Experiencia c208 Juan Ceballos

5/24/2018 Experiencia c208 Juan Ceballos

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera MecnicaSANTIAGO

TITULO DE LA EXPERIENCIA

__________________ Medicin de flujo compresible bajo rgimen subsnico y supersnico en toberas____________________EXPERIENCIA N ____4_____Grupo N___L1___Fecha de la Exp______24/04/2014_____ Fecha de Entrega ___01/05/2014_

NOMBRE ASIGNATURA___________Laboratorio General I_________________________CODIGO__15028___CARRERA__________Ingeniera Civil Mecnica________________Modalidad (Diurna o Vespertina)_______Diurno__________

NOMBRE DEL ALUMNO_______Ceballos______________Olivares______________ Juan Pablo_________________Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

________________________Firma del alumno

Fecha de Recepcin

Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor ___________Claudio Velsquez_________

Nota de Participacin ________________

Nota de Informe _____________________________________________________

Nota Final __________________ ______ ________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentacin ________ Clculos, resultados, grficos________ Caractersticas Tcnicas ________Discusin, conclusiones

________ Descripcin del Mtodo seguido _______ ApndiceOBSERVACIONES


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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERADepartamento de Ingeniera MecnicaIngeniera Civil en Mecnica

Medicin de flujo

compresible bajo rgimen

subsnico y snico en

toberasExperiencia C208

Juan Pablo Ceballos OlivaresSr. Claudio VelsquezLaboratorio General I

Diurno01-05-2014


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1 Tabla de contenido2 Objetivos del trabajo ...................................................................................................................................................

2.1 Objetivos especficos ..........................................................................................................................................

3 Caractersticas de los equipos e instrumentos utilizados ..........................................................................................3.1 Tobera corta ......................................................................................................................................................

3.2 Termocupla de inmersin ...................................................................................................................................

3.3 Termmetro digital ..............................................................................................................................................

4 Presentacin de datos obtenidos ..............................................................................................................................

5 Desarrollo de clculos realizados ..............................................................................................................................

5.1 Determinacin densidad y peso especfico, aire y agua. ...................................................................................

Aire ................................................................................................................................................................................

Agua ..............................................................................................................................................................................5.2 Parmetros adimensionales ...............................................................................................................................

6 Comentarios experiencia ............................................................................................................................................

7 Conclusiones ..............................................................................................................................................................

8 Bibliografa ..................................................................................................................................................................

9 Anexo ........................................................................................................................................................................


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2 Objetivos del trabajoFamiliarizarse con el anlisis, operacin y funcionamiento de toberas para flujo compresible

2.1 Objetivos especficos Calibracin de toberas para medicin de flujo compresible

Medicin de distribucin de presiones de toberas.

Generacin de ondas de choque en el interior de toberas.


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3 Caractersticas de los equipos e instrumentos utilizados3.1 Tobera cortaPara esta experiencia se utiliz el equipo medidor y regulador de flujo mediante diferencias de presiones Plint & PartnLTD.

Posee vlvulas de cierre e indicador de presiones, tanto para la entrada como para la salida.

Figura 1

3.2 Termocupla de inmersinInstrumento que se conecta a un termmetro digital para registrar la temperatura de un fluido.

Rango: - 40 a 1090 C.

80PK-22 Sonda de inmersin.

Figura 2

3.3 Termmetro digital Rango de medicin -200C hasta 1372C.

Precisin 0.1C


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4 Presentacin de datos obtenidosEn este ensayo, para una presin de entrada de 400 KPa se obtuvo la variacin de la presin de salida, y ademsaltura de la columna de agua para cada dato registrado a travs del manmetro inclinado.Los valores obtenidos se presentan en la siguiente tabla:

MedicinP de entrada

[KPa]

P de salida

[KPa]

Altura h0

[mm H2O]

Altura hf

[mm H2O]

1 400 0 9,5 23,5

2 400 50 9,5 23,5

3 400 100 9,5 23,5

4 400 150 9,5 23,5

5 400 200 9,5 23

6 400 250 9,5 22

7 400 300 9,5 19

8 400 350 9,5 16,5

9 400 400 9,5 11,5

Tabla 1

5 Desarrollo de clculos realizados5.1 Determinacin densidad y peso especfico, aire y agua.Aire

Consideraremos al aire como gas ideal. Esto nos permitir ocupar la ecuacin de este tipo de gases expresadcontinuacin:

Con:

Si , la temperatura registrada de 293,1 K y a una presin indicada por el profesor de 101,3 KPa.Remplazando en ecuacin (1.1), la densidad del aire ser:


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Luego al tener la densidad podemos calcular el peso especfico a travs de la formula siguiente:

Si

Agua

Para la temperatura dada de 293,1 K obtendremos la densidad de la tabla (A.1) de propiedades del agua presentada eanexo. Por lo que la densidad del agua para dicha temperatura ser:

Por lo que el peso especfico del agua es:

5.2 Parmetros adimensionalesCalculando el caudal y el flujo msico, determinaremos la razn de flujo msico de cada medicin con el mximo yotra parte la razn de la presin de salida con la presin de entrada de la tobera.

Para calcular el flujo volumtrico se utiliza la frmula del caudal real presentada a continuacin.

( )( ) (1.3)Con:: Peso especfico del agua.Peso especfico del aire.: Longitud de altura equivalente medida en el manmetro inclinado.Q: caudald: dimetro placa orificioD: dimetro interior del tubo

: Coeficiente de gasto de una placa orificio.

