Laboratario N°5 de termo PDF

Preview

Summary

laboratorio desarrollado virutlamente sobre llenados de tanques...

Description

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

LABORATARIO N°5 TERMOFLUIDOS Kevin Jaimes Galvis-1091572 Sergio Rivera Castellano-1091548 Universidad Francisco de Paula Santander Cúcuta, Colombia [email protected] [email protected]

RESUMEN: Todos los fluidos poseen

(altura, presión y velocidad), luego

propiedades específicas que

de

describen su comportamiento,

obtener dicho caudal con estas

algunas de estas propiedades

especificaciones, se corroborará

poseen una naturaleza constante,

midiendo dicho caudal de manera

es decir, son iguales siempre y

experimental, relacionando el

cuando el fluido este pasando por

volumen de agua desprendido con

cierta circunstancia sin importar su

el tiempo y así poder conseguir el

relación de dimensión. La ecuación

porcentaje de error entre ambos

de Bernoulli se basa en una relación

caudales.

directa entre la presión, la altura y la velocidad de un fluido, todo esto

PALABRAS CLAVE: calibración,

gracias a el análisis de la energía

caudal, coeficiente, conductos,

mecánica de un sistema, este

fluido, Bernoulli.

teorema trata con un fluido OBJETIVO

incompresible en circulación,

I.

afirmando que su energía total es

Objetivo General

igual a lo largo de todo el recorrido del fluido en el sistema. En esta experiencia se utiliza dicha ecuación para hallar el caudal del fluido mediante a la observación de los elementos que se mencionaron

Demostrar el Teorema de Bernoulli a través de prácticas experimentales por medio del tubo de Venturi con la ayuda del banco de pruebas HM 150.07. Objetivos Específicos ● Demostración del principio de Bernoulli.

P á g i n a 1 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

● Determinación del factor de paso. ● Construir las curvas sobre un gráfico que muestre las velocidades y medidas calculadas. ● Construir las curvas sobre un gráfico que muestre las modificaciones en la presión que se dan en distintos puntos, al inundar el tubo Venturi. ● Elaborar tablas de datos y resultados. II.

Y la altura sobre el nivel tomado como base, P la presión y ρ la densidad en cada uno de los puntos, se pueden escribir utilizando el teorema tranbajoenergia cinética.

MARCO TEORICO

Teorema de Bernoulli, principio físico que implica la disminución de presión de un fluido (líquido o TUBO VENTURI gas) en movimiento cuando aumenta su velocidad. Fue formulado en 1738 por el El tubo Venturi se utilizó para medir matemático y físico suizo Daniel la tasa de lujo en una tubería, Bernoulli, y anteriormente por generalmente es una pieza de Leonard Euler. El teorema afirma fundida que consta: 1. Una porción que la energía total de un de agua arriba tiene un sistema de fluidos con flujo revestimiento de bronce contiene uniforme permanece constante a anillos lo largo de la trayectoria de flujo. piezométricos para medir presión Puede demostrarse que, como estático; 2.Una región canónica consecuencia de ello, el aumento convergente; 3.Una garganta de velocidad del fluido debe cilíndrica; 4.Una región cónica verse 1 Panel de practicas compensado por una disminución de su presión. 2 Manómetro de 6 tubitos (distribución de Para ello se puede la presión en el tubo Venturi) considerar los puntos 1 y 2, de un fluido en 3 Racor de manguera de suministro de movimiento, determinando agua la energía mecánica de una 4 Válvula en entrada de agua porción de este, a lo largo del filete de fluido en 5 Tubo de Venturi con seis puntos de movimiento que los une. Si medición m es la porción de masa 6 Tubo de salida considerada, V su rapidez, 7

Válvula de salida

8

Sonda de medición presión total (móvil en sentido axial)

9

Manómetro de tubito simple

P á g i n a 2 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

gradualmente divergente; contiene un manómetro diferencial que conecta los dos anillos piezométrico, en ellos la velocidad aumenta y la energía de presión disminuye ligeramente y tiene muchas aplicaciones en la vida diaria principalmente cuando se va a inyectar un líquido dentro de una corriente de aire.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS

● Banco básico para hidrodinámica ● Panel del principio de Bernoulli ● Tubo de Venturi ● Un cronometro

IV.

