Universidad Nacional De Ingeniería

Facultad Tecnológica De La Construcción

Departamento De Hidráulica Y Medio Ambiente

Practica N° 3

Carrera: Ing. Civil

Grupo: 3m1-C

Integrantes:

Kevin Tabared Gutierrez Manzano

Luis Alfonso Gutierrez Torrez

Yeyson Onell Gutierrez Vásquez

Marvin Danilo Jambrina Bodden

Fecha: 14/04/2015

Introducción

El accesorio del banco hidráulico, FMEOO, provee de las facilidades necesarias para soportar un comprensible rango de modelos hidráulicos, los cuales han sido diseñados para demostrar un aspecto particular de la teoría de fluidos.

Las leyes de conservación de masas, energía y momento pueden ser simplificadas todo para tratar de describir de una manera cuantitativa el comportamiento del fluido. La mecánica de fluidos ha sido desarrollada con una disciplina analítica de las aplicaciones de las leyes clásicas de dinámica, termodinámica y estadísticas, a situaciones en las cuales el fluido puede ser tratado como un medio continuo.

OBJETIVOS

1. Explicar Brevemente los requerimientos del Equipo.

2. Describir las condiciones previas necesarias antes de la puesta en marcha del equipo.

3. Describir las condiciones de seguridad adecuadas para el uso del equipo.

4. Realizar una descripción el equipo.

5. Medir caudales con el banco hidráulico.

Generalidades

REQUERIMIENTOS DEL EQUIPO

1. Este equipo requiere una alimentación eléctrica de 110V, Frecuencia: 60 Hz

2. Un suministro temporal de agua es necesario para llenar el tanque colector. (Capacidad: 250 litros). La conexión al suministro de agua no es necesaria cuando el banco está en uso.

3. La conexión temporal de drenaje es necesaria para el vaciado del tanque colector después de su uso. Una manguera flexible debe ser conectada a la válvula de drenaje ubicada en la parte frontal del tanque colector.

4. Es recomendable disponer de 1 a 2 metros alrededor del equipo para un mejor manejo, y así, una mejor utilización.

5. El emplazamiento definitivo deberá estar bien iluminado, con luz natural o bien artificial. Esto proporcionará comodidad, y evitará errores y accidentes.

6. El equipo debe mantenerse en condiciones de 22ºC y 50% de humedad relativa. Fuera del 25% de estas condiciones, el equipo puede deteriorarse. Por ello, se debe evitar lo siguiente:

Dejar el equipo conectado al finalizar un trabajo. Dejar agua en los recipientes al finalizar un trabajo. Dejar el equipo expuesto al sol o luz directa excesiva, de forma continua. Dejar el equipo en ambientes de más del 80% de humedad relativa. Dejar el equipo en un ambiente químico, salino, de luz directa, calor o ambiente agresivo.

CONDICIONES DE SEGURIDAD ADECUADAS

Repase antes de la puesta en marcha, la ausencia de riesgos para las personas analizando detalladamente lo siguiente:

1. Que no existen partes móviles desprotegidas.

2. Que no existen contactos eléctricos desprotegidos que puedan ser accesibles.

3. Que no existe riesgo de roturas.

4. Comprobar que todas las conexiones de agua estén bien ajustadas.

5. Que no hay derramamiento de productos peligrosos.

6. Comprobar que la alimentación eléctrica es la adecuada y tiene las protecciones de seguridad idóneas, que la alimentación necesaria del equipo es igual a la alimentación disponible, si dispone de diferencial, si tiene toma de tierra o no, el valor de la toma de tierra y el valor de la tensión.

