1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO
ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TEMA:
CURSO: Mecánica de Fluidos I
PROFESOR: Ing. Arangoitia Valdivia Victor Manuel
GRUPO:
INTEGRANTES: QUISPE CÁCERES SOLAMS - 080703
HUAMÁN TORRES ALEX FERNANDO - 093126
JALIXTO OLIVERA JHOBER JHONATHAN - 091587
RAMOS PIPA ALEXANDER - 093139
CUSCO – PERÚ
LABORATORIO 1 – INCERTIDUMBRES
1 LU : 11- 13
2. INTRODUCCIÓN
.
La incertidumbre en las mediciones experimentales es un proceso en el que se calcula
el promedio aritmético, amplitud desviación estándar, coeficiente de variación, se utiliza
un diagrama de caja (box plot) con el que se elimina datos dudosos, con lo que se
grafica un histograma de frecuencias y así saber si los datos se ajustan a una
distribución normal.
En el análisis de incertidumbre se calcula el error en los flujos volumétricos se calcula
la incertidumbre en los tiempos. Se establece la incertidumbre del volumen a partir del
criterio de conteo mínimo, se compara la incertidumbre total con el error estándar.
3. INCERTIDUMBRE DE LAS MEDICIONES EXPERIMENTALES.
OBJETIVOS:
Calculo de incertidumbre de las mediciones experimentales.
Familiarizarse con las mediciones de los flujos.
PROCEDIMIENTO:
PROCEDIMIENTO
Par Medir el caudal (Q) que circula en una tubería por el método volumétrico
realizamos el siguiente procedimiento:
Primero abrimos el caño y graduamos el flujo
Luego cada persona tomo la manguera y lleno un recipiente con 1.5 litros de
agua, desde el momento en que el agua cayó al recipiente se cronometro el
tiempo hasta que marco 1500 ml. El mismo procedimiento se repitió 8 veces
obteniendo 8 resultados para cada persona.
Flujo volumétrico o caudal.
Q= f(V,t) Q= volumen / tiempo =V/t
Medir el Q que circula en una tubería por el método volumétrico.
4. MARCO TEORICO.
Caudal:
El caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se
identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de
tiempo. Se denomina también "Caudal volumétrico" o "Índice de flujo fluido".
Flujo volumétrico o caudal.
Q= f(V,t) Q= volumen / tiempo =V/t
Definición de incertidumbre:
La incertidumbre de la medición es una forma de expresar el hecho de que para un
mensurado y su resultado de medición dados. No hay un solo valor, sino un número
infinito de valores dispersos alrededor de su resultado, que son consistentes con todas
las observaciones, datos y conocimientos que se tengan del mundo físico, y que con
distintos grados de credibilidad pueden ser atribuidos al resultado.
En general el uso de la palabra incertidumbre se relaciona con el concepto de duda. La
palabra incertidumbre sin adjetivos se refiere a un parámetro asociado al conocimiento
limitado acerca de un valor particular. La incertidumbre no implica duda acerca de la
validez de un resultado; por el contrario el conocimiento de la incertidumbre implica el
incremento de la confianza en la validez del resultado de una medición.
Diferencia entre incertidumbre y error
Es importante distinguir entre error e incertidumbre, el error es definido como la
diferencia entre el resultado individual de una medición y el valor verdadero del
mensurado. Es decir el error es un simple valor y puede ser aplicado como una
corrección al resultado de la medición. El error es un concepto idealizado y los errores
no pueden ser conocidos exactamente.
La incertidumbre por otro lado toma la forma de un rango y si es estimada para un
procedimiento de medición puede aplicarse a todas las determinaciones descritas en
dicho procedimiento. En general el valor de la incertidumbre no se utiliza para corregir
el resultado de la medición.
