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Guía Laboratorio Virtual 4
Guía Laboratorio Virtual 4
Guía Laboratorio Virtual 4
CÓDIGO DE LA
CARRERA NOMBRE DE LA ASIGNATURA
ASIGNATURA
FÍSICA FUNDAMENTAL
MECATRONICA EXCT- MVU53
NRC: 7850
ESTUDIANTE: BAYRON JACOME
DURACIÓN
PRÁCTICA
LABORATORIO DE: LABORATORIO DE FÍSICA
N° (HORAS)
HIDROSTATICA Y DINAMICA DE
4 TEMA: 2
FLUIDOS
A. OBJETIVOS
Objetivo General:
Observar los fenómenos de Hidrostática y Dinámica de fluidos y emplear de una manera
adecuada cada una de las ecuaciones en el momento de realizar los cálculos pertinentes
para la resolución de cada práctica.
Objetivos Específicos:
Analizar el comportamiento de las presiones y otras variables.
Estudiar los temas a tratar para tener una mejor comprensión del laboratorio.
Aplicar el Sistema de medición correspondiente en cada práctica.
Determinar la altura, la dimensión y la velocidad en la práctica correspondiente.
Realizar una captura de pantalla para la validez de cada práctica.
1
ÁREA DE FÍSICA
B. EQUIPO Y MATERIALES NECESARIOS
Practica 1:
1 5
3
2
Practica 2:
2
ÁREA DE FÍSICA
Liquido del cual tomaremos algunas
3. Agua 1
variables.
4. Manómetro Instrumento para mesurar la presión 1
Recipiente en el cual se depositara
5. Tanque 2
el agua
4
2
1
5
Gráfico 2. Esquema de las partes de la practica 2 de Presión con dos tanques iguales.
Practica 3:
3
ÁREA DE FÍSICA
6. Computadora Para realizar la práctica virtual en el 1
simulador Phet.
7. Calculadora Instrumento para realizar los cálculos 1
4
2
1
5
Gráfico 3. Esquema de las partes de la practica 3 de Presión con dos tanques de diferente magnitud.
Practica 4:
4
ÁREA DE FÍSICA
3
2
4
1
Practica 5:
2 3
5
ÁREA DE FÍSICA
C.MARCO TEÓRICO:
𝒉𝟏 𝒉𝟏
𝒔𝒊 𝒅𝑽 = 𝑨 ∗ 𝒅𝒉 ⇒ 𝑴 = ∫ 𝜹 ∗ 𝑨 ∗ 𝒅𝒉 ∴ 𝑴 = 𝑨 ∫ 𝜹 ∗ 𝒅𝒉
𝒉𝟎 𝒉𝟎
Peso específico (𝝈). Se define como la razón entre el peso de un cuerpo y su correspondiente volumen: 𝝈 =
𝑾/𝑽; en términos de diferenciales 𝝈 = 𝒅𝑾/𝒅𝑽
𝑾𝟏 𝑽𝟏 𝑽𝟏
𝒅𝑾 = 𝝈𝒅𝑽 ⇒ ∫ 𝒅𝑾 = ∫ 𝝈𝒅𝑽 ∴ 𝑾 = ∫ 𝝈 ∗ 𝒅𝑽
𝑾𝟎 𝑽𝟎 𝑽𝟎
𝒉𝟏 𝒉𝟏
𝒔𝒊 𝒅𝑽 = 𝑨 ∗ 𝒅𝒉 ⇒ 𝑾 = ∫ 𝝈 ∗ 𝑨 ∗ 𝒅𝒉 ∴ 𝑾 = 𝑨 ∫ 𝝈 ∗ 𝒅𝒉
𝒉𝟎 𝒉𝟎
𝑾 𝑴 𝑴𝒈
𝑺𝒊 𝝈 = ; 𝑾 = 𝑴𝒈 ; 𝜹 = ⇒ 𝝈= ∴ 𝝈 = 𝜹. 𝒈
𝑽 𝑽 𝑽
Unidades útiles:
1 Slug=32.2Lb; 1Lb=32.2Lb.pie/s2 ; 1 poundal=1Lb.pie/s2 ;1Lb=32.2 poundal;
1Lb=1slug.pie/s2
6
ÁREA DE FÍSICA
Tabla 6. Densidades y materiales.
Presión (P). Se define como la razón entre una fuerza (F) aplicada sobre una determinada área (A).
