2D+ubo de VenturiE

Placa ori'icio

Página_2' Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

%a placa de ori&icio consiste en una placa per&orada )ue se instala en la tuber#a, el ori&icio

)ue posee es una abertura cil#ndrica o prismática a tra's de la cual &lu*e el &luido$ Elori&icio es normali!ado, la caracter#stica de este borde es )ue el corro )ue ste genera notoca en su salida de nue'o la pared del ori&icio$ El caudal se puede determinar por mediode las lecturas de presi.n di&erenciales$ os tomas conectadas en la parte anterior *posterior de la placa captan esta presi.n di&erencial$

%a disposici.n de las tomas se pueden obser'ar con mas claridad en la &igura 9H

#i!0 8F3DPlaca ri'icioE

+ubo de PitotEl tubo de itot es )ui!á la &orma más antigua de medir la presi.n di&erencial * tambinconocer la 'elocidad de circulaci.n de un &luido en una tuber#a$ ?onsiste en un pe)ue6otubo con la entrada orientada en contra del sentido de la corriente del &luido$ %a 'elocidaddel &luido en la entrada del tubo se ace nula, al ser un punto de estancamiento,con'irtiendo su energ#a cintica en energ#a de presi.n, lo )ue da lugar a un aumento de

presi.n dentro del tubo de itot$

Página_2( Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

#i!0 8F 4D+ubo de PitotE

Página_2) Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

30 PR/M8+ALM8+ 6 +/8.

3010 Caudal Real HA'oro Volu)tricoI.

3020 +ubo de Venturi

Página_2* Laboratorios_Termofluidos_2015

" ! = Vol

Tiem#o







2015

bser'ando los tubos pie!omtricos:


'! = '= Perd !−=

Si Perd !−=="

P ! f

( ! V !

=

=g =

P = f

( = V =

=

=g

P

f

= P !− P = f

= V =

=−V !

=

=g

P

f =

V ==−V !

=

=g i

P = lm ) ⇒ P

lm

= )

Como7 lm = f = ) =*

Caso Laboratorio

) = P

) = *

= P

f

ii

Como7 "! = "= ∧ $! $= ⇒ V ! V =

$! V ! = $= V =

V ! = $

=

V =

$!

iii







2015

Ree)pla;ando iii y ii en i

se obtiene.

l caudal ser(.

Página_%0 Laboratorios_Termofluidos_2015

V = =

= g )

!− $=

$! =

"= = $=V =

" = $= V =







2015

3030 Placa ri'icio

%a &ormulaci.n anterior para el Tubo de *enturi es eactamente la misma para una %laca+rificio$

3040 Coe'iciente de 7escar!a.


C = " !

"T

V = =

= g )

!−

$=

$! =

"= = $=V =

" = $= V =

./







2015

3050 +ubo de Pitot

bser'ando el man.metro di&erencial:


'! = '= Perd !−=

Si Perd !−=="

P ! f

( ! V !

=

=g =

P = f

( = V =

=

=g

V ==

=g ∧ ( =− ( ! = "

P

f

= P =− P ! f

= V !

=

=g

P

f

= V !

=

=g

i







2015

Ree)pla;ando ii en ise obtiene.

l caudal ser(.

40 76CR/PC/98 7L @=/Para reali!ar esta eperiencia se cuenta con un Kanco de Ensa*os, recirculaci.n de

agua por medio de una bomba, estan)ue ele'ado * estan)ue o dep.sito in&erior$

➢ Kanco de Ensa*os 9orDood Instruments %td$➢ (na regla central graduada . man.metro di&erencial$➢ 4 ?a6er#as de diámetros nominales: 2N, 22, 15, N mm$ 8eri&i)ue en la placa los

diámetros interiores correspondientes$➢ (n tubo de 8enturi$

➢ (na placa ri&icio$➢ 4 ?odos de 0H?, conectados en serie$➢ (n dispositi'o de Epansi.n * ?ontracci.n brusca$➢ Jubos pie!omtricos en cada uno de los elementos $➢ Estan)ue de descarga con regla graduada de ni'el$ Medici.n de ?audal por A&oro

8olumtrico$

Página_%% Laboratorios_Termofluidos_2015

P = lm

) ⇒ P

lm

= )

) = P

lm

ii

" = $ V !

V ! = lm = g )

f







2015

50 PRC7/M/8+

Importante: %ara cada una de las mediciones es necesario usar la re=la central@ )or lo Aue se reali7arála medici6n en un dis)ositi$o a la $e7!