7. El interruptor de corte esta cerca para poder actuar rápidamente en caso de emergencia.

8. Las equivocaciones normales del alumno, no causen daño.

9. Una vez repasados estos puntos, PROCEDA A PULSAR EL BOTÓN de puesta en marcha y pase a comprobar el funcionamiento.

ESPECIFICACIONES

Dimensiones Las dimensiones totales del Banco Hidráulico son las siguientes:

Longitud: 1.13 m Ancho: 0.73 m

Altura: 1.00 m

Detalles del equipo

Bomba de circulación

Tipo: Centrífuga

Altura máxima: 21 mca

Caudal máximo: 80 lts /min (usando tanque volumétrico)

Potencia del motor: 0.37kw = 0.5 HP

Capacidad del tanque sumidero: 250 lts

Capacidad del tanque volumétrico para caudales alta: 40 lts

Capacidad del tanque volumétrico para caudales: 6 lts

OPERACIÓN DEL BANCO HIDRÁULICO

PRECAUCIÓN: Una vez realizada la medición de caudal con el cronómetro, hay que subir la válvula de vaciado para evitar que tanque sumidero se quede sin agua y la bomba pueda griparse. Cuando se realice de nuevo otra toma de tiempos, la bajaremos para llenar el tanque volumétrico y una vez finalizada la medición, la volveremos a subir.

Medición del Volumen de Caudal

EL Banco Hidráulico incorpora un tanque de medición volumétrica que se acomoda para medición de tasas de flujo altas y bajas.

Un indicador de nivel remoto, que consiste en un tubo de observación y la escala de calibrado está conectado a una toma situada en la base del banco.

La escala está dividida en dos zonas correspondientes al volumen por encima y por debajo del paso en el banco. Cuando está operando, el tanque volumétrico se vacía levantando la válvula de vaciado, permitiendo que el agua regrese al tanque colector.

Cuando el flujo a través del modelo de prueba se ha estabilizado, la válvula de vaciado se baja reteniendo el agua en el tanque.

Los tiempos son tomados a medida que el nivel del agua se eleva en el tanque. Las bajas tasas de flujo son controlados en la parte inferior de la escala correspondiente al volumen pequeño debajo del paso. (Capacidad: 6 litros)

Las mayores tasas de flujo son monitoreados en la escala superior correspondiente al tanque principal. (Capacidad: 40 litros).

Cuando las tasas de flujo volumétrico que se van a medir son extremadamente pequeñas se debe utilizar una probeta en lugar del tanque volumétrico. Cuando se utiliza el desvío de la probeta del flujo hacia y desde el cilindro deben ser sincronizados lo más estrechamente posible con el arranque y la parada del reloj para lograr una alta precisión.

Todas las lecturas de volumen usando el tanque volumétrico deben ser tomadas con el deflector de amortiguación instalado desde la calibración.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Conecte la bomba.

2. Abra la válvula de vaciado para vaciar el tanque de volumétrico. Cuando este esté vaciado, conecte la bomba y cierre la válvula de vaciado.

3. Para medir el caudal debemos cerrar la válvula de purga, para ello levantamos el accionador con una media vuelta de tuerca y que pose sobre el orificio de purga, consiguiendo que el agua no vuelva al tanque. Con ello podemos ver como el depósito comienza a llenarse.

4. Al mismo tiempo que el depósito se llena, si observamos la regla del banco podremos comprobar cómo en ella comienza a subir el nivel de agua.

5. Una vez que llegamos a esta situación lo que tenemos que hacer es tomar una referencia (por ejemplo el cero del tramo superior), cuando el agua llegue a ese nivel ponemos en marcha el cronómetro. Parándolo cuando por ejemplo el agua llegue a los 20 litros en la regla. Así, tendríamos que fluyen 20 litros en por ejemplo 30 segundos (esto es sólo un ejemplo para comprender la toma de medidas).

6. De manera que si esta fuese una medida real, el caudal

Tabla de resultados de datos.Lectura # Volumen inicial

(lts) Volumen final (lts)

Volumen colectado (lts)

Tiempos promedios registrados (seg)

1 5 15 10 12.832 10 20 10 13.233 10 20 10 13.404 10 20 10 15.135 10 20 10 17.116 10 20 10 18.487 10 20 10 19.618 5 15 10 22.159 5 15 10 27.48

10 5 15 10 42.1611 1 6 5 24.9712 1 6 5 30.2913 1 4 3 24.4014 1 4 3 27.0715 0 3 3 29.26