𝐹
𝑃 = ⇒ 𝐹 = 𝑃. 𝐴
𝐴
Presión hidrostática
En referencia a la presión en el seno de los líquidos tenemos que:
𝑊 𝜎𝐴ℎ
𝑃= ; 𝑊 = 𝜎𝑉 = 𝜎𝐴ℎ ⇒ 𝑃 = ; 𝑃 = 𝜎ℎ
𝐴 𝐴
Donde que 𝝈 es le peso específico del líquido y h es la altura de la columna del líquido hasta el punto en con-
sideración.
Presión manométrica
Es la presión exclusivamente producida por efecto del gas o del líquido.
Presión absoluta
Es la suma de la presión manométrica con la presión atmosférica.
𝑃𝑎𝑏 = 𝑃𝑚 + 𝑃𝑎𝑡
7
ÁREA DE FÍSICA
Gráfico 7. Presión (P).
Demostración
∑ 𝐹𝑦 = 0 ⇒ 𝐹 − 𝑊 − 𝐹𝑠 = 0 ⇒ 𝑃𝐴 − 𝜎 ∗ 𝑑𝑣 − (𝑃 + 𝑑𝑃)𝐴 = 0; 𝑑𝑣 = 𝐴𝑑𝑦
Ley de Pascal
“La presión aplicada a un fluido en reposo y encerrado, se transmite a todos los puntos que se encuentran a la
misma altura”.
D. ACTIVIDADES A DESARROLLAR
8
ÁREA DE FÍSICA
Utilizando el laboratorio virtual explicado y establecido en clases, realizar las siguientes activi-
dades:
Práctica 1:
❖ Selecciona la densidad del fluido, gravedad, cantidad de agua.
❖ Anota los valores seleccionados.
❖ Calcula la altura de la parte superior del líquido a la parte inferior del manómetro.
❖ Calcula el error porcentual
❖ Trabajar en el sistema métrico.
Práctica 2:
❖ Selecciona la densidad del fluido, gravedad
❖ Anota los valores seleccionados.
❖ Calcula la altura de la parte superior ala inferior del manómetro.
❖ Calcula el error porcentual.
❖ Trabajar en atmosferas.
Práctica 3:
❖ Selecciona la densidad del fluido, gravedad, y cuantas pesas se trabajara
❖ Coloca el manómetro a la altura de las pesas con la ayuda de la cuadricula y calcula la
altura de la altura,
❖ Calcula el error porcentual.
❖ Trabajar en el sistema inglés.
Práctica 4:
❖ Calcular el diámetro por donde entra y sale el líquido con ayuda de la ecuación de con-
tinuidad
Práctica 5:
❖ Determinar con la velocidad que sale y llega el agua al piso.
Realizar un cuestionario.
Sacar 2 conclusiones y 2 recomendaciones.
Bibliografía.
E. RESULTADOS OBTENIDOS
TABLA DE DATOS:
9
ÁREA DE FÍSICA
ENSAYO 1. Selecciona la densidad del fluido, gravedad, cantidad de agua y compara el resultado experimen-
tal con el valor que has calculado teóricamente.
Datos de entrada: 𝒈 = 𝟏𝟔. 𝟐 𝒎/𝒔𝟐 ; 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 = 𝟖𝟑𝟕 𝒌𝒈/𝒎𝟑 ; 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒂𝒕𝒎𝒐𝒔𝒇𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂 =
𝟏𝟔𝟕. 𝟓𝟏𝟓 𝒌𝑷𝒂 ; 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒂 = 𝟏𝟖𝟖. 𝟒 𝒌𝑷𝒂 ; 𝒉 = 𝟏. 𝟓𝟎 𝒎
10
ÁREA DE FÍSICA
Tabla 3. Tabla de Resultados Obtenidos
Altura experimental Altura teórica Error Porcentual
1.50 m 1.54 m 2.5 %
CÁLCULOS
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 − 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎
𝑃 = 𝜌∙𝑔∙ℎ
𝑃 20900 𝑃𝑎
ℎ= = 𝑘𝑔 𝑚
𝜌∙𝑔 (837 𝑚3 )(16.2 𝑠2 )
𝑘𝑔
𝑘𝑔 𝑚𝑠2
𝑃𝑎 = 𝑚𝑠2 ; 𝑘𝑔 𝑚 =𝑚
∙
𝑚3 𝑠2
𝒉 = 𝟏. 𝟓𝟒 𝒎
ℎ𝑒 × 100%
𝐸% = |100 − |
ℎ𝑡
1.50 × 100%
𝐸% = |100 − |
1.54
𝑬% = 𝟐. 𝟓%
ENSAYO 2. Selecciona la densidad del fluido, gravedad, cantidad de agua y compara el resultado experimen-
tal con el valor que has calculado teóricamente.