● Cerrar con cuidado el grifo de salida hasta que los manómetros queden irrigados. ● Ajustar simultáneamente el grifo de entrada y el de salida para regular el nivel de agua en los manómetros de forma que no excedan los limites inferior y superior del área de medición [UL, LL].

● Medir la presión en todos los puntos de medición; después, colocar la sonda de presión total en el correspondiente nivel de medición y anotar la presión total. ● Determinar la corriente volumétrica. Para ellos se debe determinar el tiempo t, necesario para llenar el depósito volumétrico de HM 150 de 20l a 30l.

PROCEDIMIENTO

Conectar HM 150 y el equipo con HM 150.07 ● Abrir la salida de HM 150. ● Ajustar la tuerca racor (1) de los prensaestopas de sonda de forma que la sonda se pueda mover fácilmente. ● Conectar la bomba y abrir lentamente el grifo principal del HM 150. ● Abrir las válvulas de purga (2) de los manómetros.

CÁLCULO TIPO Caudal real. Para esta medición se utiliza el banco básico para hidrodinámica HM 150. Se mide el tiempo t que necesita el agua para subir de nivel de 20 litros al de 30 litros. El caudal se calcula a partir de:

P á g i n a 3 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

Q=Volumen/tiempo (L/S) ;( L/H); (m³/S) Velocidad del fluido y transversal de la tubería.

área

V=Q/A(m/s) A=(π*D^2)/4(m^2) D=diámetro interno Los valores medidos se deben compara con las ecuaciones de Bernoulli. Ecuación de Bernoulli con una altura h contante. P1/ρ+ 〖 W1 〗 ^2/2=P2/ρ+ 〖W2〗^2/2=Const Si se tienen en cuenta las pérdidas por fricción, al convertir las presiones P1 Y P2 en niveles de presión estáticos h1 y h2: h1+ 〖 W1 〗 〖W2〗^2/2g+hv

^2/2g=h2+

El caudal másico es constante en los sistemas cerrados Ilustración 17. Placa orificio

Ilustración 18. Medición de altura de perdida hv en el manómetro de agua La altura de pérdida de hv se ajusta con la válvula de salida (2) y se mide en el manómetro de agua (4) (véase la figura 3.1). h_v 〖 h〗_1

h_2 (3.5)

h_(1 )Altura de presión estática en la entrada del tubo [mm] h_2 Altura de presión estática en la salida del tubo [mm] ∆h = h_1-h_2 〖hf〗_exp = h_1-h_2

entonces,

Conversión: 1cm c. a. = 1 mbar = 100 Pa Velocidad en el tubo de Venturi. El tubo de Venturi utilizado tiene 6 puntos de medición. La tabla muestra la velocidad de referencia estandarizada, que se deriva de la geometría del tubo de Venturi: Punto de A medición 2 Ŵ En m ∙ −4 l 10

ṁ_1=ṁ_2⇒ ṁ = Q x ρ⇒ Q_1∙ ρ = Q_2∙ ρ ⟹ Q_1=Q_2 con Q = A ∙ W ⟹ A_1∙W_1 = A_2∙ W_2= Q = Const.

1

3.38

1.00

2

2.33

1.45

3

0.846

4.00

Diferencia de presión medida por el manómetro.

4

1.70

2.00

5

2.55

1.33

∆ρ = ∆h * ρ * 〖 hf 〗 _(□exp exp = ) Δρ/Υ_H2O γ_(H2O ) g; = ρ * g

6

3.38

1.00

Luego la velocidad V 1 se multiplica por los w valores de la

P á g i n a 4 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

tabla anterior y obtenemos la velocidad calculada.

K=

Q √∆ p

V.