Cálculos Lt/seg

Q1=V ¿¿

Q2=V ¿¿

Q3=V ¿¿

Q4=V ¿¿

Q5=V ¿¿

Q6=V ¿¿

Q7=V ¿¿

Q8=V ¿¿

Q9=V ¿¿

Q10=V ¿¿

Q11=V ¿¿

Q12=V ¿¿

Q13=V ¿¿

Q14=V ¿¿

Q15=V ¿¿

Cálculos de Lt/min

¿ /min1=0.779<

¿seg

∗60 seg

1m=46.74 ¿

¿ /min2=0.755<

¿seg

∗60 seg

1m=45.3¿

¿ /min3=0.746<

¿seg

∗60 seg

1m=44.76¿

¿ /min4=0.660<

¿seg

∗60 seg

1m=39.6¿

¿ /min5=0.584<

¿seg

∗60 seg

1m=35.04 ¿

¿ /min6=0.541<

¿seg

∗60 seg

1m=32.46¿

¿ /min7=0.509<

¿seg

∗60 seg

1m=30.54¿

¿ /min8=0.451<

¿seg

∗60 seg

1m=27.06¿

¿ /min9=0.363<

¿seg

∗60 seg

1m=21.78¿

¿ /min10=0.237<

¿seg

∗6oseg

1m=14.22¿

¿ /min11=0.200<

¿seg

∗60 seg

1m=12¿

¿ /min12=0.165<

¿seg

∗60 seg

1m=9.9¿

¿ /min13=0.122<

¿seg

∗60 seg

1m=7.32¿

¿ /min14=0.110<

¿seg

∗6 oseg

1m=6.6¿

¿ /min15=0.102<

¿seg

∗60 seg

1m=6.12¿

Cálculos de galón/min

galon /min1=46.74<

¿min

∗1galon

3.78<¿=12.36¿¿

galon /min2=45.3<

¿min

∗1galon

3.78<¿=11.98 ¿¿

galon /min3=44.76<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=11.84 ¿¿

galon /min4=39.6<

¿min

∗1galon

3.78<¿=10.47 ¿¿

galon /min5=35.04<

¿min

∗1galon

3.78<¿=9.26 ¿¿

galon /min6=32.46<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=8.58¿¿

galon /min7=30.54<

¿min

∗1galon

3.78<¿=8.07 ¿¿

galon /min8=27.06<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=7.15¿¿

galon /min9=21.78<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=5.76¿¿

galon /min10=14.22<

¿min

∗1galon

3.78<¿=3.76 ¿¿

galon /min11=12<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=3.17¿¿

galon /min12=9.9<

¿min

∗1galon

3.78<¿=2.61¿¿

galon /min13=7.32<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=1.93¿¿

galon /min14=6.6<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=1.74¿¿

galon /min15=6.12<

¿min

∗1 galon

3.78<¿=1.61¿¿

Cálculos galón/día

galon /dia1=

12.36galonmin

∗1440min

1dia=17798.4

galon /dia2=

11.98 galonmin

∗1440min

1dia=17251.2

galon /dia3=

11.84 galonmin

∗1440min

1dia=17049.6

galon /dia4=

10.47 galonmin

∗1440min

1dia=15076.8

galon /dia5=

9.26 galonmin

∗1440min

1dia=13334.4

galon /dia6=

8.58 galonmin

∗1440min

1dia=12355.2

galon /dia7=

8.07 galonmin

∗1440min

1dia=11620.8

galon /dia8=

7.15galonmin

∗1440min

1dia=10296

galon /dia9=

5.76 galonmin

∗1440min

1dia=8294.4

galon /dia10=

3.76galonmin

∗1440min

1dia=5414.4

galon /dia11=

3.17 galonmin

∗1440min

1dia=4564.8

galon /dia12=

2.61 galonmin

∗1440min

1dia=3758.4

galon /dia13=

1.93galonmin

∗1440min

1dia=2779.2

galon /dia14=

1.74 galonmin

∗1440min

1dia=2505.6

galon /dia15=

1.61galonmin

∗1440min

1dia=2318.4

Cálculos m3/seg

m3

s1=0.779<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000779¿¿

m3

s2=0.755<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000755¿¿

m3

s3=0.746<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000746¿¿

m3

s4=0.660<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000660¿¿

m3

s5=0.584<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000584¿¿

m3

s6=0.541<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000541¿¿

m3

s7=0.509<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000509¿¿

m3

s8=0.451<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000451¿¿

m3

s9=0.363<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000363¿¿

m3

s10=0.237<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000237 ¿¿

m3

s11=0.200<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000200¿¿

m3

s12=0.165<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000165¿¿

m3

s13=0.122<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000122 ¿¿

m3

s14=0.110<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000110¿¿

m3

s15=0.102<

¿seg

∗1m3

1000<¿=0.000102 ¿¿

Tabla de presentación de resultadosLectura # Caudal (l/s) Caudal (l/min) Caudal (gpm) Caudal