➢ 8eri&icar )ue todos los elementos estn en condiciones de operaci.n$ Jodas las'ál'ulas presentes en el sistema deben estar +Cerradas-$

➢ 8eri&icar )ue el ni'el en el man.metro di&erencial central se encuentre en el centrode la escala graduada$

➢ Medir las dimensiones del estan)ue de descarga, anco * largo, recuerde )ue la

altura será una <ariable durante el ensa*o$ ;Medici.n de ?audal por A&oro8olumtrico=$

➢ ?onecte los &leibles en el elemento )ue 'a a ensa*ar$ 9ote )ue las ca6er#as estánconectadas directamente al Man.metro di&erencial central$ /i no está familiarizado conel euipo, pida a!uda al lumno !udante, uiliar de Laboratorio o al Profesor#

➢ 9i'ele el Man.metro di&erencial central abriendo las 'ál'ulas correspondientes$ Eneste punto deber#an estar en condici.n +Abierta- solo 4 'ál'ulas, las dos delman.metro di&erencial * las dos del instrumento a ensa*ar$

➢ Sin &lu"o o caudal, el man.metro para los tubos pie!omtricos debe marcar cero +0-$➢ Abra lentamente la 'ál'ula de descarga$ ?ada tuber#a tiene una 'ál'ula de

descarga$➢ bser'e como se mue'en las columnas l#)uidas en el man.metro di&erencial$ Sin

sobrepasar el ni'el máimo * logrando una altura tal )ue permita una buenalectura, de&ina la ma*or di&erencia de alturas posible ;Implica ?audal Máimo=$

➢ e&inir una altura para el A&oro en el estan)ue de descarga * tome el inter'alo detiempo en lograr dico A&oro$

➢ Cealice las mediciones indicadas en su gu#a, seg7n la +cJarla pre<ia- en la sala declases$

➢ (na 'e! terminada la eperiencia, cierre las 'ál'ulas, 'eri&i)ue )ue no eistanprdidas de agua * )ue el man.metro central presenta una 'ariaci.n de cero +0-$

➢ espe"e el lugar de elementos etra6os * recuerde guardar sus elementos de

medici.n, bloc3 de notas, calculadora, computador portátil, etc$

Página_%& Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

*0 R6=L+A76

GeneralAl &inal de la sesi.n, debe entregar un In&orme Simple

➢ Cealice un es)uema simpli&icado del e)uipo$

+ubo de Venturi➢ ara el Jubo de 8enturi, obtener el coe&iciente de descarga para cada uno de los

caudales ensa*ados$

Placa ri'icio➢ ara la laca ri&icio, obtener el coe&iciente de descarga para cada uno de los

caudales ensa*ados$

+ubo de Pitot➢ ara el Jubo de itot, obtener el &lu"o 'olumtrico * másico de aire para cada uno de

los caudales ensa*ados$

-0 /L/GRA#BA

➢ Mecánica de Fluidos, 2da$ Edici.n, 1N otter, M< Qiggert, <ond!o, M$

➢ Mecánica de los Fluidos, a$ Edicion, 2000 Streeter, 8< Q*lie, K< eit, Q

Página_%' Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

>0 +ALA 7 M7/C/86

7i()etro )ayor. H))I0 7i()etro )enor . H))I +K a!ua. HKCI

Medici6n B 1 cm3 B 2 cm3 C!D cm3 t! s3

1

2

3

7i()etro )ayor. H))I0 7i()etro )enor . H))I +K a!ua. HKCI


1

23

7i()etro. H))I0 +K aire. HKCI

Medici6n B 1 cm3 B 2 cm3

12

3

Página_%( Laboratorios_Termofluidos_2015

+ubo de Venturi

Placa ri'icio

+ubo de Pitot







2015

"0 +ALA 7 R6=L+A76

Medici6n * 1 m"s3 * 2 m"s3 ET m; "s3 E # m; "s3 &,

1

2

3

Medici6n * 1 m"s3 * 2 m"s3 ET m; "s3 E # m; "s3 &,

1

2

3

Medici6n * 1 m"s3 E m; "s3 m! ="s3

1

2

3

Página_%) Laboratorios_Termofluidos_2015

+ubo de Venturi

Placa ri'icio

+ubo de Pitot







2015

1,0 Resu)en y #ór)ulas

Caudal Real.

Caudal +eórico.

Coe'iciente de 7escar!a.

+ubo de Venturi Placa ori'icio

+ubo de Pitot

Página_%* Laboratorios_Termofluidos_2015

" ! = Vol

Tiem#o

"T = $ V

C =" !