5. 1. TABLA DE RESULTADOS INDIVIDUALES
HOJA DE RECOLECCION DE DATOS:
OPERADOR N° de lectura Volumen (lts) Tiempo (s)
HUAMÁN TORRES
ALEX FERNANDO
20.50
20.32
20.36
20.43
20.26
20.35
20.39
20.36
JALIXTO OLIVERA
JHOBER
JHONATHAN
20.21
20.29
20.39
20.38
20.35
20.28
20.18
20.19
QUISPE
CÁCERES
SOLAMS
20.15
20.29
20.21
20.47
20.21
20.35
20.44
20.44
RAMOS PIPA
ALEXANDER
20.38
20.15
20.37
20.44
20.39
20.53
20.45
20.50
PRIMERA MEDIDA (MODELO):
OPERADOR N° de lectura Volumen (lts) Tiempo (s)
HUAMÁN TORRES
20.50
20.32
6. ALEX FERNANDO 20.36
20.43
20.26
20.35
20.39
20.36
Ordenamos la tabla anterior y hallamos los datos necesarios
La media (Xp) = 20.37125
n X X-Xp (X-Xp)²
1 20.26 -0.11125 0.01237656
2 20.32 -0.05125 0.00262656
3 20.35 -0.02125 0.00045156
4 20.36 -0.01125 0.00012656
5 20.36 -0.01125 0.00012656
6 20.39 0.01875 0.00035156
7 20.43 0.05875 0.00345156
8 20.5 0.12875 0.01657656
Total 162.97 3.55271E-15 0.0360875
Para hallar la amplitud restamos el máximo menos el mínimo valor:
Amplitud = 20.50 – 20.26 = 0.24
7. Para hallar la varianza aplicamos la siguiente fórmula:
Varianza (S2
) = 0.005155357
Para la desviación estándar:
Desviación Estándar (S) = 0.071800816
Para el coeficiente de variación;
Coeficiente de Variación (C)= 0.003524615
Para el error estándar estadístico
Error estándar estadístico(σ) = 0.025385422
SEGUNDA MEDIDA:
OPERADOR N° de lectura Volumen (lts) Tiempo (s)
JALIXTO OLIVERA
JHOBER
JHONATHAN
20.21
20.29
20.39
20.38
1
)(
:
2
2
n
XpX
SMuestra
Xp
S
VC.
n
S
8. 20.35
20.28
20.18
20.19
Ordenamos la tabla anterior y hallamos los datos necesarios
La media (Xp) = 20.2837
n X X-Xp (X-Xp)²
1 20.18 -0.10375 0.0107641
2 20.19 -0.09375 0.0087891
3 20.21 -0.07375 0.0054391
4 20.28 -0.00375 1.406E-05
5 20.29 0.00625 3.906E-05
6 20.35 0.06625 0.0043891
7 20.38 0.09625 0.0092641
8 20.39 0.10625 0.0112891
Total 162.27 -7.1054E-15 0.0499875
Amplitud = 20.39 – 20.18 = 0. 21
Varianza (S2
) = 0.0071411
Desviación Estándar (S) = 0.0845049
Coeficiente de Variación (C)= 0.0041661
Error estándar estadístico (σ) = 0.029877
TERCERA MEDIDA:
OPERADOR N° de lectura Volumen (lts) Tiempo (s)
QUISPE
CÁCERES
SOLAMS
20.15
20.29
20.21
20.47
20.21
9. 20.35
20.44
20.44
Ordenamos la tabla anterior y hallamos los datos necesarios
La media (Xp) = 20.32
n X X-Xp (X-Xp)²
1 20.15 -0.17 0.0289
2 20.21 -0.11 0.0121
3 20.21 -0.11 0.0121
4 20.29 -0.03 0.0009
5 20.35 0.03 0.0009
6 20.44 0.12 0.0144
7 20.44 0.12 0.0144
8 20.47 0.15 0.0225
Total 162.56 0 0.1062
Amplitud = 20.47 – 20.15 = 0.32
Varianza (S2
) = 0.01517143
Desviación Estándar (S) = 0.123172353
Coeficiente de Variación (C)= 0.006061632
Error estándar estadístico(σ) = 0.043548003
CUARTA MEDIDA:
OPERADOR N° de lectura Volumen (lts) Tiempo (s)
RAMOS PIPA
ALEXANDER
1 20.38
2 20.15
3 20.37
4 20.44
5 20.39
10. 6 20.53
7 20.45
8 20.50
Ordenamos la tabla anterior y hallamos los datos necesarios
La media (Xp) = 20.40125
n X X-Xp (X-Xp)²
1
20.15 -0.25125 0.0631266
2
20.37 -0.03125 0.0009766
3
20.38 -0.02125 0.0004516
4
20.39 -0.01125 0.0001266
5
20.44 0.03875 0.0015016
6
20.45 0.04875 0.0023766
7
20.5 0.09875 0.0097516
8
20.53 0.12875 0.0165766
Total 163.21 -7.11E-15 0.0948875
Amplitud = 20.53 – 20.15 = 0.38
Varianza (S2
) = 0.0135554
Desviación Estándar (S) = 0.1164275
Coeficiente de Variación (C)= 0.0057069
Error estándar estadístico(σ) = 0.0411633
2. TABLA CON TODOS LOS RESULTADOS
n X n X
1 20.15 17 20.36
2 20.15 18 20.37
3 20.18 19 20.38
4 20.19 20 20.38
5 20.21 21 20.39
11. 6 20.21 22 20.39
7 20.21 23 20.39
8 20.26 24 20.43
9 20.28 25 20.44
10 20.29 26 20.44
11 20.29 27 20.44
12 20.32 28 20.45
13 20.35 29 20.47
14 20.35 30 20.5
15 20.35 31 20.5
16 20.36 32 20.53
ELIMINACION DE DATOS DUDOSOS
Para dibujar los diagramas de caja (box plot) calculamos los percentiles para
cada caso.
