MARCO TEORICO
EMPUJE La fuerza de empuje es una fuerza que aparece cuando se sumerge un cuerpo cualquiera en un fluido. El módulo de esta fuerza de empuje viene dado por el peso del volumen del fluido desalojado. Esto es conocido como ley o principio de Arquímedes. Se produce ya que la presión de cualquier fluido depende principalmente de la altura a la que se encuentra debajo de este. La presión ejerce una fuerza sobre cualquier cuerpo sumergido en un fluido y tiene la propiedad de que la fuerza que ejerce es perpendicular a la superficie del cuerpo siempre. Si se piensa en un cuerpo cúbico sumergido es evidente que alguna de sus caras estará más profunda que el resto de ellas. Dado que la presión ejerce una fuerza sobre todas las caras sin importar cuál sea y siempre perpendicular a esta, la fuerza que se ejerce sobre la cara más profunda es mayor que la fuerza sobre la cara menos profunda, lo que da como resultante una fuerza ascendente. En las caras laterales no ocurre esto ya que las fuerzas laterales se restan pues punto a punto se encuentran a la misma altura. DENSIDAD La densidad es la medida del grado de compactación de un material, y a su vez es una las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases, la densidad permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia. La densidad se define como el coeficiente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa., en el Sistema Internacional, la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr/cm3).La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor.
HIDROMETRO Es un instrumento desarrollado para medir la densidad relativa o gravedad específica de varios líquidos. Mide la densidad en relación a su radio, comparado contra la densidad del agua. La densidad relativa del agua es una constante de 1.0, y para obtener una lectura precisa, debe haber partes iguales de agua y del otro líquido a medir. Estos instrumentos vienen en diferentes formas y tamaños, pero suelen ser bombillas de cristal con tallos, también de cristal. La bombilla es la carcasa para un poco de plomo, o una pequeña cantidad de mercurio, que la hace flotar en el líquido medido. Dentro del tallo hay una escala de papel que permite que el usuario tome una medida directa de la densidad del líquido. En el hidrómetro, se verá la temperatura de calibración, de modo que sabrás a qué temperatura medir la densidad de los líquidos. Para medir la densidad de un líquido, se llena un tubo de ensayo cilíndrico grande a la mitad con el líquido, y después se coloca el hidrómetro en el tubo. El hidrómetro subirá y bajará en el agua, hasta asentarse finalmente. Cuando lo haga, se puede leer la densidad, buscando dónde llega el agua dentro del tallo del hidrómetro. ACOPLAMIENTO DE BOMBAS Las bombas pueden ser arregladas en serie y paralelo. BOMBAS EN SERIE Según (Marbello, 2010), el acoplamiento de bombas en paralelo se emplea en casos en los cuales se desea elevar un mismo caudal a distintas alturas, o para impulsar un determinado caudal, venciendo grandes resistencias debidas a grandes longitudes de las conducciones (líquidos industriales: petróleo, ACPM, gasolina, etc.), si bien es relativamente pequeño el desnivel geométrico a vencer La impulsión de una bomba constituye la aspiración de la siguiente unidad, por lo que el caudal bombeado será el mismo en todas las máquinas aunque las alturas creadas deberán sumarse. Un caso especial es el de las bombas multicelulares, puesto que a pesar de estar los rodetes montados en serie el cuerpo de la bomba es único. Su uso es generalizado para elevar agua de pozos profundos, puesto
que utilizar un solo rodete elevaría a diámetros muy grandes. Además mejora el N √Q rendimiento puesto que éste crece con ns H 3/ 4 . Al acoplar bombas en serie hay que sumar alturas manteniendo caudales, lo que se traduce en que las curvas resultantes tienen una pendiente acusada, tanto mayor cuanto más grande sea el número de etapas. Ello ocasiona el que sean bastante rígidas y que las variaciones de nivel estacional de un pozo hagan fluctuar poco el caudal que elevan y el rendimiento de la instalación cuando la curva resistente tenga escasa pendiente (conducción sobredimensionada). Gráficamente se expresa así: Imagen 1. Curva Bombas en serie
Fuente: Herrera Julio, Universidad de la Republica Uruguay. BOMBAS EN PARALELO Cuando se trata de satisfacer las necesidades o demandas de agua, variables en el tiempo, como en sistemas de riego, o en redes de distribución de agua potable, se justifica el acoplamiento de dos o más bombas en paralelo. El fluido se aspira en un punto común, inyectándose después el caudal en la impulsión general. En este caso se suman los caudales, conservando las alturas. Todas las impulsiones se conectan ordenadamente a una conducción general común o a un múltiple de impulsión.