"T

V = =

= g )

!−

$=

$! =

V ! = lm = g )

f







2015

'()erimento 4

10 +/VE'aluar las prdidas de carga en un circuito$ eterminar eperimentalmente el

&actor de &ricci.n ;&=, en una serie de ca6er#as * la constante de singularidad ;3= , para cadaaccesorio presente en el circuito$

20 PR/8C/P/6 +9R/C6

>alance de 'ner=ía

Perd12. Prdidas de Car!a. ?orresponde a las prdidas de energ#a al trasladar el &luido deun punto a otro, a7n cuando la distancia sea pe)ue6a, siempre eisten prdidas de carga

Ti)os de %<rdidas

Prdidas Re!ulares. rdidas )ue se presentan en ductos de secci.n constante * seproducen debido al roce tanto 'iscoso como con los contornos del elemento )ue contiene al&luido ;tuber#a, ca6eria, canal, etc$=$

Seg7n la &ormulaci.n de arc*/Qeisbac se de&ine las prdidas regulares como:

onde:&: Factor de &ricc.n%: %ongitud de la tuberia8: 8elocidad media de &lu"o: iámetro interior de la tuber#a2g: ?onstante

Página_% Laboratorios_Termofluidos_2015

%#,I,-S ,' &-#G-

'! ± ) = '= Perd !−=

Perd !egular = f LV

=

= g







2015

Eperimentalmente se tiene:

Página_&0 Laboratorios_Termofluidos_2015

'! = '= Perd !−=

P ! f

( ! V !=

=g = P = f

( = V ==

=g Perd !−=

P

f

= P !− P =

f

= V =

=−V !

=

=g Perd !−=

Como+ "! = "= ∧ $! = $= ⇒ V ! = V =

P

f

= P !− P =

f

= Perd !−=

1 2

W

W

W

51

X1

52

X2

#lu$o

+uboPiezom)trico







2015

Prdidas 6in!ulares. Son las prdidas presentes en los accesorios * son pro'ocadas porlos cambios en la direcci.n del &lu"o de &luido$

onde:

: ?onstante de singularidad$ Este 'alor depende de las caracter#sticas &#sicas del accesorio$8: 8elocidad media de &lu"o$2g: ?onstante

Al!unos <alores re'erenciales para N

+abla 8F1 D 6in!ularidadesE+ipo de sin!ularidad N

8ál'ula de compuerta totalmente abierta 0,2

8ál'ula de compuerta mitad abierta 5,B?ur'a de 0H 1,0

?ur'a de 45H 0,4

8ál'ula de pie 2,5

Entrada a estan)ue 0,5

Salida de tuber#a 1,0


P = lm ) ⇒

P

lm = )

Como+ lm = f = ) = *Caso Laboratorio

) = Perd !−= = f L V

=

= g

Perd Singular = , V

=

= g







2015

+ipo de sin!ularidad N

Ensancamiento brusco, en base a 81 !− $!

$==

?ontracci.n brusca, en base a 82

Celaci.n deAreas

2:1 0,25

5:1 0,41

10:1 0,4B

Fuente: Mecánica de Fluidos, otter/Qiggert, 2da$ Edici.n$








2015

'()erimentalmente se tiene

Codos ",KC

Página_&% Laboratorios_Termofluidos_2015

'! = '= Perd !−=

P !

f

( ! V !

=

=g =

P =

f

( = V =

=

=g Perd !−=

P

f

= P !− P =

f

= V =

=−V !

=

=g Perd !−=

Como+ "! = "= ∧ $! = $= ⇒ V ! = V =

P

f

= P !− P =

f

= Perd !−=

#lu$o

Juboie!omtrico

1 2

W

W

51

X1

W 52

X2







2015

Página_&& Laboratorios_Termofluidos_2015

P = lm ) ⇒

P

lm = )

Como+ lm = f = ) = *Caso Laboratorio

) = Perd !−= = , V

=

= g

) = Perd !−= = , codosV

=

= g

, c/ codo = , codos

9







2015

Contracción rusca.

Página_&' Laboratorios_Termofluidos_2015

21

W

W

51

X1

52

X2

W

#lu$o

Juboie!omtrico

'! = '= Perd !−=

P !

f ( !

V !=

=g =

P =

f ( =

V ==

=g Perd ! −=

P

f

= P !− P =

f

= V =

=−V !

=

=g Perd !−=

Como7 "! = "= ∧ $! ≠ $= ⇒ V ! ≠ V =

) V !

=−V =

=

=g = Perd !−=

Perd Contr.-−= = , contr.V

=

= g

V ! ⇒ , ! ∧ V = ⇒ , =

, !V !

=

= g =

V !=−V =

=

=g = , =

V ==

= g







2015

%pansión rusca.

Página_&( Laboratorios_Termofluidos_2015

1 2

W

W

51

X1

52

X2

W

#lu$o

+uboPiezom)trico

Perd Contr.-−= = , contr. V =

= g

V ! ⇒ , ! ∧ V = ⇒ , =

, !V !