3. DIAGRAMA DE CAJA (BOX PLOT)
ELIMINACION DE DATOS PARA CADA MEDIDA:
Primera medida
100
)18(2525 XP
25.225 XP
Interpolando:
3275.20P
)32.2035.20(25.032.20P
)XX)(25.0(XP
25
25
23225
100
)1(nkk XP
BOX PLOT
25P 75P50P
12. 100
)18(5050 XP
5.450 XP
Interpolando:
36.20P
)36.2036.20(5.036.20P
)XX)(5.0(XP
50
50
45450
100
)18(7575 XP
75.675 XP
Interpolando:
42.20P
)39.2043.20(75.039.20P
)XX)(75.0(XP
75
75
67675
Para el diagrama: 13875.0)3275.2042.20(5.1)PP(5.1 2575
Limites:
Inferior: 20.3275-0.13875=20.18875 Superior: 20.42+0.675=20.55875
Diagrama a escala:
+----+-----+
|-------------| | |-------------|
+----+-----+
25P 50P 75P
Segunda medida
100
)18(2525 XP
25.225 XP
Interpolando:
195.20P
)19.2021.20(25.019.20P
)XX)(25.0(XP
25
25
23225
13. 100
)18(5050 XP
5.450 XP
Interpolando:
285.20P
)28.2029.20(5.028.20P
)XX)(5.0(XP
50
50
45450
100
)18(7575 XP
75.675 XP
Interpolando:
3725.20P
)35.2038.20(75.035.20P
)XX)(75.0(XP
75
75
67675
Para el diagrama: 26625.0)195.203725.20(5.1)PP(5.1 2575
Limites:
Inferior: 20.195-0.26625=19.92875 Superior: 20.3725+0.26625=20.63875
Diagrama a escala:
+-------+--------+
|--------------------| | |--------------------|
+-------+--------+
25P 50P 75P
Tercera medida
100
)18(2525 XP
25.225 XP
Interpolando:
15. 100
)18(2525 XP
25.225 XP
Interpolando:
3725.20P
)37.2038.20(25.037.20P
)XX)(25.0(XP
25
25
23225
100
)18(5050 XP
5.450 XP
Interpolando:
415.20P
)39.2044.20(5.039.20P
)XX)(5.0(XP
50
50
45450
100
)18(7575 XP
75.675 XP
Interpolando:
4875.20P
)45.2050.20(75.045.20P
)XX)(75.0(XP
75
75
67675
Para el diagrama: 1.5(20.4875-20.3725)=0.1725
Limites:
Inferior: 20.3725-0.1725=20.2 superior: 20.4875+0.1725=20.66
+--------+----+
|----------------| | |----------------|
+--------+----+
25P 50P 75P
Eliminación de datos: Cabe destacar que en los 3 primeros casos, las medidas
tomadas están dentro del rango admisible, por lo tanto no se elimina ningún dato
y en cuanto al cuarto caso hay un valor que si elimina, por lo tanto para los tres
primeros casos trabajaremos para las preguntas posteriores con los mismos datos
estadísticos de la pregunta número 1 ya que no se ha realizado ninguna
modificación, mas no así para el cuarto caso.