Datos de entrada: 𝒈 = 𝟔. 𝟑 𝒎/𝒔𝟐 ; 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 = 𝟏𝟐𝟐𝟐 𝒌𝒈/𝒎𝟑 ; 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒂𝒕𝒎𝒐𝒔𝒇𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂 =
𝟎. 𝟔𝟑𝟗𝟐 𝒂𝒕𝒎 ; 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒂 = 𝟎. 𝟕𝟏 𝒂𝒕𝒎 ; 𝒉 = 𝟎. 𝟗𝟓 𝒎
11
ÁREA DE FÍSICA
Gráfico 10. Ensayo de presión 2.
CÁLCULOS
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 − 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎
𝑃 = 𝜌∙𝑔∙ℎ
𝑃 7092.75 𝑃𝑎
ℎ= = 𝑘𝑔 𝑚
𝜌∙𝑔 (1222 𝑚3 )(6.3 𝑠2 )
𝑘𝑔
𝑘𝑔 𝑚𝑠2
𝑃𝑎 = 𝑚𝑠2 ; 𝑘𝑔 𝑚 =𝑚
∙
𝑚3 𝑠2
𝒉 = 𝟎. 𝟗𝟐 𝒎
ℎ𝑒 × 100%
𝐸% = |100 − |
ℎ𝑡
12
ÁREA DE FÍSICA
❖ 𝑃𝑎𝑟𝑎: ℎ𝑒 = 0.95 𝑚 ; ℎ𝑡 = 0.92 𝑚
0.95 × 100%
𝐸% = |100 − |
0.92
𝑬% = 𝟑. 𝟐%
ENSAYO 3. Selecciona la densidad del fluido, gravedad, cantidad de agua y compara el resultado experimen-
tal con el valor que has calculado teóricamente.
Datos de entrada: 𝒈 = 𝟔𝟓. 𝟔 𝒑𝒊𝒆𝒔/𝒔𝟐 ; 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 = 𝟒𝟒 𝒍𝒃/𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑 ; 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒂𝒕𝒎𝒐𝒔𝒇𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂 =
𝟐𝟗. 𝟗𝟖𝟒𝟖 𝒑𝒔𝒊 ; 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒂 = 𝟑𝟐. 𝟐𝟎 𝒑𝒔𝒊 ; 𝒉 = 𝟑. 𝟔𝟎 𝒑𝒊𝒆𝒔 ; 𝒑𝒆𝒔𝒂𝒔: 𝟓𝟎𝟎 𝒚 𝟐𝟓𝟎 𝒌𝒈
CÁLCULOS
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 − 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎
13
ÁREA DE FÍSICA
𝑝𝑖𝑒𝑠 𝑚
𝑔 = 65.6 2
= 19.99488 2
𝑠 𝑠
𝑙𝑏 𝑘𝑔
𝜌 = 44 3
= 704.812 3
𝑝𝑖𝑒𝑠 𝑚
𝑃 = 𝜌∙𝑔∙ℎ
𝑃 15237.41 𝑃𝑎
ℎ= = 𝑘𝑔 𝑚
𝜌∙𝑔 (704.812 𝑚3 )(19.99488 𝑠2 )
𝑘𝑔
𝑘𝑔 𝑚𝑠2
𝑃𝑎 = 𝑚𝑠2 ; 𝑘𝑔 𝑚 =𝑚
∙
𝑚3 𝑠2
𝟑. 𝟐𝟖𝟎𝟖𝟒 𝒑𝒊𝒆𝒔
𝒉 = 𝟏. 𝟎𝟖 𝒎 ∙ = 𝟑. 𝟓𝟒 𝒑𝒊𝒆𝒔
𝟏𝒎
ℎ𝑒 × 100%
𝐸% = |100 − |
ℎ𝑡
3.60 × 100%
𝐸% = |100 − |
3.54
𝑬% = 𝟏. 𝟔%
ENSAYO 4. Calcular el diámetro por donde entra y sale el líquido y compara el resultado experimental con el
valor que has calculado teóricamente.
