Practicas de-lab
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Este documento describe un experimento para determinar la curva característica de una bomba mediante la medición del flujo volumétrico a diferentes alturas de salida de la bomba y la manguera. Se realizaron 8 pruebas variando la altura y midiendo el tiempo que tardaba un volumen conocido de agua en pasar a través de la bomba. Los resultados se utilizaron para graficar el flujo volumétrico en función de la altura y obtener la curva característica de la bomba.
Practicas de-lab
- 1. Instituto Tecnológico de Mexicali Practica: Ley de stokes Materia: Laboratorio integral I Profesor: Norman Rivera Pasos Fecha: 16 de septiembre del 2015 Integrantes: García Aguilera Paulina Martínez Moreno Miroslava Meza Green Leonardo Alfonso Navarro Orrantia Alicia Meza Alvarado Jair Alexis García Flores Víctor Emmanuel Amador Liera Karen Esperanza Ceballos Soto Alexandra
- 2. INTRODUCCION Flujo reptante (Ley de Stokes) En esta práctica se buscara determinar la velocidad de caída de un objeto en relación al peso del mismo y a la viscosidad del medio en el que se desplaza, en este caso se utilizaran las sustancias jabón líquido, y miel de abeja, y los objetos que se dejaran caer serán 3 canicas de diferentes diámetros dentro de una probeta con las 2 sustancias antes mencionadas, se contara el tiempo que duren en bajar utilizando una probeta para cada sustancia , se tomara el tiempo con un cronometro , después se medirá el diámetro de las 3 diferentes canicas y finalmente de acuerdo a los datos que se obtengan se aplicaran las formulas indicadas para obtener los resultados. Se utilizara la Ley de Stokes que se define con la siguiente forma: Empuje= 6 πr esfera µv Siendo r esfera= el radio de la esfera V= la velocidad de la esfera µ= viscosidad dinámica -
- 3. Marco Teórico La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. La condición de bajos números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por una velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas condiciones la resistencia que ofrece el medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo. La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y condiciones. Si las partículas están cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede calcularse su velocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de fricción con el peso aparente de la partícula en el fluido. La ley de Stokes es el principio usado en los viscosímetros de bola en caída libre, en los cuales el fluido está estacionario en un tubo vertical de vidrio y una esfera, de tamaño y densidad conocidas, desciende a través del líquido. Si la bola ha sido seleccionada correctamente alcanzará la velocidad terminal, la cual puede ser medida por el tiempo que pasa entre dos marcas de un tubo. A veces se usan sensores electrónicos para fluidos opacos. Conociendo las densidades de la esfera, el líquido y la velocidad de caída se puede calcular la viscosidad a partir de la fórmula de la ley de Stokes. Para mejorar la precisión del experimento se utilizan varias bolas. La técnica es usada en la industria para verificar la viscosidad de los productos, en caso como la glicerina o el sirope. Material *3 vasos de precipitado o pipetas *canicas de diferentes diámetros *cronometro *Miel, aceite de cocina, aceite de bebe