(gal/dia) Caudal (m3/seg)

1 0.779 46.74 12.36 17798.4 0.0007792 0755 45.3 11.98 17251.2 0.0007553 0.746 44.76 11.84 17049.6 0.0007464 0.660 39.6 10.47 15076.8 0.0006605 0.584 35.04 9.26 13334.4 0.0005846 0.541 32.46 8.58 12355.2 0.0005417 0.509 30.54 8.07 11620.8 0.0005098 0.451 27.06 7.15 10296 0.0004519 0.363 21.78 5.76 8294.4 0.000363

10 0.237 14.22 3.76 5414.4 0.00023711 0.200 12 3.17 4564.8 0.00020012 0.165 9.9 2.61 3758.4 0.00016513 0.122 7.32 1.93 2779.2 0.00012214 0.110 6.6 1.74 2505.6 0.00011015 0.102 6.12 1.61 2318.4 0.000102

Desempeño de Compresión

1. ¿Cuáles son las fuentes de error?

Uno de los principales factores que son causa de error es el error humano cuando se mide los tiempos con el cronometro y la fricción producida por el paso del agua, la que reduce un poco el caudal ocasionando desgaste.

2. ¿Cuál es la capacidad del banco hidráulico de medir caudales bajos y caudales altos?

El aparato tiene una capacidad de depósito total de 250 litros, del cual su capacidad para medir caudales bajos es de 6 litros y para caudales altos es de 40 litros; el resto está considerado en la circulación del líquido por el tanque.

3. ¿Qué tipos de aparatos de laboratorio se pueden emplear haciendo uso del banco hidráulico?

El banco hidráulico puede emplearse haciendo uso de:

Cronómetro:

Reloj de gran precisión para medir fracciones de tiempo muy pequeñas, utilizado en industria y en competiciones deportivas.

Calibre de Nonio:

Instrumento provisto de un nonius que mide los diámetros y espesores de muchos objetos huecos como tubos conductos o cañerías.

Manómetro de Referencia:

Instrumento que mide la presión de los líquidos.

4. ¿Cómo determinaría usted el caudal máximo de la bomba?

El caudal máximo es el mayor valor de caudal registrado en nuestra tabla de datos, el cual indica que se registró un mayor paso de líquido que las otras muestras que se tomaron en un determinado intervalo de tiempo.

5. Describa seis factores que deben considerarse cuando se especifique un sistema de medición de flujo.

Rango:

Un medidor que pueda medir flujos desde varios milímetros por segundo (ml/s) para experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros cúbicos por segundo (m/s) para irrigación de agua o agua municipal o de sistemas de drenaje. Para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo así como el rango de las variaciones esperadas.

Exactitud requerida:

Cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 %del flujo real. La mayoría de los medidores tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de más del 0.5%.

Pérdida de presión:

Debido a que los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes, éstos proporcionan diversas cantidades de pérdida de energía o pérdida de presión conforme el fluido corre a través de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la pérdida de energía.

Tipo de fluido:

El funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideración básica es si el fluido es un líquido o un gas.

Calibración:

Se requiere de calibración en algunos tipos de medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real versus indicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen.

6. Describa cuatro tipos de medidores de cabeza variable y como se utilizan: el tubo Venturi, la boquilla de flujo, el orificio y el tubo de flujo.

Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo Venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.

Tubo de Venturi: Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi (consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de sección menor), sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono.

Boquilla de flujo: Es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacerse notorias.

Orificio: Cuando dicha placa se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total de la tubería

Tubo de flujo: Se define como una región del espacio con forma cilíndrica (o de tubo) que contiene un campo magnético de forma que el campo creado en la superficie del tubo es paralelo a dicha superficie.

