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Description

Universidad Nacional Experimental del Táchira Departamento de Ingeniería Mecánica Núcleo de Termofluidos

Prácticas de Laboratorio de Mecánica de Fluidos UNET (Código 0622502L)

Autores:

Ing. Fernando González Ing. Rubén Darío Omaña Ing. Alberto Sarcos TSU. Jorge Bedoya

ii

Introducción El proceso educativo exige la revisión constante del material de apoyo al estudiante, así como de los procedimientos, todo ello con objeto de actualizarlo y hacerlo de más fácil compresión. Bajo este principio los autores comenzaron a reformar las guías de las prácticas de Laboratorio de mecánica de fluidos impartido en la Universidad Nacional Experimental del Táchira (UNET), estas reformas se hicieron bajo los siguientes principios: •

•

•

Hacer las guías más explicativas, con lo cual el estudiante está mejor preparado para llevar a cabo las experiencias planteadas en el laboratorio, fomentando de esta forma el auto-estudio, el cual representa una tema clave en la educación. Establecer una relación entre los datos obtenidos en el laboratorio y los cálculos requeridos, esto se logra al establecer un post-laboratorio, con lo cual el estudiante sabrá de antemano los requerimientos de cálculos en cada práctica. Adaptar las prácticas que sean pertinentes a la normativa vigente en el país (COVENIN).

Otro aspecto en el cual se basó el presente trabajo, fue en generar una estructura única en todas las experiencias desarrolladas en el laboratorio, este objetivo se consiguió al establecer el siguiente orden en cada práctica: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Nombre de la práctica. Objetivos propuestos. Marco teórico. Descripción de los equipos e instrumentos. Procedimiento experimental. Post-Laboratorio.

Esta estructura le da mayor coherencia al material al integrar los conceptos vistos en la teoría con los desarrollos prácticos, consolidando el aprendizaje en el estudiante. Para garantizar el éxito en la asignatura se recomienda que el estudiante lea y entienda bien el contenido de cada práctica antes de realizar el ensayo experimental, seguir las instrucciones del profesor y del técnico o asistente del laboratorio, y muy importante, respeto a las normas de funcionamiento y seguridad del Laboratorio. Esperamos que este trabajo le brinde una valiosa herramienta de apoyo en la asignatura.

Los autores.

iii

Contenido Prácticas de Laboratorio de Mecánica de Fluidos UNET (Código 0622502L) .................................................. i Introducción .................................................................................................................................................... ii 1 Práctica: Medición de la densidad de un líquido ....................................................................................... 1 1.1

Objetivos ................................................................................................................................ 1

1.2

Marco teórico ........................................................................................................................ 1

1.2.1 Densidad ................................................................................................................................ 1 1.2.2 Peso específico ...................................................................................................................... 1 1.2.3 Densidad relativa o Gravedad específica............................................................................... 1 1.2.4 Principio de Arquímedes........................................................................................................ 2 1.3

Descripción de los equipos a utilizar ..................................................................................... 3

1.3.1 Balanza de Mohr-Westphal ................................................................................................... 3 1.3.2 Densímetro de inmersión ...................................................................................................... 4 1.4

Procedimiento Experimental ................................................................................................. 5

1.4.1 Determinación de la densidad relativa mediante la balanza de Mohr-Westphal ................. 5 1.4.2 Determinación de la densidad relativa mediante los densímetros ....................................... 7 1.4.3 Variación de la densidad en función de la temperatura ....................................................... 8 1.5

Post-laboratorio ................................................................................................................... 10

2 Práctica: Determinación de la viscosidad absoluta de un líquido newtoniano ....................................... 13 2.1

Objetivos .............................................................................................................................. 13

2.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 13

2.2.1 Viscosidad absoluta ............................................................................................................. 13 2.2.2 Conversión de unidades ...................................................................................................... 14 2.2.3 Viscosímetro Stormer .......................................................................................................... 15 2.3

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 16

2.3.1 Determinación de la viscosidad absoluta mediante el viscosímetro Stormer .................... 16 2.3.2 Determinación de la viscosidad de la muestra .................................................................... 17 2.4

Post-laboratorio ................................................................................................................... 18

3 Práctica: Determinación de la viscosidad cinemática de un líquido ........................................................ 20 3.1

Objetivos .............................................................................................................................. 20

3.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 20

iv 3.2.1 Viscosidad cinemática.......................................................................................................... 20 3.2.2 Viscosidad Saybolt Universal ............................................................................................... 20 3.2.3 Viscosidad Saybolt Furol ...................................................................................................... 21 3.2.4 Conversión de unidades ...................................................................................................... 21 3.2.5 Índice de viscosidad ............................................................................................................. 21 3.2.6 Viscosímetro Saybolt ........................................................................................................... 22 3.3

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 22

3.3.1 Determinación de la viscosidad cinemática mediante el viscosímetro Saybolt .................. 22 3.3.2 Determinación del índice de viscosidad (IV)........................................................................ 23 3.4

Post-laboratorio ................................................................................................................... 28

4 Práctica: Medición de presión.................................................................................................................. 30 4.1

Objetivos .............................................................................................................................. 30

4.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 30

4.2.1 Presión ................................................................................................................................. 30 4.2.2 Variación de la presión en un fluido estático ...................................................................... 30 4.2.3 Presión absoluta y manométrica ......................................................................................... 31 4.2.4 Conversión de unidades ...................................................................................................... 32 4.2.5 Medidores de presión.......................................................................................................... 32 4.2.6 Banco calibrador a pesas ..................................................................................................... 34 4.2.7 Calderín ................................................................................................................................ 35 4.3

