Marco teórico
El principio de conservación de la energía se expresa en Mecánica de fluidos por medio del Principio de Bernoulli.
Daniel Bernoulli, un científico Suizo demostró que en un sistema con flujos constantes, la energía es transformada cada vez que se modifica el área transversal del tubo.
El principio de Bernoulli dice que la suma de energías potencial y cinética, en los varios puntos del sistema, es constante, si el flujo es constante. Cuando el diámetro de un tubo se modifica, la velocidad también se modifica.
El teorema de Bernoulli implica una relación entre los efectos de presión, la velocidad y la gravedad e indica que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye
La presión estática es la que tiene un fluido, independientemente de la velocidad del mismo, y que se puede medir mediante la utilización de tubos piezométricos.
Presión dinámica es aquella que depende de la velocidad y la densidad del fluido, también podríamos decir que la inercia de un movimiento en un conducto produce un incremento de presión estática al chocar sobre un área perpendicular al movimiento, esta fuerza sería la presión dinámica.
Presión total es la suma de las presiones anteriormente nombradas.
Descripción de la práctica
En esta práctica se utilizó el Módulo Básico Gunt HM 150. El cual consta de las siguientes partes representadas en las figuras 1 y 2.
Figura 1. Módulo Básico Gunt HM 150
Donde:
- Familiarización con el principio de Bernoulli.
- Manómetro con 6 tubitos (donde es posible realizar la medición de la presión estática).
- Racor de manguera de suministro de agua.
- Válvula en entrada de agua.
- Tubo de Venturi con 6 puntos de medición.
- Tubo de salida.
- Válvula en salida.
- Sonda de medición presión total.
- Manómetro de tubito simple.
Figura 2. Aplicación de panel
DATOS
CÁLCULOS
RESULTADOS
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En
las siguientes graficas se muestra como es el comportamiento de las presiones
total, dinámica y estática al interior del tubo de Venturi, este comportamiento
consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye
su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una sección menor.
La
presión total se mantiene constante a
medida que el fluido va atravesando el sistema en nuestro experimento, aunque
la teoría nos dice que en todo sistema en el cual haya un flujo de un fluido
por un conducto habrá una pérdida de energía pero para algunos casos especiales
de poca fricción en la tubería, ésta disminución de la presión puede ser tan
pequeña que sea despreciable.
Las
velocidades al interior del tubo de Venturi aumentan a medida que el área va
disminuyendo. Cuando se tiene un caudal constante (Q=A*V) y se disminuye el área la velocidad debe aumentar y de esta
forma conservar el flujo volumétrico constante. En la gráfica cinco se puede
ver la relación de proporcionalidad entre caudal y velocidad. A mayor caudal se
observa un pico de velocidad mucho mayor.
Teóricamente se espera que la energía se
conserve en cada uno de los puntos al interior del tubo de Venturi, sin embargo
se puede observar que ocurre una pequeña perdida de energía a medida que el
área transversal disminuye, para los caudales pequeños la variación es más
pequeña que para los caudales grandes. Esta pérdida se debe al rozamiento que
existe con las paredes del tubo y el fluido. La variación de la energía puede
estar relacionada a la vez con el flujo no es necesariamente constante, la
calibración del equipo, y el factor de corrección para las velocidades al usar
Bernoulli.
CONCLUSIONES
Al interior del tubo de Venturi, un fluido en movimiento disminuye su
presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una sección menor.
Los términos de presión y altura se
agrupan en la presión estática. Y el término
relativo a la velocidad se llama presión dinámica
Si un caudal de un fluido es constante y se presenta una disminución en
la sección, la velocidad aumenta tras atravesar esta sección, por el teorema de la conservación de la
energía, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de
la presión disminuye forzosamente.
La energía del fluido permanece constante a lo largo de su recorrido: cinética
es la energía debida a la velocidad que posea el fluido; potencial es la energía debido a la altitud que
un fluido posea y energía de presión
es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.
La pérdida de energía se debe al rozamiento que existe con las paredes
del tubo y el fluido, el flujo no es necesariamente constante, la calibración
del equipo, y el factor de corrección para las velocidades al usar Bernoulli.
Cuando se tiene un caudal constante y se disminuye el área la velocidad
debe aumentar y de esta forma conservar el flujo volumétrico constante.
BIBLIOGRAFÍA
Manual de experimentos HM 150.07 Gunt Hamburg. Estudio del Principio de
Bernoulli. Recuperado de http://www.eng.ucy.ac.cy/EFM/Manual/HM%2015007/HM15007E.pdf
Equipos para la educación en ingeniería. HM 150.07 Principio de
Bernoulli. Recuperado de http://www.gunt.de/static/s4239_3.php#
Efecto de Venturi (2015). Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Venturi