Datos de entrada:
𝑣1 = 1𝑚/𝑠
𝑄 = 6988 𝑙/𝑠
𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 1000 𝑘𝑔/𝑚3
𝜌𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 = 988.9 𝑙𝑡/𝑚2 𝑠
𝐴1 = 7.1 𝑚2
𝑑1 = 3.05 𝑚
14
ÁREA DE FÍSICA
𝑣2 = 4.6 𝑚/𝑠
𝑄 = 6988 𝑙/𝑠
𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 1000 𝑘𝑔/𝑚3
𝜌𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 = 4756.7 𝑙𝑡/𝑚2 𝑠
𝐴2 = 1.5 𝑚2
𝑑2 = 1.35 𝑚
CÁLCULOS
𝑙𝑡 1𝑚3
𝑄 = 6988 ∙ = 𝟔. 𝟗𝟖𝟖 𝒎𝟑 /𝒔
𝑠 1000 𝑙𝑡
Ecuación de continuidad:
15
ÁREA DE FÍSICA
𝑣1 ∙ 𝐴1 = 𝑣2 ∙ 𝐴2
Ecuación del Caudal:
𝑄 = 𝑣1 ∙ 𝐴1
𝑄 = 𝑣2 ∙ 𝐴2
Diámetro de entrada:
𝑄 = 𝑣1 ∙ 𝐴1
𝑄 6.988 𝑚3 /𝑠
𝐴1 = = = 𝟔. 𝟗𝟖𝟖 𝒎𝟐
𝑣1 1 𝑚/𝑠
𝐴1 = 𝜋 ∙ 𝑟 2
𝐴1 6.988 𝑚2
𝑟=√ =√
𝜋 𝜋
𝑟 = 1.5 𝑚
𝑑1 = 2 ∙ 𝑟 = 2 ∙ (1.5)𝑚
𝒅𝟏 = 𝟑. 𝟎 𝒎
Cálculo del Error Porcentual:
𝑑𝑒 × 100%
𝐸% = |100 − |
𝑑𝑡
3.05 × 100%
𝐸% = |100 − |
3.0
𝑬% = 𝟏. 𝟔%
Diámetro de salida:
𝑄 = 𝑣2 ∙ 𝐴2
𝑄 6.988 𝑚3 /𝑠
𝐴2 = = = 𝟏. 𝟓 𝒎𝟐
𝑣2 4.6 𝑚/𝑠
𝐴2 = 𝜋 ∙ 𝑟 2
𝐴2 1.5 𝑚2
𝑟=√ =√
𝜋 𝜋
𝑟 = 0.7 𝑚
𝑑2 = 2 ∙ 𝑟 = 2 ∙ (0.7)𝑚
𝒅𝟐 = 𝟏. 𝟒𝟎 𝒎
16
ÁREA DE FÍSICA
Cálculo del Error Porcentual:
𝑑𝑒 × 100%
𝐸% = |100 − |
𝑑𝑡
1.35 × 100%
𝐸% = |100 − |
1.40
𝑬% = 𝟑. 𝟓%
ENSAYO 5. Determinar con la velocidad que sale y llega al piso el agua y compara el resultado experimental
con el valor que has calculado teóricamente.
Datos de entrada:
Salida:
𝑣 = 13.7 𝑚/𝑠
ℎ = 9.62 𝑚
𝑔 = 9.80 𝑚/𝑠 2
Llegada:
𝑣 = 21.5 𝑚/𝑠
ℎ = 23.86 𝑚
𝑔 = 9.80 𝑚/𝑠 2
17
ÁREA DE FÍSICA
Gráfico 13. Ensayo de la torre de agua
CÁLCULOS
Velocidad de salida del agua:
Aplicando el teorema de Torricelli:
𝑚2 𝑚
𝑣 = √2 ∙ 𝑔 ∙ ℎ √ =
𝑠2 𝑠
𝑚
𝑣 = √2 ∙ 9.80 ∙ 9.62𝑚
𝑠2
𝒗 = 𝟏𝟑. 𝟕𝟑 𝒎/𝒔
13.70 × 100%
𝐸% = |100 − |
13.73
𝑬% = 𝟎. 𝟐%
Velocidad de llegada del agua:
Aplicando el teorema de Torricelli:
𝑚2 𝑚
𝑣 = √2 ∙ 𝑔 ∙ ℎ √ =
𝑠2 𝑠
𝑚
𝑣 = √2 ∙ 9.80 2 ∙ 23.86𝑚
𝑠
𝒗 = 𝟐𝟏. 𝟔 𝒎/𝒔
18
ÁREA DE FÍSICA
𝑣𝑒 × 100%
𝐸% = |100 − |
𝑣𝑡
21.5 × 100%
𝐸% = |100 − |
21.6
𝑬% = 𝟎. 𝟒%
F. CUESTIONARIO:
Cuál es la presión en Pascales a una profundidad de 1 m debajo de la superficie del
agua?
a) 98100 Pa
b) 980Pa
c) 98 Pa
d) 1 Pa
Es la suma de los pesos en la parte superior de la superficie del agua. En este caso, es el
peso de la atmosfera y el agua por encima de 1m.
