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Laboratorio 11Hidrodinámica
Objetivos:
Dr. Willy H. GerberInstituto de Fisica
Universidad AustralValdivia, Chile
Aplicar los conceptos de hidrodinámica.
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Repaso
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Repaso & Complemento(aspectos de turbulencia son complementarios)
Conceptos y Ecuaciones que debemos dominarpara poder aprovechar el laboratorio
Asista a clase teórica para comprender el significado de los conceptos y ecuaciones!!!!
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Repaso
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Numero de Reynold [-]Densidad medio [kg/m3]Distancia característica [m]Velocidad relativa [m/s]Viscosidad medio [Pa s]
Dos tipos de corrientes:“laminar” “turbulento”
Re < 20 Re > 2000
Re < 2000 Re > 4000
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Repaso
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Re < 20 Re > 2000
Fuerza de resistencia
Fuerza de resistencia [N]Radio de la esfera [m]Viscosidad del medio [Pa s]Velocidad relativa [m/s]
Fuerza de resistencia [N]Coeficiente de resistencia [-]Perfil del cuerpo (esfera ) [m2]Densidad del medio [kg/m3]Velocidad relativa [m/s]
“laminar” “turbulento”
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Repaso
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Velocidad [m/s]Radio del tubo [m]Viscosidad del medio [Pa s]Radio [m]Largo del tubo [m]Variación en presión [Pa]Volumen transportado [m3]Tiempo transcurrido [s]
Perfil de velocidad en tubo
Ancho de capa de borde [m]Densidad del medio [kg/m3]Velocidad media [m/s]
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Repaso
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Conservación del liquido (valido en caso de turbulencia considerando promediostemporales por efecto de variaciones de la velocidad)
“laminar” “turbulento”
Secciones [m2]Velocidades promedio en la sección [m/s]Densidades promedioen la sección [kg/m3]
Secciones [m2]Velocidades promedio en la sección y en el tiempo [m/s]Densidades promedio en la sección y en el tiempo [kg/m3]
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Repaso
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Ecuación que describe el flujo
“laminar” “turbulento”
Modelo que describaun flujo turbulento
$ 1,000,000.-
Ecuación de Bernoulli
Densidad del medio [kg/m3]Velocidad [m/s]Presión [Pa]Aceleración gravitacional [m/s2]Profundidad [m]Posición [m]
Nota: Bernoulli solo aplica para líquidos/gases incompresibles y en que la viscosidad es despreciable.
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Misión
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¿Cuál la velocidad con que se vacía un envase?- ¿Qué empuje actúa sobre un cuerpo sumergido?
- ¿Cómo funciona un densímetro?- ¿Cómo se mide la presión sanguínea?
Misión
Estudiar el flujo de un liquido y la fuerza de resistencia que experimenta un objeto inmerso
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Guía
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1. Fuerza de Stokes
Ayuda:
- obtenga la ecuación de la fuerza gravitacional sobre la bolita en función de la densidad del vidrio (analítico)- obtenga la ecuación del empuje del liquido sobre la bolita (analítico)- obtenga la ecuación de la fuerza de resistencia- obtenga la fuerza total (analítico)- mida la velocidad en tres segmentos iguales de la probeta (medición)- escoja aquel segmento en que la velocidad no varia (análisis)- aplique para este caso la ecuación de la fuerza total para calcular la viscosidad del liquido (calculo). Asuma:
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Guía
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2. Establecer la ecuación de vaciado del estanque
Ayuda:
- escriba la ecuación de Bernoulli en la superficie del estanque (analítica) - escriba la ecuación de Bernoulli a la altura de la salida (analítica) - escriba la ecuación de Bernoulli en el orificio de salida (interior) (analítica) - escriba la ecuación de continuidad entre la superficie y la altura del orificio (analítica)- escriba la ecuación de continuidad entre la altura del orificio y el orificio mismo (analítica)- obtenga la ecuación de velocidad en la parte superior en función de la del orificio (analítica) - obtenga la ecuación de velocidad media en el orificio en función de la altura de la columna (analítica)
Datos se proveerán durante la medición en el Lab.
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Guía
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3. Calcular Ayuda:- obtenga la ecuación de velocidad en el orificio para el caso que el radio de la columna fuese infinito (ley de Torrichelli) (analítica) - obtenga la ecuación de la altura sobre la que trabajará (calculo)- derive la ecuación para obtener la velocidad (analítica)- obtenga las constantes A, B y C de las ecuaciones derivadas anteriormente (analítica)- compare los A, B y C calculados con los medidos (calculo)- grafique la curva de altura vs tiempo (calculo)- grafique la curva de la velocidad en la columna vs tiempo (calculo)- grafique la curva de la velocidad en el orificio vs tiempo (calculo)- ¿en que rango esta el numero de Reynold en la columna? ¿Que significa esto? (calculo)- ¿en que rango esta el numero de Reynold en el orificio? ¿Que significa esto? (calculo)
A=0.000007 m/s2B=-0.00254 m/sC=0.2403 m
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Configuración
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Configuración
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Viscosidad del medio
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Viscosidad del medio
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Viscosidad del medio
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Ecuación de Bernoulli
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Ecuación de Bernoulli
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Ecuación de Bernoulli
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Ejecutar Programa
Mover el objeto marcado para versi la cámara lo detecta
Ejecutar VideoCom Movimientos. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:
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Setear VideoCom
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