PRACTICA Visualizacion de Flujos
PRACTICA Visualizacion de Flujos
PRACTICA Visualizacion de Flujos
UNIDAD ZACATENCO
INGENIERIA CIVIL
ACADEMIA DE HIDRAULICA
HIDRAULICA BASICA
PRACTICA:
VISUALIZACION DE FLUJOS
PROFESOR:
ALUMNO:
GRUPO: 4CV19
VISUALIZACIN DE FLUJOS, COMPROBACIN DE LA ECUACIN DE
CONTINUIDAD Y DEL TEOREMA DE BERNOULLI
OBJETIVO:
Que el alumno conozca los diferentes tipos de flujos, sus caractersticas
principales, sus diferencias y que aprecie los fenmenos hidrulicos que se
presentan en cada uno de ellos.
EQUIPO UTILIZADO:
La mesa de experimento de Reynolds (con un depsito de acrlico, una tubera de
vidrio con un dimetro de 0.015 m), cronmetro, canal hidrodinmico con
diferentes perfiles, redondo, cuadrado, ala de avin, etc.
CONSIDERACIONES TEORICAS:
Las ecuaciones de la hidrodinmica son tan complejas que las ecuaciones del flujo
de fluidos vienen expresados en ecuaciones diferenciales de derivadas parciales,
implicando una serie de variables, tales que hacen ms difciles la interpretacin
fsica de las mismas. Apreciamos que existen diferentes criterios para clasificar un
flujo. Atendiendo a las caractersticas que ms interesan, los flujos pueden
clasificarse como:
FLUJO: Permanente o no permanente
Uniforme o no uniforme
Incompresible o compresible
Laminar o turbulento
Subcrtico, crtico o supercrtico
Flujo laminar
Flujo de transicin
Flujo turbulento
VD
R=
V Donde R= No. de Reynolds
Flujo laminar:
Lo caracterizamos por el movimiento de sus partculas; su perfil de velocidades es
parablico, la velocidad mxima es igual al doble de la velocidad media, la
componente de la velocidad en y es casi cero.
Donde:
R = nmero de Reynolds, V = velocidad media del flujo, RH = Radio hidrulico del
D50
canal, D = dimetro de la tubera, = dimetro medio del material poroso
(arena). De = dimetro de la esfera y = viscosidad cinemtica del lquido.
FLUJO DE TRANSICIN:
Se caracteriza por ser un valor en el cual el flujo cambia de flujo laminar a
turbulento: Aqu es significativo hablar de un valor inferior para el nmero de
Reynolds, Re inferior por debajo del cual el flujo sea siempre laminar, y de un
valor superior, Re superior, por encima del cual, el flujo sea siempre turbulento.
2000 Re 4000
En tuberas el flujo de transicin se presenta si Este tipo de
flujo se puede presentar en la entrada o salida entre un tubo y un depsito; el flujo
de una capa limite puede ser laminar o turbulento, esto quiere decir que este tipo
de flujo es un tanto inestable.
FLUJO TURBULENTO:
Es l ms frecuente en las aplicaciones prcticas de la ingeniera. En esta clase
de flujo las partculas del fluido se mueven siguiendo trayectorias muy irregulares
originando un intercambio de cantidad de movimiento de una porcin de flujo a
otra.
Q = VA V=Q/A
CLASIFICACION
(Tomando en cuenta la viscosidad del fluido)
Flujo real: Se presenta en la naturaleza. La viscosidad del (El Fluido se considera
viscoso).
Flujo ideal: Se utiliza para la deduccin de ecuacin de la energa (el fluido se
considera No viscoso)
Un flujo permanente ser aquel en que
las caractersticas del flujo no varen con
Flujo Permanente: respecto al tiempo, ejemplo:
Experimentos controlados en aforo de
corriente como el mtodo qumico, obras
hidrulicas donde el gasto es
estrictamente controlado en la
operacin.
CLASIFICACIN:
(Respecto al tiempo)
Un flujo ser no permanente si las
caractersticas del flujo varan con
respecto al tiempo, ejemplo: la mayora
Flujo no
de los flujos en la naturaleza, transito de
Permanente: avenidas, compuertas, ros, cascadas,
presas, golpe de ariete en tuberas,
vaciado de recipientes, etc.
CLASIFICACIN:
(Tomando en cuenta
la densidad del flujo). Se presenta cuando la variacin de
la densidad con respecto al tiempo
es igual a cero
d
0
Flujo dt
Flujo d
0
dt
Incompresible:
por ejemplo: Lquidos que para fines prcticos se consideran
incompresibles.
Fr 1
Flujo crtico:
CLASIFICACION:
Flujo subcrtico: (flujo lento)
(Tomando en cuenta la relacin de las
fuerzas de inercia con las fuerzas de Fr 1
gravedad.
(Y Yc )
- El tirante del flujo es igual al tirante crtico
El flujo subcrtico o lento se presenta cuando:
(Y Yc )
SC SC
YO YC
Flujo crtico:
SO SC
YO YC
Flujo subcrtico:
SO SC
YO YC
Flujo supercrtico:
DESARROLLO
OBJETIVO:
Que el alumno determine en forma experimental cada uno de los trminos del:
TEOREMA DE BERNOULLI Y DE LA ECUACIN DE CONTINUIDAD.