15 bar equivalen a…………………….. Pascales.
a) 105 𝑃𝑎
b) 1.5 ∙ 106 𝑃𝑎
c) 100 𝑃𝑎
d) 100 Pa
El bar es la unidad métrica de presión, pero no cae dentro de las unidades SI. Un bar es
exactamente igual a 100,000 Pascales.
La presión en cualquier punto dado de un fluido que no se mueve se llama….
a) Presión manométrica
b) Presión atmosférica
c) Presión diferencial
d) Presión hidrostática
La presión hidrostática varía con el aumento de la profundidad. La presión hidrostática se
mide desde la superficie del fluido debido al incremento de peso.
El dispositivo utilizado para medir la presión del fluido es….
a) Higrómetro
19
ÁREA DE FÍSICA
b) Calorímetro
c) Manómetro
d) Termómetro
El manómetro es el dispositivo de medición más preferido ya que la presión se mide por la
diferencia en las alturas de las columnas del manómetro.
Qué tipo de líquidos se mide con un manómetro?
a) Líquidos pesados.
b) Líquidos medios.
c) Líquidos ligeros.
d) Líquidos pesados y ligeros.
La medición del líquido es un manómetro se realiza a través de presiones diferenciales equili-
brando el peso. Por lo tanto es más fácil el manómetro medir líquidos de menor densidad que
lo más pesados.
Como medimos el caudal de un líquido?
a) Método de Coriolis
b) Método de peso muerto
c) Método del transportador
d) Método de ionización
Es una aplicación de la Ley de Newton
La ecuación de Bernoulli en dinámica de fluidos es válida para…….
a) Flujos comprensibles
b) Flujos transitorios
c) Flujos continuos
d) Flujos viscosos
El teorema de Bernoulli solo es válido para flujos ideales, constantes, incomprensibles, conti-
nuos, invisibles e irrotacionales.
Un agua fluye a través de una tubería a una velocidad de 2 m/s. La lectura del manómetro
es de 2 bar. La altura de referencia se da de 2 m. Encuentra la cabeza piezometrica.
a) 22.4 m
b) 22.6 m
c) 20.4 m
d) 20.6 m
20
ÁREA DE FÍSICA
La cabeza piezometrica es la adición de la cabeza de presión y la cabeza de referencia la carga
de presión viene dada por P/pg=20.4 m. La altura de referencia es de 2 m, lo que hace un total
de 22,4 m.
Un estudiante desea encontrar la velocidad del aire que fluye a través de una tubería.
Tiene un medidor de presión que muestra solo la presión dinámica. El manómetro lee
0.018 mmHg. Suponga que la densidad del aire es 1.225 kg/m, encuentre la velocidad v
del aire (pHg=13600 kg/m)
a) 4 m/s
b) 2 m/s
c) 20 m/s
d) 40 m/s
(0.018 mmHg*13.6*9.8)=2.4 bar, v = 2 m/s
G. CONCLUSIONES:
Se logró comprender los conceptos de presión hidrostática, el principio de Arquímedes entre
otros.
Observamos el comportamiento de la presión en los fluidos en diferentes superficies.
H. RECOMENDACIONES:
Tener conocimientos previos del tema para mayor comprensión y poder aplicar de una manera
correcta los principios como las formulas.
Realizar bien los cálculos y poner en las mismas unidades de medidas para no obtener un error
porcentual grande.
I. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
https://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_en_tuber%C3%ADa
http://dspace.unach.edu.ec/bitstream/51000/2417/2/UNACH-IPG-LIN-ING-2015-ANX-005.1.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=qDgKjZdAHcY
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/fluid-pressure-and-flow/latest/fluid-pressure-and-flow.html?simulation=fluid-
pressure-and-flow&locale=es
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ÁREA DE FÍSICA
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ÁREA DE FÍSICA