7. Describa el rotatómetro de medición de área variable.

El rotatómetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente y un medidor de “flotador” (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el fluido ascendente de un fluido en la tubería.El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. Entremayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador.

8. Describa el tubo de pitot estático.

El tubo de Pitot, inventado por el ingeniero y físico francés Henri Pitot, sirve para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento opresión remanente. En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión.

Estos se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión p1 –p2

Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

Por lo tanto siendo:

Donde:

V0 y P0= presión y velocidad de la corriente imperturbada Pt= presión total o de estancamiento

9. Describa los vertederos y resbaladeros que se utilizan para la medición de flujo en canales abiertos.

Vertedero es un dique o pared que intercepta la corriente causando una elevación del nivel aguas arriba, y que se emplea para control de nivel o para medición de caudales. Los vertederos se pueden aplicar para:

-Control de nivel, por ejemplo: de un embalse (vertederos de presa)

-Medición de caudales (vertederos de medida)El uso de un vertedero es un método simple, pero causa una perdida de altura relativamente alta. Si el agua contiene partículas en suspensión, algunas se depositaran en el embalse de aguas arriba, formadas por el vertedero dando como resultado un cambio gradual en el coeficiente de descarga. Sin embargo estas dificultades pueden resolverse, al menos parcialmente mediante el uso de una canaleta de flujo crítico.

Vertederos de pared delgada: En estos la parte superior del vertedero que esta en contacto con la lámina de líquido suele ser una chapa de unos 5 mm de espesor de un material distinto como latón o acero inoxidable achaflanado. Según la forma de la abertura se clasifican en:

-Vertederos rectangulares.

-Vertederos trapezoidales.

-Vertederos triangulares.

-Vertederos parabólicos.

Los vertederos rectangulares a su vez se dividen en:

-Vertederos sin contracción lateral: Si el ancho de la abertura es igualal ancho del canal.

-Vertederos con contracción lateral: En caso contrario.

- Vertederos de pared delgada: Se utilizan como ya lo hemos mencionado para medir caudales. En los vertederos rectangulares, sobre todo en los vertederos sin contracción lateral, la exactitud de la medida solamente se puede garantizar si el vertedero esta bien ventilado ya que la exactitud de la medida exige que el vertedero este bien ventilado. Estos vertederos se adaptan para medir caudales desde 6 l/s a 10 m/s. Los vertederos triangulares se emplean para medir caudales pequeños inferiores a 6 l/seg. Vertederos de pared resbalamiento: Es un vertedero cuya sección transversal está diseñada para que el agua siga la forma del borde al pasar encima de él.

Estos vertederos se usan mucho en presas de gravedad de arco y reforzadas. Se clasifican en:

-Vertederos de borde afilado.

-Vertedero de gola

10. Describa el término coeficiente de carga en relación con los medidores de cabeza variable.

El coeficiente de descarga se define como la relación entre el caudal real que sale por un orificio y el teórico. Puede expresarse también en función de CV y CC, es decir Cd= CV* CC con lo cual se tiene en cuenta la influencia del rozamiento y la contracción de la vena de corriente por el orificio de salida. El coeficiente de descarga Cd es aproximadamente 0,62 para un orificio de borde afilado y la unidad para una boquilla de borde redondeado. Para un tramo muy corto de tubería o una boquilla externa conectadas a un recipiente, este coeficiente es aproximadamente 0,81.

11. Defina ¿qué es la cabeza de presión estática y qué es la cabeza de presión de velocidad?

Cabeza de presión estática: Es debida a la fuerza que actúa sobre el área transversal de un conducto. La energía depresión se representa por la altura de la columna liquida que está por encima del punto considerado.

Cabeza de velocidad: Es la energía que posee el agua en virtud del movimiento con una velocidad V. Representa la altura la altura a la que subiría un líquido si es lanzado verticalmente con una velocidad.

Conclusiones

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desalojado.

Las presiones producen fuerzas sobre las superficies sumergidas en el fluido. La fuerza que ejerce un fluido sobre una superficie sólida que está en contacto con él es igual

al producto de la presión ejercida sobre ella por su área.

Anexos