Estatica De Fluidos

GUÍA PARA LABORATORIO DE FIS 1102
TRABAJO EXPERIMENTAL Nº


CAPÍTULO: DINÁMICA DE FLUIDOS
TEMA: TUBO DE PITOT
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1. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente la densidad del aire, utilizando el Tubo de Prandtl

2. MARCO TEÓRICO

La dinámica de fluidos presenta en su estudio un panorama diferente al de la estática de fluidos. Aúncuando el movimiento tiene lugar según leyes fijas, la naturaleza de estas leyes y la influencia de las condiciones de frontera sobre ellas son muy complejas y, hasta ahora, no ha sido posible expresarlas por completo en forma matemática; no obstante, se han resuelto numerosos problemas de ingeniería que incluyen el flujo de fluidos, combinando la teoría matemática con los datos experimentales.2.1. DENSIDAD DEL AIRE

La densidad de cualquier sustancia, sea sólida, líquida o gaseosa expresa la cantidad de masa del mismo por unidad de volumen, y generalmente se representa por la letra griega rho (ρ).

Esta propiedad en el aire no siempre es bien asimilada, por ser poco intuitiva. Si bien es cierto que la densidad del aire es numéricamente pequeña si la comparamos por ejemplo conla del agua, pero es precisamente esta diferencia lo que hace posible los vuelos en general.

Dado que con la altura cambian la presión y la temperatura del aire, para conocer como varía la densidad del aire, nada mejor que analizar como afectan a ésta las variaciones de la presión y la temperatura.

Si se comprime, una misma masa de gas ocupará menos volumen, o el mismo volumen albergaramayor cantidad de gas. Este hecho se conoce en Física como la Ley de Boyle: “A temperatura constante, los volúmenes ocupados por un gas son inversamente proporcionales a las presiones a las que esta sometido”. A partir de esta ley y de la definición de densidad, se deduce que la densidad aumenta o disminuye en relación directa con la presión.

Por otra parte, se conoce que si se aplica calor a uncuerpo este modifica sus dimensiones, es decir se dilata, por tanto ocupa mayor volumen, para el caso de los gases este hecho es evidente, y en Física se conoce como la Ley de dilatación de los gases de Gay-Lussac: “La dilatación de los gases es función de la temperatura e independiente de la naturaleza de los mismos”. De acuerdo con esta ley y volviendo nuevamente a la definición de densidad, siuna misma masa ocupa más volumen su densidad será menor. Luego entonces, la densidad del aire cambia en proporción inversa a la temperatura.

Considerando la definición de la densidad y la ley combinada de gases, y aplicando para dos condiciones diferentes, por ejemplo: Condiciones Normales y las Condiciones en Oruro, obtenemos:

(7.1)

Donde: ρ0 = Densidad delaire en Condiciones Normales = 1.293 [Kg/m3]
ρOR = Densidad del aire en Oruro en Kg/m3
P0 = Presión atmosférica en Condiciones Normales = 760 [mm Hg]
POR = Presión atmosférica en Oruro = 494 [mm de Hg]
T0 = Temperatura Absoluta en Condiciones Normales = 0 [K]
TOR = Temperatura Absoluta en Oruro = ºC + 273 = [K]


2.2. TEOREMA DE BERNOULLI

En 1738, DanielBernoulli, demostró que en cualquier corriente que fluye estacionariamente sin fricción, la energía total contenida en una masa dada es la misma en todos los puntos de su trayectoria de flujo. En otras palabras, la energía cinética, la de presión y la de posición se pueden convertir en cualquiera de las otras dos formas, teóricamente sin pérdidas. Esta relación se puede expresar comoP1+½v12+gz1 = P2+½v22+gz2 (7.2)

y se llama ecuación de Bernoulli, basada en la conservación de la energía aplicada a los fluidos que se pueden considerar incomprensibles y resulta ser la expresión matemática del teorema de Bernoulli cuyo enunciado es como sigue:

"Despreciando la fricción, la carga total o la cantidad total de energía por unidad de peso, es...