=

= g =

V !=−V =

=

=g= , =

V ==

= g

'! = '= Perd !−=

P !

f

( ! V !

=

=g =

P =

f

( = V =

=

=g Perd !−=

P

f =

P !− P =

f =

V ==−V !

=

=g Perd !−=

Como+ "! = "= ∧ $! ≠ $= ⇒ V ! ≠ V =

) ≈ "

V !=−V =

=

=g = Perd !−=







2015

Lon!itud ui<alente.

Es un mtodo aproimado )ue permite resumir en +un n7mero-, las prdidasregulares * singulares de un sistema$ Se iguala la prdida singular de un accesorio con laprdida regular en un tramo de ducto de cierto diámetro, para una longitud denominadalongitud e)ui'alente$

Jambin es posible obtener este dato de 9omogramas o tablas entregadas por &abricantesde Accesorios ;8ál'ulas, &ittings, instrumentos de medida, etc$=

Radio idr(ulico.Es un concepto aplicable a &luidos en general, permite trans&ormar ecuaciones )ue

an sido deducidas para secciones trans'ersales circulares a secciones de otra &orma;?uadrada, rectangular, etc$=$ El &undamento )ue respalda este concepto es el eco )ue lasprdidas de carga dependen principalmente, mas )ue de la &orma del ducto, de la relaci.n:

or lo )ue se puede considerar )ue dos condutos con igual radio idráulico tendránla misma prdida de carga ; ?onsiderando, condiciones de &lu"o, largos * &luidos idnticos=$

or lo )ue el d#ametro e)ui'alente será:

Página_&) Laboratorios_Termofluidos_2015

Perd !egulares = Perd Singulares

, V

=

= g = f

L V =

= g

Le. = , f

$rea de la secci%n transversal

Per/metro mo0ado

! ) = $

P1

= 9 ! )







2015

30 76CR/PC/98 7L @=/P

ara reali!ar esta eperiencia se cuenta con un Kanco de Ensa*os, recirculaci.n deagua por medio de una bomba, estan)ue ele'ado * estan)ue o dep.sito in&erior$

➢ Kanco de Ensa*os 9orDood Instruments %td$➢ (na regla central graduada . man.metro di&erencial$➢ 4 ?a6er#as de diámetros nominales: 2N, 22, 15, N mm$ 8eri&i)ue en la placa los

diámetros interiores correspondientes$➢ (n tubo de 8enturi$➢ (na placa ri&icio$➢ 4 ?odos de 0H?, conectados en serie$➢ (n dispositi'o de Epansi.n * ?ontracci.n brusca$➢ Jubos pie!omtricos en cada uno de los elementos $➢ Estan)ue de descarga con regla graduada de ni'el$ Medici.n de ?audal por A&oro

8olumtrico$

40 PRC7/M/8+

Importante: %ara cada una de las mediciones es necesario usar la re=la central@ )or lo Aue se reali7arála medici6n en un dis)ositi$o a la $e7!

➢ 8eri&icar )ue todos los elementos estn en condiciones de operaci.n$ Jodas las'ál'ulas presentes en el sistema deben estar +Cerradas-$

➢ 8eri&icar )ue el ni'el en el man.metro di&erencial central se encuentre en el centrode la escala graduada$

➢ Medir las dimensiones del estan)ue de descarga, anco * largo, recuerde )ue laaltura será una <ariable durante el ensa*o$ ;Medici.n de ?audal por A&oro8olumtrico=$

➢ ?onecte los &leibles en el elemento )ue 'a a ensa*ar$ 9ote )ue las ca6er#as estánconectadas directamente al Man.metro di&erencial central$ /i no está familiarizado conel euipo, pida a!uda al lumno !udante, uiliar de Laboratorio o al Profesor#

➢ 9i'ele el Man.metro di&erencial central abriendo las 'ál'ulas correspondientes$ Eneste punto deber#an estar en condici.n +Abierta- solo 4 'ál'ulas, las dos delman.metro di&erencial * las dos del instrumento o ?a6er#a a ensa*ar$

➢ Sin &lu"o o caudal, el man.metro para los tubos pie!omtricos debe marcar cero +0-$➢ Abra lentamente la 'ál'ula de descarga$ ?ada tuber#a tiene una 'ál'ula de

descarga$➢ bser'e como se mue'en las columnas l#)uidas en el man.metro di&erencial$ Sin

sobrepasar el ni'el máimo * logrando una altura tal )ue permita una buena

Página_&* Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

lectura, de&ina la ma*or di&erencia de alturas posible ;Implica ?audal Máimo=$

➢ e&inir una altura para el A&oro en el estan)ue de descarga * tome el inter'alo detiempo en lograr dico A&oro$