4. NUEVA TABLA DE DATOS DE CADA MEDIDA ; ELIMINANDO
DATOS DUDOSOS.
16. PRIMERA MEDIDA:
n X
1 20.26
2 20.32
3 20.35
4 20.36
5 20.36
6 20.39
7 20.43
8 20.5
SEGUNDA MEDIDA:
n X
1 20.18
2 20.19
3 20.21
4 20.28
5 20.29
6 20.35
7 20.38
8 20.39
TERCERA MEDIDA:
n X
1 20.15
2 20.21
3 20.21
4 20.29
5 20.35
6 20.44
7 20.44
8 20.47
C UARTA MEDIDA:
5. HISTOGRAMA DE FRECUENCIAS:
Histograma de la primera medida
n X
1 20.37
2 20.38
3 20.39
4 20.44
5 20.45
6 20.5
7 20.53
17. n m
1 1
2 1.4003699
3 1.6345713
4 1.8007398
5 1.9296301
6 2.0349412
7 2.1239804
8 2.2011097
Histograma de la segunda medida:
n m
1 1
2 1.4003699
3 1.6345713
4 1.8007398
5 1.9296301
6 2.0349412
7 2.1239804
8 2.2011097
1 2 3 4 5 6 7 8
n 1 2 3 4 5 6 7 8
m 1 1.4003 1.6345 1.8007 1.9296 2.0349 2.1239 2.2011
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
19. Histograma de la cuarta medida:
n m
1 1
2 1.4003699
3 1.6345713
4 1.8007398
5 1.9296301
6 2.0349412
7 2.1239804
ANALISIS DE INCERTIDUMBRE:
6. ERROR DE LOS FLUJOS VOLUMETRICOS:
- PRIMERA MEDIDA:
n X vol (lt) Q (lt/s) Q-Qp (Q-Qp)²
1 20.26 1.5 0.07403751 0.000403526 1.63E-07
2 20.32 1.5 0.0738189 0.000184916 3.42E-08
3 20.35 1.5 0.07371007 7.60862E-05 5.79E-09
4 20.36 1.5 0.07367387 3.98862E-05 1.59E-09
5 20.36 1.5 0.07367387 3.98862E-05 1.59E-09
6 20.39 1.5 0.07356547 -6.85138E-05 4.69E-09
7 20.43 1.5 0.07342144 -0.000212544 4.52E-08
8 20.5 1.5 0.07317073 -0.000463254 2.15E-07
TOTAL 0.58907187 -1E-08 4.70E-07
1 2 3 4 5 6 7
n 1 2 3 4 5 6 7
m 1 1.400369 1.634571 1.800739 1.929630 2.034941 2.123980
0
1
2
3
4
5
6
7
8
20. La media (Qp)=0.07363398
Para hallar la amplitud restamos el máximo menos el mínimo valor:
Amplitud = 0.07403751-0.07317073=0.00086678
Para hallar la varianza aplicamos la siguiente fórmula:
Varianza (S2
) = 6.7142857142E-08
Para la desviación estándar:
Desviación Estándar (S) = 0.00025911938781
Para el coeficiente de variación;
Coeficiente de Variación (C)= 0.00351901191786
Para el error estándar estadístico
Error estándar estadístico(σ) = 0.000091612538131
Comentario:
El error resulta ser muy pequeño lo cual indica que se esta procediendo de
manera correcta.
1n
)QpQ(
S:Muestra
2
2
Xp
S
VC.
n
S
22. - CUARTA MEDIDA:
n X v (lt) Q (lt/s) Q-Qp (Q-Qp)²
1 20.37 1.5 0.0736377 0.000241354 5.82517E-08
2 20.38 1.5 0.07360157 0.000205222 4.21159E-08
3 20.39 1.5 0.07356547 0.000169125 2.86032E-08
4 20.44 1.5 0.07338552 -1.083E-05 1.17288E-10
5 20.45 1.5 0.07334963 -4.67153E-05 2.18232E-09
6 20.5 1.5 0.07317073 -0.000225617 5.0903E-08
7 20.53 1.5 0.07306381 -0.00033254 1.10583E-07
TOTAL 0.51377444 -1.44822E-09 2.92756E-07
La media (Qp)= 0.07339635
Amplitud (A) = 0.00057389
Varianza (S2
) = 4.879266667E-08
Desviación estándar (S) = 0.000220890621
Coeficiente de variación (c) = 0.0030095586701
Error estándar estadístico ( ) = 0.0000834888073
7. INCERTIDUMBRE DE LOS TIEMPOS PARA UN NIVEL DE
CONFIANZA DEL 95%.