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 36

4.3.1 Determinación del error de medición de un manómetro tipo Bourdon mediante el banco calibrador a pesas ..................................................................................................... 36 4.3.2 Determinación del error de medición de un manovacuómetro mediante el calderín ....... 37 4.4

Post-laboratorio ................................................................................................................... 39

5 Práctica: Estabilidad de un cuerpo flotante ............................................................................................. 45 5.1

Objetivos .............................................................................................................................. 45

5.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 45

5.2.1 Fuerza de empuje ................................................................................................................ 45 5.2.2 Centro de flotabilidad .......................................................................................................... 45 5.2.3 Centro de gravedad ............................................................................................................. 45 5.2.4 Metacentro: Criterio de estabilidad de un cuerpo flotante ................................................ 45 5.2.5 Cálculo del metacentro........................................................................................................ 46

v 5.2.6 Descripción del equipo de flotación .................................................................................... 47 5.2.7 Información complementaria del equipo de flotación ........................................................ 48 5.3

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 50

5.3.1 Instalación............................................................................................................................ 50 5.3.2 Ensayo experimental ........................................................................................................... 50 5.4

Post-laboratorio ................................................................................................................... 51

6 Práctica: Medición de caudal ................................................................................................................... 54 6.1

Objetivos .............................................................................................................................. 54

6.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 54

6.2.1 Caudal .................................................................................................................................. 54 6.2.2 Medición de Caudal ............................................................................................................. 54 6.3

Instrumentos de medición de caudal .................................................................................. 55

6.3.1 Banco Hidráulico .................................................................................................................. 55 6.3.2 Tubo Venturi ........................................................................................................................ 58 6.3.3 Placa Orificio ........................................................................................................................ 60 6.3.4 Rotámetro............................................................................................................................ 61 6.4

Instrumentos de medición de caudal .................................................................................. 62

6.5

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 63

6.5.1 Medición del caudal real ..................................................................................................... 63 6.6

Post-laboratorio ................................................................................................................... 64

7 Práctica: Descarga por un orificio ............................................................................................................ 67 7.1

Objetivos .............................................................................................................................. 67

7.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 67

7.2.1 Teorema de Torricelli........................................................................................................... 67 7.2.2 Vena de contracción ............................................................................................................ 68 7.2.3 Coeficiente de descarga...................................................................................................... 69 7.2.4 Coeficiente de contracción ................................................................................................. 69 7.2.5 Coeficiente de velocidad ..................................................................................................... 69 7.2.6 Relación entre los coeficientes de descarga, contracción y velocidad................................ 70 7.3

Descripción del equipo de descarga .................................................................................... 71

7.4

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 72

7.4.1 Determinación del coeficiente de descarga ........................................................................ 72 7.5

Post-laboratorio ................................................................................................................... 74

vi 8 Práctica: Impacto de un chorro ................................................................................................................ 77 8.1

Objetivos .............................................................................................................................. 77

8.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 77

8.2.1 Ecuación de cantidad de movimiento ................................................................................. 77 8.2.2 Determinación de la fuerza sobre un álabe......................................................................... 78 8.2.3 Descripción del equipo de impacto ..................................................................................... 79 8.2.4 Determinación de la fuerza de impacto de forma experimental ........................................ 80 8.3

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 82

8.3.1 Determinación del coeficiente de descarga ........................................................................ 82 8.4

Post-laboratorio ................................................................................................................... 83

9 Práctica: Pérdidas de carga en tuberías ................................................................................................... 86 9.1

Objetivos .............................................................................................................................. 86

9.2

Marco teórico ...................................................................................................................... 86

9.2.1 Número de Reynolds ........................................................................................................... 86 9.2.2 Ecuación de la energía ......................................................................................................... 86 9.2.3 Pérdida de carga .................................................................................................................. 87 9.2.4 Casos particulares de estudio de pérdidas en tuberías ....................................................... 89 9.2.5 Descripción del equipo de pérdida de carga en tuberías .................................................... 94 9.3

Procedimiento Experimental ............................................................................................... 95

9.3.1 Determinación de la pérdida de carga para flujo en tubería .............................................. 95 9.4

Post-laboratorio ................................................................................................................... 96

Bibliografía................................................................................................................................................... 104

1

1 Práctica: Medición de la densidad de un líquido 1.1 Objetivos a) b) c) d)

Definir los conceptos de Densidad, peso específico, Densidad Relativa y grados API. Conocer las partes constitutivas de la balanza de Mohr-Westphal, su calibración y uso. Conocer el principio de funcionamiento de la balanza de Mohr-Westphal y del densímetro. Determinar la densidad relativa de diferentes líquidos a temperatura ambiente, mediante el uso de la balanza de Mohr-Westphal y del densímetro. e) Expresar la densidad relativa de un hidrocarburo líquido o derivado en la escala de grados API. f) Usar la densidad relativa en grados API para determinar la gravedad específica de un hidrocarburo líquido o derivado a diferentes temperaturas. g) Analizar la influencia de la temperatura sobre la densidad de de un hidrocarburo líquido o derivado.

1.2 Marco teórico 1.2.1

Densidad

La densidad ( ) es una propiedad de los fluidos, es definida como el cociente de la masa del fluido entre el volumen ocupado.

 =

m V

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