➢ Cealice las mediciones indicadas en su gu#a, seg7n la +cJarla pre<ia- en la sala declases$

➢ (na 'e! terminada la eperiencia, cierre las 'ál'ulas, 'eri&i)ue )ue no eistanprdidas de agua * )ue el man.metro central presenta una 'ariaci.n de cero +0-$

➢ espe"e el lugar de elementos etra6os * recuerde guardar sus elementos demedici.n, bloc3 de notas, calculadora, etc$

50 R6=L+A76

GeneralAl &inal de la sesi.n, debe entregar un In&orme Simple

➢ Cealice un es)uema simpli&icado del e)uipo$

Prdidas de Car!a Re!ulares➢ ara las ca6er#as ensa*adas, obtener el &actor de &ricci.n * comparar con el &actor de

&ricci.n seg7n el Abaco de Mood* ad"unto$

Prdidas de Car!a 6in!ulares➢ ara los accesorios ensa*ados, obtener la constante de singularidad * longitud

e)ui'alente$

40 /L/GRA#BA

➢ Mecánica de Fluidos, 2da$ Edici.n, 1N otter, M< Qiggert, <ond!o, M$

➢ Mecánica de los Fluidos, a$ Edicion, 2000 Streeter, 8< Q*lie, K< eit, Q

➢ Apuntes de ?lases, @u#a %aboratorio, 200L ita, 8$➢ DDD$oppo$it, 200L Qeb➢ @u#a %aboratorio, 2005 Ci)uelme, S$

Página_& Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

50 +ALA 7 M7/C/86

CaOería,1 7i()etro /nterior . H))I +e)peratura a!ua. HKCI


1

2

3



1

2

3



2

3



1

23

Página_'0 Laboratorios_Termofluidos_2015

Prdidas Re!ulares







2015

Codos ",K 7i()etro /nterior . H))I +e)peratura a!ua. HKCI


1

2

3

Contracción rusca 7i(0 /nt01 . H))I 7i(0 /nt02 . H))I +0 a!ua. HKCI


1

2

3

%pansión rusca 7i(0 /nt01 . H))I 7i(0 /nt02 . H))I +0 a!ua. HKCI


1

2

3


Prdidas 6in!ulares







2015

'()erimento 5

10 +/V

eterminaci.n de ?oe&icientes de Arrastre * Sustentaci.n para un per&ilaerodinámico 9A?A$

20 PR/8C/P/6 +9R/C6

Se estudiará el &lu"o alrededor de un cuerpo sumergido ;er&il Alar= en una corriente&luida$

Se de&ine como Flu3o 4terno pues el &luido es eterior a la super&icie del cuerpo$ Ende&initi'a, se incidirá en el estudio de las &uer!as )ue resultan del mo'imiento relati'oentre un cuerpo * un &luido * )ue básicamente son llamadas &uer!as de arrastre * desustentaci.n, de gran aplicaci.n en aerodinámica$

Fuerzas de arrastre ! sustentación

El arrastre * la sustentaci.n se de&inen como las componentes paralela * normal,

respecti'amente, a la 'elocidad relati'a de aproimaci.n, de la &uer!a e"ercida sobre un

cuerpo por el &luido en mo'imiento a su alrededor$ %a acci.n dinámica del &luido en

mo'imiento es la )ue desarrolla arrastre * sustentaci.n< otras &uer!as como la

gra'itacional * &lotaci.n no se inclu*en ni en el arrastre ni en la sustentaci.n$


Fluos e(ternosH%erfil -erodinámico







2015

Si consideramos el per&il aerodinámico de la &igura anterior, la 'elocidad de &lu"o

sobre la parte superior es ma*or )ue la de la corriente libre * al contrario sucede con la

presi.n$ En el caso de un &lu"o bidimensional, como el de la &igura , la &uer!a de arrastre ;F en la &ig$= se encuentra dada por la epresi.n:

d$ sen #d &cos%< FD θ τ θ ⋅+⋅−=

Si se integra sobre el área super&icial siendo positi'a la presi.n ba"o el per&il *

negati'a arriba, se tendrá:

∫ ⋅+⋅−= d$ sen # &cos%< FD θ τ θ

el mismo modo la &uer!a elemental de sustentaci.n ; F L en la &ig$=será:

d$ sen #d &cos%< FL θ τ θ +⋅−=

∫ +⋅−= d$ sen # &cos%< FL θ τ θ

En la práctica las epresiones anteriores son poco 7tiles, utili!ándose para el cálculo

de las &uer!as los coe&icientes emp#ricos de arrastre * sustentaci.n$

Página_'% Laboratorios_Termofluidos_2015

<L

<D







2015

30 76CR/PC/98 7L @=/P

ara la reali!aci.n de la eperiencia se cuenta con un Junel de 8iento, ubicado en el%aboratorio de Jermo&luidos$ El e)uipo consta de un sistema de balan!as )ue indican lasrespecti'as &uer!as actuantes sobre el per&il aerodinámico$ En el caso de la &uer!a dearrastre ;rag Force=, * la &uer!a de sustentaci.n ;%i&t Force=$