Las velocidades V meas . Se han calculado a partir de la parte de presión dinámica medida mediante la fórmula:

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

h

h

N°

meas=¿ √ 2∗g∗hdyn V¿ Se ve con claridad que la ecuación: hdyn =htot−h stat siempre se cumple. Así mismo, se han podido detectar una pequeña perdida de presión htotal al inundar el tubo Venturi.

h4

h5

(m

(m

(m

(m

(mm.

m.

m.

m.c

m.c

m.c

c.a)

c.a

c.a

.a)

.a)

.a)

1 3 0 50

4

10 5, 6

5

10 8

6

Q=K∗√ ∆ p El factor de paso K suele venir ajustado por el fabricante del tubo de Venturi. Si el factor de paso se desconoce, se puede calcular (si se conoce el caudal) a partir de la perdida de presión ∆ρ mediante la ecuación:

1

110

1 3 2

2

1 2 7

3

60

4

96

5

10 9

6 1

2

111 1 3 7 1 3

t

V

diná

(s)

(Lts)

mica

c.a)

1 3 5

2

h

(mm.

)

3

Determinación del factor de paso: El tubo Venturi se utiliza para medir el caudal. Se diferencia de la medición de diafragma por su escasa perdida de presión. El caudal se puede medir como la diferencia de presión ∆ρ entre la entrada y el punto del tubo con menor diámetro:

h6

(m

)

1

h3

4,8

31, 16

3

4,7

31, 16

3

4,6

31, 16

3

6,6

31, 16

3

6,5

31, 16

3

4,0

31, 31

3

12, 8

31, 31

3

12, 5

31, 31

3

12

31, 31

3

11, 4

31, 31

3

13, 5

31, 31

3

12, 5

31, 31

3

30, 2

32, 15

3

30, 4

32, 15

3

P á g i n a 5 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

0 3

63

4

10 0

5

11 0

6

11 6

30, 1

32, 15

3

29, 6

32, 15

3

31, 9

32, 15

3

30, 8

32, 15

3

hdyn 4,8

4,7

4,6

6,6

6,5

4,0

v meas 0,3

0,3 03 6

0,3

06 8

0,3 6

0,3 57

0,2 8

0,2 84

0,4 12

1,1 36

0,5 65 6

0,3 77

0,2 84

12 7

60

96

2

10 9

11 1

14 4,8

13 9,5

72

10 7,4

11 4,5

12 3,5

hdyn 12,

12, 5

12

11, 4

13, 5

12, 5

V mea 0,5 01

0,4 95 2

0,4 85

0,4 73

0,5 14

0,4 95

0,2 83

0,4 1

1,1 32

0,5 62

0,3 75

0,2 83

hStat 13

13 0

63

7

10 0

11 0

11 6

16 7,2

16 0,4

93, 1

12 9,6

14 1,9

14 6,8

hdyn 30, 30, 4

30, 1

29, 6

31, 9

30, 8

V mea 0,7

0,7 72

0,7 68

0,7 62

0,7 91

0,7 7

0,4

1,1 02 8

0,5 48

0,3 65

0,2 4

Vcal c. (m/s )

hStat 13 Con la tabla de datos calculamos el caudal, h experimental. Cálculos de los datos

htot

8

Vcal c. (m/s )

V 1=

Q A1

htot

meas=¿ √ 2∗g∗hdyn ( hdyn=metros ) V¿ Q K= (∆p = bar, Q = L/s) √∆ p

2

TABLA N°2 TIP O

7

h1

h2

h3

h4

h5

h6

(m m.c .a)

(m m.c .a)

(m m.c .a)

(m m.c .a)

(m m.c .a)

(m m.c .a)

Vcal c. (s) (m/s )

0,2 75

par a3 Lts

hStat

13 5

13 0

50

10 5,6

10 8

11 0

htot

13 9.8

13 4,7

54, 6

11 2,2

11 4,5

11 4

PARA LOS DATOS DE LA TABLA N°2 Primer caso: 1) htot = hstat + hdyn htot = 135mm + 4.8mm 31, htot = 139.8 mm