Primera medida:
Segunda medida:
Tercera medida:
23. Cuarta medida:
8. INCERTIDUMBRE DEL VOLUMEN A PARTIR DEL CRITERIO DE
CONTEO RAPIDO.
Para el ensayo que se realizo en el laboratorio se utilizo un recipiente donde el
mínimo valor de la escala de medición fue de 0.20 lt; por lo tanto la
incertidumbre del volumen es:
Cabe señalar que la incertidumbre del volumen es el mismo para lois cuatro
casos.
9. INCERTIDUMBRE TOTAL DEL FLUJO VOLUMETRICO O CAUDAL
Primera medida:
Segunda medida:
Tercera medida:
24. Cuarta medida:
10. COMPARACION DE LA INCERTIDUMBRE TOTAL CON EL ERROR
ESTANDAR, DE LOS FLUJOS VOLUMÉTRICOS Y COMENTARIOS.
Para la primera medida:
Error estándar estadístico ( ) = 0.000091612538131
Incertidumbre
Para la segunda medida:
Error estándar estadístico ( ) = 0.00010892444957
Incertidumbre
Para la tercera medida:
Error estándar estadístico ( ) = 0.000158265148225
Incertidumbre
Para la cuarta medida:
Error estándar estadístico ( ) = 0.0000834888073
Incertidumbre
Se observa que el error estándar es mucho menor que la incertidumbre; esto
quiere decir que el error estándar es una medición de la dispersión de las
medias mientras que la incertidumbre es la falta de conocimiento de
valores que están entre dos marcas de una unidad, para nuestro caso es
el caudal.
25. 11. SEÑALE CUAL ES LA VARIABLE QUE MAS AFECTA LA PRESICION
DE LOS RESULTADOS Y SUGIERA FORMAS DE REDUCIR LA
INCERTIDUMBRE DE ESTE EXPERIMENTO
La variable que más afecta es el tiempo ya que no podemos precisar
exactamente el momento en el que el fluido ocupe el volumen que queremos
para lo se ha requerido de 8 medidas cada integrante del grupo para reducir el
error.
En cuanto a la incertidumbre; para reducir la incertidumbre se ha visto que la
incertidumbre depende del promedio de tiempos y de la desviación estándar, por
lo cual se debe hacer mas ensayos por persona ya que cuanto más ensayo se
tenga la incertidumbre será cada vez menor y se obtendrá mejores resultados
26. CONCLUSIONES:
- El error estándar de los flujos volumétricos es:
Primera medida: 0.000091612538131
Segunda medida: 0.000108924449570
Tercera medida: 0.000158265148225
Cuarta medida: 0.000083488807310
- La incertidumbre de los flujos volumétricos
Primera medida:
Segunda medida:
Tercera medida:
Cuarta medida:
- La incertidumbre de los tiempos:
Primera medida:
Segunda medida:
Tercera medida:
cuarta medida:
Tabla de las cuatro medidas ( observadores)
Observador n A C
HUAMÁN
TORRES
ALEX
FERNANDO
8 20.37125 0.24 0.071800816 0.003524615
JALIXTO
OLIVERA
JHOBER
JHONATHAN
8 20.2837 0.21 0.0845049 0.0041661
QUISPE
CÁCERES
SOLAMS
8 20.32 0.32 0.123172353 0.006061632
RAMOS
PIPA
ALEXANDER
8 20.40125 0.38 0.1164275 0.0057069
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36. Para el diagrama: 425.0)35.30775.30(5.1)(5.1 2575 PP
Limites:
Inferior: 30.125-0.425=29.7 Superior: 30.775+0.425=31.2
Diagrama a escala:
+----------+----+
|--------| | |--------|
+----------+----+
25P 50P 75P
12. CALCULE EL ERROR DE LOS FLUJOS VOLUMETRICOS Y COMENTE
SU RESULTADO.