Ademas se puede leer por medio de un man.metro di&erencial inclinado, la5elocidad 6edia de Flu3o en el tunel, espec#&icamente en la !ona de ubicaci.n del per&il$

Elementos:

➢ J7nel de 8iento Aerolab$

➢

er&il aerodinámico 9A?A$➢ edestal regulable$

➢ Cegulador de corriente ;8ariaci.n de 'elocidad en el tunel=$

.o o)ere ni encienda el 'Aui)o sin la cCarla )re$ia a cada Laboratorio

Página_'& Laboratorios_Termofluidos_2015







2015


40 PRC7/M/8+

➢ rimero 'eri&icar la eistencia de los elementos para reali!ar la eperiencia$

➢ acer un pe)ue6o cro)uis de la instalaci.n * registrar los distintos elementos$➢ Ceali!ar las conecciones necesarias, seg7n indicaci.n ;8o encender el euipo=$

➢ 8eri&icar la correcta &i"aci.n del er&il aerodinámico$

➢ ?alibrar las balan!as, poner en cero las escalas de Arrastre * Sustentaci.n$

➢ 8eri&icar el ni'el del l#)uido man.metrico ; Medici.n de 8elocidad=

➢ e&inir los ángulos de incidencia sobre el per&il ; 10H, 0H, /10H=$

➢ Encender el e)uipo, de&inir una 'elocidad de &lu"o$

Página_'' Laboratorios_Termofluidos_2015

4anómetro4últiple

PerfilAerodinámico

Panel Principal

6 /alanzas6 5elocidad

,Gitc3Encendido:Apagado

5isor Acrilico

5entiladorAxial







2015

➢ Ceali!ar las mediciones, con cada uno de los ángulos de incidencia$

+rden de mediciones

➢ 8elocidad media de &lu"o ;Man.metro Inclinado= ;3mR=

➢ 8ariaci.n de Alturas en el man.metro di&erencial ;mm Alcool=

➢ Fuer!a de Arrastre ;rag= ;g=

➢ Fuer!a de Sustentaci.n ;%i&t= ;g=

Importante:

'l arrastre medido será el )roducido )or el conunto )erfil aerodinámicoso)orte! ,ebereali7ar la resta del arrastre )roducido )or el so)orte!

50 R6=L+A76

Ceali!ar un in&orme de %aboratorio, * obtener coe&iciente de arrastre * sustentaci.n

para cada uno de los ángulos de incidencia ensa*ados$ ?omente sus resultados con el

resto de grupo de laboratorio$ Epli)ue el por)u de la 'ariaci.n en la &uer!as, debido a un

cambio en el ángulo de ata)ue del per&il ensa*ado$

Página_'( Laboratorios_Termofluidos_2015







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*0 #9RM=LA6

*010 Coe'iciente de Arrastre.

onde:

F: Fuer!a de Arrastre

Y: ensidad del Fluido ; ?aso %aboratorio: Aire =

8: 8elocidad media de &lu"o en la !ona de ensa*oA: Area pro*ectada por el per&il

*020 Coe'iciente de 6ustentación.

onde:

F%: Fuer!a de Sustentaci.n

Y: ensidad del Fluido ; ?aso %aboratorio: Aire =

8: 8elocidad media de &lu"o en la !ona de ensa*oA: Area pro*ectada por el per&il

*030 Area Proyectada por el per'il

A: Area pro*ectada por el per&il

b: En'ergadura ; 252 mm=

c: ?uerda ;B4 mm=

*040 7ensidad del #luido

Y: ensidad del Fluido ; ?aso %aboratorio: Aire atmos&rico=

Página_') Laboratorios_Termofluidos_2015

C = 2

!

=V

= $

C L = 2 L

!