P á g i n a 6 | 12

16

962 7

31, 31

0,0 958

32, 15

0,0 933

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

√ 2∗g∗hdyn

Vmeas =

htot = 105,6mm + 6,6mm htot = 112,2 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Vmeas= √ 2∗9,81∗(4,8 x 10 ) Vmeas= 0,3068 m/s −3

Vol t

Q=

3l 31,16 s

=

= 0,09627 L/s

A1= 338,6x10-6m2

Vel=

Q = A1

Vmeas= √ 2∗9,81∗(6,6 x 10−3 ) Vmeas= 0,36 m/s A4= 170,2x10-6m2

L 3 ∗m 0,09627 s 1000 L −6 2 338,6 x 10 m

=

Vel=

Q A4

=

L 3 ∗m s 0,09627 1000 L −6 2 170,2 x 10 m

0,284m/s

m/s

2) htot = hstat + hdyn htot = 130mm + 4.7mm htot = 134,7 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

5) htot = hstat + hdyn htot = 108mm + 6,5mm htot = 114,5 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Vmeas= √ 2∗9,81∗( 4,7 x 10 ) Vmeas= 0,3036 m/s

Vmeas= √ 2∗9,81∗(6,5 x 10−3) Vmeas= 0,357 m/s

A2= 233,5x10-6m2

A5= 255,2x10-6m2

−3

Vel=

Q A2

=

L 3 ∗m s 0,09627 1000 L 233,5 x 10−6 m2

= 0,412

Q Vel= A5

=

L 3 ∗m s 0,09627 1000 L 255,2 x 10−6 m2

m/s

m/s

3) htot = hstat + hdyn htot = 50mm + 4.6mm htot = 54.6 mm

6) htot = hstat + hdyn htot = 110mm + 4,0mm htot = 114,0 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Vmeas =

√ 2∗g∗hdyn

Vmeas= √ 2∗9,81∗( 4,6 x 10−3 ) Vmeas= 0,3 m/s

Vmeas= √ 2∗9,81∗(4,0 x 10−3 ) Vmeas= 0,28 m/s

A3= 84,6x10-6m2

A6= 338,6x10-6m2

Q Vel= A3

=

L 3 ∗m s 0,09627 1000 L 84,6 x 10−6 m 2

= 1,138

Q Vel= A6

=

L 3 ∗m s 0,09627 1000 L 2 338,6 x 10−6 m

= 0,5656

= 0,377

= 0,284

m/s

m/s 4) htot = hstat + hdyn

Segundo caso:

P á g i n a 7 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

1) htot = hstat + hdyn htot = 132mm + 12.8mm htot = 144.8 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Q Vel= A3

Vmeas= √ 2∗9,81∗(4,8 x 10−3 ) Vmeas= 0,501 m/s Q=

Vol t

A1= 338,6x10-6m2

Vel=

Q = A1

L 3 ∗m s 0,0958 1000 L 338,6 x 10−6 m 2

=

4) htot = hstat + hdyn htot = 96mm + 11,4m htot = 107,4 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn Vmeas= √ 2∗9,81∗(11,4 x 10−3) Vmeas= 0,473 m/s A4= 170,2x10-6m2

0,283m/s Vel=

2) htot = hstat + hdyn htot = 127mm + 12.5mm htot = 139,5 mm Vmeas =

L 3 ∗m s = 0,0958 1000 L 233,5 x 10−6 m2

= 0,41

Vmeas= √ 2∗9,81∗(13,5 x 10−3) Vmeas= 0,514 m/s A5= 255,2x10-6m2

m/s Vel=

3) htot = hstat + hdyn htot = 60mm + 12mm htot = 72 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Q A5

L 3 ∗m s 0,0958 = 1000 L 255,2 x 10−6 m2

= 0,375

m/s

Vmeas= √ 2∗9,81∗( 12 x 10 ) Vmeas= 0,485 m/s −3

A3= 84,6x10-6m2

= 0,562

5) htot = hstat + hdyn htot = 109mm + 13,5mm htot = 114,5 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