- 4. Análisis La ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos número de Reynolds. La ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas moviéndose a velocidades bajas. Un cuerpo que cumple la ley de Stokes se ve sometido a dos fuerzas que es la fuerza gravitatoria a fuerza de arrastre, donde en el momento que ambas se igualan su aceleración se vuelve nula su velocidad constante. En esta práctica consideramos el flujo de un fluido incomprensible alrededor de una esfera solida de radio R y diámetro D. El fluido tiene una densidad y una viscosidad, donde se aproxima a la esfera fija ascendiendo verticalmente en la dirección z con una velocidad∞. El flujo reptante = Re = 𝐷 𝑉∞ 𝜌 𝜇 < .1 El régimen del fluido se caracteriza por la ausencia de formación de remolinos corriente abajo a partir de la esfera. Se determinó la viscosidad de una sustancia con respecto a la velocidad con la que desciende un objeto sumergido dentro de la misma, así como su fuerza de fricción, y se observó el comportamiento del objeto sumergido en la sustancia. Sustancia Densidad Aceite Vegetal 870 kg/𝑚3 JabónLiquido 1261 Kg/𝑚3 Miel 1400 Kg/𝑚3 Se utilizóunacanica,de lacual se midióel diámetro,tambiénse pesóyacon estosdatos obtenidosutilizamosestafórmula: Volumen=(4/3)(𝜋)(R)3 La cual nos sirvió paradeterminarel volumenyasí mismopodercalcularladensidad. CalculandoVolumen Volumen=(4/3)(π)(.0085)3
- 5. Volumen =2.52 x 10 -6 m3 Calculandola densidad ρ = m v ρ = 0.02078Kg 2.52 𝑥 10−6 𝑚3 ρ=8246.03 Kg/m3 Distancia17cm CalculandoVelocidades Miel V = d t V = .17𝑚 2.75𝑠 V=.0618m/s Jabón V= .17𝑚 1 𝑠𝑒𝑔 V=.17m/s Aceite V= .17𝑚 .51𝑠𝑒𝑔 V=.33m/s CalculandoViscosidad ViscosidadMiel Canica Peso(Kg) Radio(m) Densidad(Kg/𝑚3) ColorAmarila .02078 .0085 8246.03
- 6. V= (4/3)(𝜋)(.0075m)3 V=1.76 x 10-6 m3 µ= 2 9 R2 (𝜌s−𝜌)g/Vt µ= 2 9 (.0085)2(8246.03−1400𝐾𝑔/𝑚3)(9.81𝑚/𝑠2) 0.0618𝑚/𝑠 µ=17.67 Poises ViscosidadJabon µ= 2 9 R2 (𝜌s−𝜌)g/Vt µ= 2 9 (.0085)2(8246.03−870𝐾𝑔/𝑚3)(9.81𝑚/𝑠2) 0.17𝑚/𝑠 µ= 6.83 Poises ViscosidadAceite µ= 2 9 R2 (𝜌s−𝜌)g/Vt µ= 2 9 (.0085)2(8246.03−1261𝐾𝑔/𝑚3)(9.81𝑚/𝑠2) 0.33𝑚/𝑠 µ= 3.33 Poises Numero de Reynolds Miel • 𝑅𝑒 = (.0085𝑚)( .0619𝑚 𝑠 )(1400 𝑘𝑔 𝑚3) 17.67𝐾𝑔𝑚/𝑠 • 𝑅𝑒 =.0416
- 7. Jabón Líquido • 𝑅𝑒 = (.0085𝑚)( .33𝑚 𝑠 )(1261 𝑘𝑔 𝑚3) 6.83𝐾𝑔𝑚/𝑠 • 𝑅𝑒 =0.5170 Aceite Vegetal • 𝑅𝑒 = (.0085𝑚)( .27𝑚 𝑠 )(870 𝑘𝑔 𝑚3) 3.33𝐾𝑔𝑚/𝑠 • 𝑅𝑒 =0.599 La fuerzatotal del fluidosobre laesferaestádadapor la sumade las ecuaciones 𝐹 = 4 3 𝜋𝑅3 𝜌𝑔 + 2𝜋𝜇𝑅𝑣∞ + 4𝜋𝜇𝑅𝑣∞ F = Fuerzade flotación+ Resistenciade Forma+ Resistenciade Fricción F = 𝐹𝑏 + 𝐹𝑘 = 4 3 𝜋𝑅3 𝜌𝑔 + 6𝜋𝜇𝑅𝑣∞ F = 𝐹𝑏 + 𝐹𝑘 = Fuerzade flotación+fuerzacinética 𝐹𝑘 = 6𝜋𝜇𝑅𝑣∞ Miel 𝐹𝑘 = 6𝜋𝜇𝑅𝑣∞ 𝐹𝑘 = 6𝜋(17.67𝐾𝑔𝑚/𝑠)(.0085𝑚)( 0.0619𝑚 𝑠 ) 𝐹𝑘 = 0.1752N JabónLíquido 𝐹𝑘 = 6𝜋𝜇𝑅𝑣∞ 𝐹𝑘 = 6𝜋(6.83𝐾𝑔𝑚/𝑠)(.0085𝑚)( 0.17𝑚 𝑠 ) 𝐹𝑘 = 0.1860N
- 8. Aceite Vegetal 𝐹𝑘 = 6𝜋𝜇𝑅𝑣∞ 𝐹𝑘 = 6𝜋(3.33𝐾𝑔𝑚/𝑠)(.0085𝑚)( 0.33𝑚 𝑠 ) 𝐹𝑘 = 0.1760N Resultados Resultados de la bomba semi-sumergible Conclusiones Flujo reptante: En esta práctica pudimos comparar el movimiento de un objeto esférico en diferentes fluidos y en base a ciertas variables como la viscosidad y densidades, cuando el radio de las canicas utilizadas en la práctica cambiaban la viscosidad de gran manera, pero las veces que se repitió el experimento con la misma canica los valores eran casi constantes con ligeras variaciones debidas a error humano. Prueba Volumen (m3 ) Tiempo (s) Flujo volumetrico (m3/s ) hA(m) Altura de salida de bomba(m) Altura de salida de manguera(m) 1 0.001 8.61 1.16E-04 0.17 0.06 0.23 2 0.001 8.12 1.23E-04 0.18 0.06 0.24 3 0.001 8.03 1.24E-04 0.19 0.06 0.25 4 0.001 8.00 1.25E-04 0.20 0.06 0.26 5 0.001 8.00 1.25E-04 0.21 0.06 0.27 6 0.001 8.22 1.22E-04 0.24 0.06 0.30 7 0.001 7.67 1.30E-04 0.28 0.06 0.34 8 0.001 7.21 1.39E-04 0.30 0.06 0.36
- 9. 0.17 0.17 0.18 0.18 0.19 0.19 0.20 0.20 0.21 1.14E-04 1.16E-04 1.18E-04 1.20E-04 1.22E-04 1.24E-04 1.26E-04 Series1
- 10. Instituto Tecnológico de Mexicali Practica: Curva característica de la bomba Materia: Laboratorio integral I Profesor: Norman Rivera Pasos Fecha 16 de septiembre del 2015 Integrantes: García Aguilera Paulina Martínez Moreno Miroslava Meza Green Leonardo Alfonso Navarro Orrantia Alicia Meza Alvarado Jair Alexis García Flores Víctor Emmanuel Amador Liera Karen Esperanza Ceballos Soto Alexandra