=V

= $

= P

!#T

$ = b∗c







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: resi.n estática en el t7nel de 'iento

Cp: ?onstante particular de aire : 2NL ;ZR3g =J: Jemperatura del aire en el t7nel de 'iento

*050 Presión st(tica /nterior tnel de <iento

1: resi.n estática en el interior del t7nel

2: resi.n Atmos&rica[: 8ariaci.n de altura en el man.metro di&erencial

γ%M: eso espec#&ico del l#)uido manomtrico

γF: eso espec#&ico del &luido

Página_'* Laboratorios_Termofluidos_2015

1

2

P ! − P = = ) L1 − 2

g%M

gF

D







2015

*0*0 Peso especí'ico

γF: eso espec#&ico

ρF: ensidad

: Aceleraci.n de @ra'edad

-0 /L/GRA#BA

• Mecánica de Fluidos$ Segunda edici.n ;1N= otter, Merle$ Qiggert, a'id$• Mecánica de Fluidos$ cta'a edici.n Streeter, 8ictor$

>0 +ALA 7 M7/C/86

Medici6n * m"C3 J K3 Bmm -lc3

%atm!mmB=3

T K&3 F , =3 F L =3

1

2

atos :ensidad l#)uido man.metrico: N20 ;3gRm=F WSoporte: 1 ;g=

/)portante.

➢ %a presi.n presente en la !ona de medici.n es de +*acío-, pues el 'entilador aial)ue permite el &lu"o de aire, está ubicado en la !ona de descarga del Tunel de

5iento$

➢ ara el cálculo posterior debe descontar la Fuer!a de Arrastre ;F=, producida por

el soporte del per&il aerodinámico$

Página_' Laboratorios_Termofluidos_2015

= ∗ g

g







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+ablas y !r('icos

Página_(0 Laboratorios_Termofluidos_2015







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+abla 8F1 DPropiedades 'ísicas del a!uaE+e)peratura

HKCI

7ensidad

HQ!)3I

Viscosidad din()ica

%1,3

H8s)2I

Viscosidad cine)(tica

%1,*

H)2 sI

0 $N 1$LN1 1$LN5

5 1000$0 1$51N 1$51

10 $L 1$0L 1$0B15 $1 1$1 1$1

20 N$2 1$102 1$00

25 L$0 0$N0 0$N

0 5$L 0$L0N 0$N00

40 2$2 0$B5 0$B5N

50 NN$0 0$54L 0$55

B0 N$2 0$4BB 0$4L4L0 LL$N 0$404 0$41

N0 L1$N 0$54 0$B4

0 B5$ 0$15 0$2B

100 5N$4 0$2N2 0$24

Fuente: Mecánica de Fluidos, Streeter 8$ N'a$ Edici.n$








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#i!0 1

DAbaco de MoodyE








2015

+abla de Vapor 6aturado

+abla 8F3

resi.n AbsolutaJemperatura

Saturaci.n

Entalp#a Espec#&ica

%#)uido ;&=?alor %atente de

8apori!aci.n ;&g=@as ;g=

bar H? 3ZR3g 3ZR3g 3ZR3g

1,01 100,00 41,0 225L,0 2BLB,0

1,21 105,10 440,N 224,4 2BN4,2

1,41 10,55 45,L 221, 2B1,0

1,B1 11,5B 4LB,4 2220,4 2BB,N

1,N1 11L,14 41,B 2210,5 2L02,1

2,01 120,42 505,B 2201,1 2L0B,L

2,21 12,4B 51N,L 212,N 2L11,5

2,41 12B,2N 50,5 21N4,N 2L15,

2,B1 12N,N 541,B 21LL, 2L1N,

2,N1 11,L 552, 21L0,1 2L22,4

,01 1,B 5B2,2 21B, 2L25,5

,21 15,NN 2L1,L 215B, 2L2N,B

,41 1N,01 5N0,L 2150,L 2L1,4

,B1 140,00 5N,2 2144,L 2L,

,N1 141,2 5L,4 21,0 2LB,4

4,01 14,L5 B05, 21,4 2LN,L

4,21 145,4B B12, 212N,1 2L41,0

4,41 14L,20 B20,0 2122, 2L42,

4,B1 14N,N4 B2L,1 211L,N 2L44,

4,N1 150,44 B4,0 2112, 2L4B,

5,01 151,B B40,L 210N,1 2L4N,N

5,21 15,40 B4L,1 210,5 2L50,B

5,41 154,N4 B5, 20N, 2L52,2

5,B1 15B,24 B5, 204,5 2L5,N

5,N1 15L,B2 BB5,2 200,2 2L55,4

B,01 15N,2 BL0, 20NB,0 2L5B,

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7ia!ra)a de Mollier

Fuente7 4ngineeringTolbo

#i!0 8F2D7ia!ra)a de MollierE

Página_(& Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

Ane%o A/n'or)e de Laboratorio

El ob"eti'o primario de un In&orme en ingenier#a es transmitir in&ormaci.n tcnica a

indi'iduos )ue tengan la misma preparaci.n )ue el autor$ %a in&ormaci.n en el in&orme

debe ser presentada tan clara * precisa como sea posible, pero siempre con el detalle

su&iciente para )ue el mtodo * los datos sean comprendidos por el lector$

Contenidos

El in&orme de laboratorio se compone de las siguientes secciones:

10 +apa ó Cubierta0 Esta tapa permite la rápida identi&icaci.n del in&orme$ ebe presentar

el n7mero * el t#tulo del eperimento, el nombre del autor *Ro autores, la &eca de la

eperiencia * la secci.n de laboratorio ;identi&icar por d#a * orario=$

20 /ntroducción$ %a introducci.n es donde se eplica el prop.sito del eperimento$ ada

una 'isi.n general de los mtodos usados * de resultados esperados$ ara este caso la

introducci.n debe ser bre'e$ (n párra&o es su&iciente$

30 uipa)iento0 (n bre'e bos)ue"o del e)uipamiento * una descripci.n bre'e en

palabras$ %as &iguras * es)uemas deben numerarse seg7n con'enci.n ;presentada masadelante=$

40 Procedi)iento0 Kre'emente describir el procedimiento usado en el eperimento$ .oco)ie literalmente la =uía de laboratorio! escriba los pasos necesarios para lograr los

resultados correctos$

50 7atos$ ebe presentar claramente los datos de la eperimentaci.n en las unidades

correspondientes$ uede ser una Jabla de datos seg7n con'enci.n ;presentada mas

adelante=$

*0 $e)plo de c(lculo$ ar un e"emplo de cálculo, comen!ando con los datos originales *

reali!ando los correspondientes cambios de unidades para presentar un resultado

coerente$

-0 Resultados0 %os resultados deben presentar los datos procesados en &ormato tabular

;una tabla= *Ro grá&ico$ %a tablas * grá&icos deben presentar una le*enda )ue describa )ue

contiene o representan estos elementos$ (na &rase es su&iciente$ %os resultados )ue +9-

presenten esta narrati'a serán ignorados$

>0 Conclusión$ Cepresenta la comprensi.n del ensa*o * el signi&icado de los resultados$ En

esta secci.n puede discutir los resultados$ Eplicar las &uentes de error$ 8eri&icar los l#mites

Página_(' Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

de precisi.n )ue epli)uen discrepancias en datos, si algo se ol'id. o está errado con el

eperimento$ Si es posible entregar procedimientos alternati'os para obtener lo mismo ome"ores resultados$ Cesponder cual)uier pregunta eca en la gu#a de laboratorio$

?umplimiento del ob"eti'o de la eperiencia$

Con<ención de #or)a

%os in&ormes tcnicos en ingenier#a son documentos estructurados con los contenidos

descritos en la secci.n anterior$ El in&orme de laboratorio debe ser presentado con&orme a

los estandares comunicacionales pro&esionales * el buen uso del idioma espa6ol$ %a

apariencia 'isual debe ser clara * precisa$

#or)ato.1$/ ebe ser escrito con letra clara * eplicando en &orma precisa lo reali!ado:

43emplo7

Mal: %os n7meros están cercanos considerando el total de los datos

ien. DLos <alores de <iscosidad est(n dentro del 15S de los <alores presentados en la

tabla 301E

2$/ En tercera persona$

rimera persona: Cepetimos el ensa*o tres 'eces * calculamos el promedio con esos datos$

+ercera persona. l ensayo se repitió tres <eces y el pro)edio se calculó con estos datos0

#i!uras y tablas

(na figura es cual)uier dibu"o, &otogra&#a o grá&ico de datos$ Jodas las &iguras * tablas

deben ser numeradas$ ?uando su in&orme sea e'aluado las &iguras * tablas )ue 9 estn

numeradas 9 se e'aluarán$

%as tablas deben ser +tituladas- inclu*endo el n7mero * una bre'e descripci.n )ue indi)ue

el contenido de la tabla$ E"emplo Jabla 1$1 implica )ue es la tabla n7mero uno del cap#tulo

uno$

%as &iguras se describen en la parte in&erior indicando el n7mero * una bre'e descripci.n

del contenido$

Página_(( Laboratorios_Termofluidos_2015







2015

$e)plo de tabla y 'i!ura0

Jabla 1$1: Cesultados de la medici.n de 'iscosidad a 20G?$ El porcenta"e de des'iaci.n es

relati'o a los 'alores publicados$

8alores de 'iscosidad, 3gRm\s

Fluido Es&era test Eperimental ublicadoorcenta"e de

des'iaci.n

@licerina Metal pe)ue6a 1,N5 1,50 2

@licerina Metal grande 1,L2 1,50 15

Agua Metal grande 0,L510/ 1,0010/ /25

Agua 8idrio 1,110/ 1,0010/ 1

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