Para esta tobera:d=30,95 mmD=79,50 mm


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Por otra parte debemos calcular la longitud de altura equivalente medida en el manmetro inclinado. Esta se obtiene dfrmula: (1.4)Por ltimo se calcula el flujo msico, definido como:

(1.5)

Los datos obtenidos en esta experiencia son presentados en la siguiente tabla:

medicin

Po abs(Kpa)

Pb abs(Kpa)

Pb abs/Po abs

Yaire(N/m^3)

Yagua(N/m^3)

hf(mmH2

O)

h0(mmH2O)

hw(mmH2O)

Q(m^3/s) (kg/s) (kg/s)

1 501,3 101,30,202074606

11,8095

9788,99803

23,5 9,5 140,000712

0,008408364

0,008408364

1

2 501,3 151,30,30181528

11,8095

9788,99803

23,5 9,5 140,000712

0,008408364

0,008408364

1

3 501,3 201,30,4015

55955

11,809

5

9788,9

9803

23,5 9,5 140,00

0712

0,0084

08364

0,00840

8364

1

4 501,3 251,30,501296629

11,8095

9788,99803

23,5 9,5 140,000712

0,008408364

0,008408364

1

5 501,3 301,30,601037303

11,8095

9788,99803

23 9,5 13,50,000699

0,008254841

0,008408364

0,981773

6 501,3 351,30,700777977

11,8095

9788,99803

22 9,5 12,50,000673

0,007947794

0,008408364

0,945219

7 501,3 401,30,800518652

11,8095

9788,99803

19 9,5 9,50,000586

0,006920367

0,008408364

0,823008

8 501,3 451,30,900259326

11,8095

9788,99803

16,5 9,5 70,000503

0,005940179

0,008408364

0,706474

9 501,3 501,3 1 11,8095

9788,99803

11,5 9,5 2 0,000269

0,003176756

0,008408364

0,377889

Tabla 2


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Por lo que la curva de calibracin de la tobera corta es la siguiente:

Grfico 1

Se observa del grfico 1 que en un principio se mantiene una linealidad hasta el valor de 0,5 aproximadamente.

6 Comentarios experienciaComo se puede ver a simple vista, en nuestra curva de calibracin obtenida experimentalmente, se observa que la caa pesar de una buena aproximacin a la curva terica, la cada no es uniforme. esto se debe posiblemente a erroresmedicin y a que los equipos utilizados no se encuentran en buen estado.A travs del grafico se puede decir que al ir aumentado la presin de salida, manteniendo la presin de entrada constase aprecian variaciones en la velocidad, la cual es directamente proporcional al caudal, viendo reflejado en disminucin de este.

El punto crtico se encuentra alrededor de la relacin de presiones Pb/Po = 0.5 y la relacin de flujos msFmsico/Fmx = 0.98 aproximadamente, siendo la presin de salida cercana a 301kPa absoluta. Posiblemente esvalores no sean exactos, ya que se necesitaran ms puntos en estudio, es decir, realizar pequeos saltos en la presde salida, posiblemente hacer saltos de 25KPa hasta los 400KPa correspondientes. Esto permitira valores ms precis

permitira estudios ms exactos.

El punto crtico representa el paso de flujo snico (M=1) a flujo subsnico (M


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Considerando lo del apunte presentado en clases podemos identificar un rgimen snico y subsnico bajo ciecondiciones dadas:

Implica un rgimen snico.

Implica un rgimen subsnico.Comparando con la curva terica de la figura 3 obtenida de la bibliografa notamos que la curva experimental obtuvimos notamos que se encuentra antes de Pb/Po = 1, la parte uniforme indica rgimen snico y la parte curva indrgimen subsnico, realizando un ajuste de curva nuestro grafico estar dentro de los parmetros de la bibliografaerrores provienen de los instrumentos y de las mediciones realizadas

.Figura 3

Por ltimo es importante indicar que adems del error humano (siempre presente) el equipo inducia a un error porvlvulas que idealmente debieran atrapar todo el lquido del aire hmedo que llega ya que se necesita aire seco. embargo el incorrecto estado de ests vlvulas permitan el ingreso al de sistema gotitas de agua (fluido incompresque afectan directamente a los datos obtenidos. Adems esto provoc que al momento de fijar las presiones de entrlas presiones de salida oscilaran y se haca dificultoso estabilizarla en el valor deseado.


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7 ConclusionesA travs del experimento realizado se logr comprender e l comportamiento de un flujo compresible y como se relaccon el nmero de Mach en rgimen snico y subsnico, adems de entender que este se ve afectado por las variaciode presin. Por otro lado se logr aprender cmo realizar una calibracin de toberas para un flujo compresible respecto al grafico obtenido y determinar el punto crtico de este, en donde cambiamos de un flujo snico a

subsnico.

Se obtuvo experimentalmente el valor de presin crtica adimensional para lograr distinguir las diferencias de flujo snisubsnico. Adems se logr obtener el grfico de calibracin de la tobera que aunque no es el ms correcto por errores presentes se acerc de muy buena forma al terico.

Finalmente a pesar de los inconvenientes que se tuvieron en esta experiencia, se ha logrado satisfacer los objetipropuestos, ya que se logr tener una idea ms clara del comportamiento de un fluido compresible, como se ve afectal ir variando sus presiones, adems de poder observar grficamente el punto crtico que permite pasar de un rgimsnico a uno subsnico.

8 Bibliografa White M. Frank, Mecnica de Fluidos, 6ta Edicin, Ed. McGraw-Hill, 2008.

Shames Irving, Mecnica de fluidos, 3ra Edicin, Ed. McGraw-Hill

9 AnexoTabla propiedades fsicas del agua para distintas temperaturas.

Tabla A.1

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