CONSIDERACIONES TEORICAS:
Ecuacin de continuidad. Esta ecuacin es una consecuencia del principio de
conservacin de la masa aplicada a los fluidos en movimiento y nos dice que la
cantidad de fluido que entre por la seccin de un conducto es igual a la cantidad
de fluido que sale por otra seccin del mismo conducto, siempre y cuando no haya
aportes o fugas.
Consideremos un tubo de corriente cualquiera:
1 V1 2 V2
1 A1 S1 2 A2 S 2
S
V
t
Dividiendo entre t y recordando que
1 A1 V1 2 A2 V2
Si el fluido es incompresible (como los lquidos) entonces la densidad es
1 2 A1V1 A2V2
constante y entonces
A la cantidad A V se le conoce como gasto volumtrico, caudal o
simplemente gasto y se le presenta por Q.
Finalmente la ecuacin anterior puede expresarse como:
Q1 Q2
constante
TEOREMA DE BERNOULLI
La ecuacin de Bernoulli es el principio de conservacin de la energa aplicado a
lquidos en movimiento.
Son tres los tipos de energa que posee un lquido a saber.
Wh mgz
Energa Potencial o de posicin
1/ 2 mv2
Energa Cintica o de Velocidad
pm *
Energa de Presin
Donde:
W = peso del lquido
m = masa del lquido
z = altura o cota topogrfica del eje de la tubera o de la plantilla o fondo del canal.
v = velocidad media del lquido en una seccin
p = presin media en una seccin del conducto.
P1 V12 P2 V22
Z1 Z2 h f 1 2
2g 2g
que es la ecuacin de Bernoulli para un fluido real con flujo permanente.
H f 1. 2
El trmino
representa las prdidas de energa por unidad de peso. Podemos observar que la
ec. 1 tiene unidades de energa; es decir, en el sistema MKS absoluto SI:
Nw m = Joules y en el MKS
El PHR es escogido arbitrariamente de tal forma que pase en 0 por debajo del
punto ms bajo del conducto. Por lo tanto esta altura puede observarse y medirse
sin la necesidad de ms aparatos que una escala.
La energa especfica de presin (tambin llamada carga o altura de presin o
piezomtrica) se puede observar mediante unos tubos verticales transparentes
llamados piezomtricos conectados al conducto, midindose desde el eje del tubo
o si es un canal desde el fondo.
Tubera Canal
P
P h h
El lquido, al fluir por el conducto, sube por el piezmetro debido a la presin hasta
una altura (llamada piezomtrica) que equilibra o iguala dicha presin. Es decir, la
presin en el eje de la tubera puede obtenerse multiplicando el peso especfico
P
h
del lquido por la altura piezomtrica, donde es la altura piezomtrica, o
bien la energa especfica de presin.
Cuando el conducto es un canal, el nivel del lquido dentro del piezometro coincide
con el de la superficie libre del agua del canal.
La Energa Especfica de Velocidad. (Tambin llamada Energa cintica, carga o
altura de velocidad) se puede observar mediante un tubo doblado (de Pitot), como
se muestra en la figura.
Tubo de Pitot
Tubera Canal
Al enfrentase la boquilla del tubo de Pitot contra la corriente, el lquido sube ms
que en un piezmetro debido a la energa de velocidad. La diferencia de niveles
entre el piezmetro y el Pitot es la altura o carga de velocidad.
Si se mide el nivel del lquido dentro del tubo Pitot desde el nivel horizontal de
referencia, se tiene el valor de la energa especfica total del lquido en esa
seccin.
Tomando en cuenta lo anterior, podemos representar grficamente la ecuacin de
Bernoulli. A manera de ejemplo consideramos los siguientes conductos:
H f 0
Por esta tubera circula un fluido ideal, es decir que no tiene prdidas,
por ello la lnea de energas totales es horizontal y coincide con el horizonte de
energa, que es el plano horizontal del nivel de energa ms alto del sistema. La
energa de velocidad es mayor en 2 que en 1 puesto que la velocidad cambia de la
misma manera (de acuerdo al principio de continuidad) al variar inversamente con
el dimetro.
Por este conducto fluye un fluido real, por ello, la lnea de energas totales est
H f 1 2
inclinada y existen prdidas de energa representa prdidas de energa
en general y no solo de presin como muchas veces se menciona, se pueden
considerar como tales solo cuando se trata de una tubera horizontal de dimetro
constante.
EQUIPO DE TRABAJO
a).- MESA DE TRABAJO.
b).- Vernier
c).- Copa graduada, de 1 litro
d).- Cronometro
e).- termmetro
f).- Cubeta de 10 litros
g).- Regla graduada o flexmetro
h).- canal de paredes transparentes
i).- tubo de vidrio doblado en L y con boquilla semejando un tubo de Pitot.
CUESTIONARIO
5.- Qu tipo de flujo se presenta en los ros o arroyos? Explique Por qu?