A2= 233,5x10-6m2

Q A2

Q A4

L∗m 3 s = 0,0958 1000 L −6 2 170,2 x 10 m

m/s

√ 2∗g∗hdyn

Vmeas= √ 2∗9,81∗( 12,5 x 10−3) Vmeas= 0,4952 m/s

Vel=

= 1,132

m/s

3l = 0,0958 L/s 31,31 s

=

=

L 3 ∗m s 0,0958 1000 L 84,6 x 10−6 m 2

6) htot = hstat + hdyn htot = 111mm + 12,5mm htot = 123,5 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Vmeas= √ 2∗9,81∗(12,5 x 10−3) Vmeas= 0,495 m/s A6= 338,6x10-6m2

P á g i n a 8 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

L 3 ∗m s = 0,0958 1000 L 338,6 x 10−6 m 2

Q Vel= A6

= 0,283

Vel=

m/s Tercer caso: 1) htot = hstat + hdyn htot = 137mm + 30,2mm htot = 167,2mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn Vmeas=

3l 32,15 s

=

A4= 170,2x10-6m2

A1= 338,6x10-6m2

Q Vel= = A1

Vel=

Vmeas= √ 2∗9,81∗(31,9 x 10−3) Vmeas= 0,791 m/s A5= 255,2x10-6m2

A2= 233,5x10-6m2

Vmeas= √ 2∗9,81∗(30,1 x 10−3) Vmeas= 0,768 m/s

= 0,548

5) htot = hstat + hdyn htot = 110mm + 31,9mm htot = 141,9 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Vmeas= √ 2∗9,81∗(30,4 x 10−3 ) Vmeas= 0,772 m/s

3) htot = hstat + hdyn htot = 63mm + 30,1mm htot = 93,1 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

L 3 ∗m s 0,0933 = 1000 L 170,2 x 10−6 m 2

m/s

2) htot = hstat + hdyn htot = 130mm + 30,4mm htot = 160,4 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Q Vel= A2

Q A4

=

0,275m/s

L 3 ∗m s = 0,0933 1000 L 233,5 x 10−6 m2

= 1,1028

Vmeas= √ 2∗9,81∗(29,6 x 10−3 ) Vmeas= 0,762 m/s

= 0,0933 L/s

L 3 ∗m s 0,0933 1000 L 338,6 x 10−6 m 2

=

4) htot = hstat + hdyn htot = 100 mm + 29,6m htot = 129,6 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

2∗9,81∗30,2 x 10−3 √¿¿

Vol t

Q A3

L 3 ∗m s 0,0933 1000 L 84,6 x 10−6 m2

m/s

Vmeas= 0,77 m/s Q=

A3= 84,6x10-6m2

Vel= = 0,4 m/s

Q A5

=

L 3 ∗m s 0,09533 1000 L 255,2 x 10−6 m2

= 0,365

m/s 6) htot = hstat + hdyn htot = 116mm + 30,8mm htot = 146,8 mm Vmeas = √ 2∗g∗hdyn

Vmeas= √ 2∗9,81∗(30,8 x 10−3) Vmeas= 0,77 m/s

P á g i n a 9 | 12

LABORATARIO N°4 TERMOFLUIDOS | HP

A6= 338,6x10-6m2 Vel=

Q A6

L 3 ∗m s 0,0933 = 1000 L 338,6 x 10−6 m 2

Vel3= = 0,24

P1 yh 2

GRAFICA DE Q vs TIEMPO

CAUDAL (Q)

=

=

2

+ h1+ V 1

2g

=

P3 yh 2

+ h3+

2

V3 2g

h1=h3

Q vs T

2 2 ¿ V 3 −V 1 ∨ ¿ 2g ¿ yh 2∗h 1− yh 2∗h 3 =¿ yh 2 2 2 ¿ V 3 −V 1 ∨ ¿ 2g ¿

P 1−P 3 =¿ yh 2