INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD TICOMAN
Dinámica de Fluidos Práctica 2: Medición de presión total, presión estática y presión dinámica Prof. Laboratorio: Daniel Lara Fabela Prof. Teoría: Tiburcio Fernández Roque Grupo: 4AM1 Turno: Matutino Integrantes: Hernández Gómez Alejandro Rojas Falcón David Silva Flores Carlos
Calificación: _______
Practica No 2 Medición de presión total, presión estática y presión dinámica Objetivo: Usar un tubo Pitot para determinar la pre sión total, la presión estática y la presión dinámica en un flujo de aire a diferentes velocidades a lo largo de un ducto de sección t ransversal variable y otro de sección transversal constante para comparar los valore s obtenidos con los valores teóricos dados por la ecuación de continuidad
Condiciones Ambientales:
Temperatura ambiente: 19.7°C
Presión barométrica: 589 mmHg
Humedad Relativa: 58%
Densidad del aire: 0.926095 kg/m3
Consideraciones teóricas El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica(1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres comp onentes: 1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. 2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un f luido posea. 3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.
Donde:
= velocidad del fluido en la sección considerada. = densidad del fluido.
= presión a lo largo de la línea de corriente.
= aceleración gravitatoria
= altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:
Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.
Caudal constante
Flujo incompresible, donde ρ es constante.
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente.
Figura 1. Esquema del Principio de Bernoulli
Tubo Pitot El tubo de Pitot se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica). dinámica). Lo inventó el ingeniero francés Henri Pitot en 1732. Lo modificó Henry Darcy, en 1858. Se utiliza mucho para medir la velocidad del viento en aparatos aéreos y para cuantificar las velocidades de aire y gases en aplicaciones industriales. Mide la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo, no la media de la velocidad del viento.
Figura 2. Sección Transversal del tubo Pitot
Desarrollo Para esta práctica fueron utilizados varios instrumentos, como el tubo Pitot (Fig.1), el cual es un instrumento que se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica). Mide la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo, no la media de la velocidad del viento.
Fig.1.- Tubo Pitot
También se utilizó un generador de viento (Fig.2), del cual ya se conoce su funcionamiento y su objetivo, que es ayudar en el estudio de los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos sólidos. Con esta herramienta se simulan las condiciones que experimentará el objeto de la investigación en una situación real.
Fig.2.- Generador de viento conectado a un manómetro Otros instrumentos utilizados en esta práctica fueron los fondos inclinado y plano para túnel de viento, con el fin de realizar las mediciones en diferentes puntos y con un área de la sección transversal del túnel variable.
Además se utilizaron mangueras para conectar el tubo Pitot con el manómetro diferencial (Fig.3), el cual es un instrumento es un dispositivo que mide la diferencia de presión entre dos lugares. Los manómetros estándar se utilizan para medir la presión en un recipiente por comparación con la presión atmosférica normal. Estos dispositivos también se utilizan para comparar la presión de dos recipientes diferentes. Revelan cuál recipiente tiene una mayor presión y qué tan grande es la diferencia entre los dos.
Fig.3.- Manómetro Para realizar la práctica se llevó a cabo el reconocimiento del equipo, se tomaron medidas de presión atmosférica, temperatura y humedad relativa (Fig.4 y Fig.5); posteriormente se inició la realización de los experimentos.
Fig.4.- Toma de la temperatura y
Fig.5.- Toma de la presión atmosférica
humedad relativa El primer experimento consistía en medir las presiones estática, dinámica y total en el tubo con un fondo plano. Las mediciones se llevaron a cabo con el manómetro diferencial,
conectando la manguera que tiene la entrada paralela al flujo con el manómetro para medir la presión total (Fig.6), la manguera con el orificio perpendicular al flujo para medir la presión estática, así como conectar ambas mangueras para medir la presión dinámica y la velocidad del fluido. Estas mediciones se realizaron en varios puntos a lo largo del túnel de viento de acuerdo a la escala utilizada, con ayuda del carro soporte.