- 11. INTRODUCCIÓN En esta práctica se buscara encontrar la curva característica de una bomba operando es decir en función, primero se utilizara una bomba con una manguera de un determinado tamaño, la cual tendrá un fluido que es agua, se utilizara la bomba una determinada cantidad de veces utilizando un cronometro para considerar el flujo que ocurre durante un lapso de tiempo, y una vez obtenidas las mediciones en un determinado número de lapsos se utilizaran los datos para obtener la gráfica de una curva característica de una bomba. Marco Teórico La Curva Característica de una Bomba Centrífuga, es un gráfico que representa la relación única de Carga – Caudal que garantiza la Bomba a determinada velocidad de rotación de su impulsor. El impulsor o rodete de una Bomba Centrífuga es el componente que, a través de su rotación a altas velocidades, incrementa la velocidad del fluido generando a la vez el incremento de la energía cinética en el fluido bombeado (produciendo el incremento de presión buscado con el uso del Equipo de Bombeo). Las características geométricas (forma, tipo y tamaño) del impulsor son las que definen la Curva Característica de una Bomba Centrífuga. De esta forma, los fabricantes de las Bombas para Agua y otros productos, suelen generar para cada uno de sus modelos, Catálogos desde los cuales el diseñador de las Estaciones de Bombeo, pueda seleccionar la Curva Característica de una Bomba Centrífuga en función del punto de operación de la instalación en la que ésta se dispondrá. Quizá la consideración más importante es que, dado que la Curva Característica de una Bomba Centrífuga representa una relación única de Caudal-Altura, el punto de operación de la instalación en la que ésta se emplace tendrá que “adaptarse” a lo que establezca dicha Curva. Material *Vaso precipitado de 500ml *Vaso de precipitado de 300ml *Manguera *2 Bases universales y pinzas
- 12. *Embudo *Mucho pulmón Procedimiento Análisis Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándola desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión, en esta práctica se utilizaron dos bombas con una diferencia de altura de la entrada y salida del agua de la bomba, se midieron las alturas para encontrar hA , y el tiempo de los cuales con estos datos obtuvimos el flujo volumétrico, los datos nos daban muy cercanos a pesar de diferentes alturas ,pero las velocidades eran lentas , rápidas y otra vez lentas debido a que se trata de una curva característica, ya que si fueran se menor a mayor se tratara de una recta. Resultados Altura Litros Tiempo Observaciones Tiempo ( 2do intento) Potencia de la bomba Corriente Voltaje 42 cm 2 19.96s - Margen de la bomba - Manguera doblada 20.08s 168 1.4 amp 120 45cm 2 20.70s -Margen de la bomba -Manguera doblada 20.26s 168 1.4 amp 120 47cm 2 21.98s -Margen de la bomba -Manguera doblada 18.95s 168 1.4 amp 120 49cm 2 19.78s -Margen de la bomba 19.21s 168 1.4 amp 120 51cm 2 19.99s -Marguen de la bomba 18.51s 168 1.4 amp 120
- 13. 53cm 2 19.21s 19.21s 168 1.4 amp 120 55cm 2 19.01s 19.01s 168 1.4 amp 120 57cm 2 20.55s 20.5s 168 1.4 amp 120 volumen tiempo Flujo volumétrico Altura 0.002 20.08 9.96016E-05 0.42 0.002 20.26 9.87167E-05 0.45 0.002 18.95 0.000105541 0.47 0.002 19.21 0.000104112 0.49 0.002 18.51 0.00010805 0.51 0.002 19.21 0.000104112 0.53 0.002 19.09 0.000104767 0.55 0.002 20.5 9.7561E-05 0.57 Pruebas Volumen Tiempo Q ha A.S.B. A.S.M. 1 0.002 20.26 9.87E-05 0.39 0.03 0.42 2 0.002 18.95 1.06E-04 0.41 0.03 0.44 3 0.002 19.21 1.04E-04 0.43 0.03 0.46 4 0.002 18.51 1.08E-04 0.45 0.03 0.48 5 0.002 19.21 1.04E-04 0.47 0.03 0.5 6 0.002 19.09 1.05E-04 0.49 0.03 0.52 7 0.002 20.5 9.76E-05 0.51 0.03 0.54
- 14. Conclusiones Curva características: En este experimento pudimos observar como el caudal cambiaba conforme a la altura y así los datos iban cambiando de manera en que al momento de graficar se podía observar la curva que si bien no era perfecta como en la literatura se podía observar fácilmente el cambio que sufría el caudal con respecto a la altura. 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.000098 0.0001 0.000102 0.000104 0.000106 0.000108 0.00011 Series1