Fig.6.- Conexión del manómetro El segundo experimento consistió en la toma de presiones y vel ocidades en diferentes puntos al igual que en el primero, solo que en este experimento la sección por la que pasaba el aire era una sección variable debido a un plano inclinado. Se realizaron las mediciones de la misma manera que en el primer experimento. Para finalizar, se tomaron las medidas de presión, temperatura y humedad relativa, con el fin de tener parámetros para el cálculo de la densidad del aire en estas condiciones
Cuestionario 1.- Explique a que se deben las diferencias entre los resultados teóricos y los experimentales: R.- En los manómetros hay error en la medición de la velocidad, ya que la variación de la velocidad depende de propiedades como la viscosidad del fluido, la temperatura, la densidad del fluido, y en la ecuación de continuidad en la que se calcula el fl ujo caudal (A*v) que es utilizada en los manómetros, solo se considera el área y la velocidad del fluido, excluyendo las propiedades antes mencionadas 2.- ¿Cuál es la diferencia entre trabajar con un manómetro inclinado con respecto a uno vertical? R.- Se utiliza un manómetro inclinado y no uno vertical con el fin de poder medir cambios en la presión menores que en un manómetro vertical. 3.-Explique por qué la escala de velocidad del manómetro diferencial utilizado en los experimentos no se puede usar directamente. ¿qué correcciones y por qué se deben efectuar a esta escala? R.-La velocidad de un fluido no se puede medir directamente con el manómetro, ya que la velocidad del fluido depende de la vi scosidad, la densidad, la temperatura y el manómetro considera una variación lineal debida solamente al flujo caudal. Para poder realizar la medición de la velocidad, deben tomarse en cuenta estas variables 2
4.-Un tubo Pitot indica una presión dinámica igual a 8820 N/m ¿Cuál es la velocidad del flujo en km/h? R.-La velocidad teórica del fluido calculada con la ecuación de la presión dinámica:
√ 3
Considerando la densidad del aire ρ=0.9345kg/cm (valor calculado de acuerdo a los valores de presión, temperatura y humedad relativa durante la práctica). La velocidad del fluido es V=137.39m/s
5.- Un tubo Pitot que incluye orificios para presión estática como el que se utilizó en los experimentos se llama tubo Pitot estático, pero, ¿qué sucede si la toma de presión estática se separa del tubo y se coloca en otro punto de la corriente de fluido? Al realizar el cálculo de velocidad, ¿qué velocidad obtendremos? ¿la velocidad en donde se
encuentre el tubo Pitot (es decir, la l a toma de presión total) o la velocidad donde se encuentra la presión estática? Explique y fundamente. R.- Si la toma de presión estática se separa del tubo, se obtendrá la velocidad en ese punto de la corriente de flujo, ya que este no mide la media de la velocidad.
Cálculos y Resultados:
Sección Transversal Constante Constante
Posición
Presión Total (N/m2)
Presión Estática (N/m2)
Presión Dinámica calculada (N/m2)
Presión Velocidad Dinámica del viento leída (N/m2) (m/s)
A B C D E F
14 15 17 18 20 20
-15 -14 -14 -15 -15 -15
29 29 31 32 35 35
29 28 28 31 33 33
7.9138 7.7761 7.7761 8.1821 8.4419 8.4419
Sección Transversal Variable
Posición
Área (m2)
Presión Total (N/m2)
Presión Estática (N/m2)
Presión Dinámica calculada (N/m2)
Presión Dinámica leída (N/m2)
Velocidad del viento (m/s)
A B C D E F
0.020 0.019 0.018 0.017 0.016 0.015
45 46 47 49 50 50
30 29 27 23 21 16
15 17 20 26 29 34
25 26 30 35 40 44
7.3477 7.4933 8.0491 8.6940 9.2943 9.7479
Comparación de resultados teóricos con experimentales
Se observa la variación de las velocidades teóricas y experimentales debido a las consideraciones en las propiedades del fluido, f luido, considerándolo como un fluido ideal.
Posición A Velocidad 7.3477 experimental (m/s) Velocidad 7.3477 teórica (m/s)
B
C
D
E
F
7.4933
8.0491
8.6940
9.2943
9.7479
7.7555
8.2121
8.7253
9.3070
9.9718
Conclusiones Rojas Falcón David
El tubo Pitot es un instrumento que mide diferentes presiones, con las que se puede determinar la velocidad del viento en un punto. Este instrumento es de suma importancia en los aviones para determinar la velocidad del viento, factor fundamental de una aeronave en pleno vuelo. La variación de la velocidad depende de las propiedades del fluido y no solo del ducto y su flujo, estas algunas veces se desprecian para simplificar ciertos cálculos ya que nos da valores muy aproximados a los reales. Silva Flores Carlos
Con esta práctica se pudo observar el funcionamiento del tubo Pitot, y su utilidad para determinar presiones como la estática, la presión total y la dinámica, esto al momento de conectar el tubo a un manómetro. Además se pudo observar la variación de la velocida d del fluido, y que no es de manera lineal considerando solamente el flujo caudal, sino que hay que considerar otras propiedades del fluido como su densidad o su viscosidad, ya que se puede medir una velocidad diferente en cada punto de la sección transversal del generador de viento.