Su empleo se justifica por ejemplo cuando en un abastecimiento el consumo de agua fluctúa mucho con el tiempo, si bien las condiciones de uso se mantienen. La utilización de una sola bomba tratando de satisfacer una amplia gama de consumo sería factible, pero a costa de trabajar con rendimientos bajísimos en determinados puntos de funcionamiento. Poniendo en funcionamiento en forma progresiva los grupos necesarios según el consumo, se logra mantener el rendimiento dentro de márgenes razonables. Otro caso será cuando hay gran Q para satisfacer y es imprescindible tener un buen nivel de respaldo. Para obtener la curva de funcionamiento de un sistema de bombas acopladas en paralelo solo se debe sumar los caudales para una misma altura. La suma de caudales manteniendo las alturas para obtener la curva característica del sistema acoplado resulta ser: Imagen 2. Curva sistema acoplado bombas en paralelo.
Fuente: Herrera Julio, Universidad de la Republica Uruguay
BANCO HIDRAULICO El banco hidráulico está diseñado como mesa de trabajo, sobre la que se pueden utilizar una gran variedad de equipos didácticos, en los que sea necesario un aporte de caudal. Cuenta con dos depósitos volumétricos de diferentes tamaños, para la medida de pequeños y grandes caudales con gran exactitud. El banco cuenta con conexiones mediante tuercas de unión y un enchufe rápido (suministrado con 2 metros de manguera flexible), de forma que la instalación de los diferentes equipos de trabajo es ágil y sencilla.
Una de las prácticas realizables con el propio equipo se puede realizar entre otras, las siguientes prácticas, calibración de un depósito volumétrico, medida de caudales con depósito volumétrico. Otra característica del Banco Hidráulico es que el depósito inferior de almacenamiento de agua, cuenta con una tapa para evitar la acumulación de polvo y partículas, manteniendo así el agua en mejores condiciones durante un periodo de tiempo más prolongado. De esta forma también se consigue evitar que la deposición de diferentes residuos en el agua genere atascos a lo largo del circuito hidráulico dando lugar a problemas indeseados. CAUDAL Es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.
FLOTACION Si se tiene un cuerpo flotando en la superficie de un líquido o sumergido totalmente en el interior del mismo, la fuerza resultante que mantiene a dicho cuerpo en su posición se denomina “Fuerza de Flotación”. Cuando un cuerpo está totalmente sumergido en un líquido en reposo, el líquido ejerce presión hidrostática en cada una de las partes del cuerpo en contacto con el fluido. Por la ecuación básica de la Estática de Fluidos, en el mismo nivel h las fuerzas ejercidas sobre el cuerpo debidas a la presión se compensan, pues son iguales en magnitud. Sin embargo, la presión que ejerce el fluido sobre la parte inferior del cuerpo será mayor que la ejercida sobre su parte superior, por lo que las fuerzas correspondientes son diferentes en magnitud y no se compensan. La fuerza resultante debida a la diferencia de presiones hidrostáticas entre el nivel h2 y el nivel h1 es la fuerza de flotación. Es por ello que esta fuerza siempre actúa en dirección vertical y con sentido hacia arriba. Si el cuerpo en flotación no se mueve, la fuerza de flotación estará equilibrando el peso del cuerpo .
[1]. E How.com, Hidrómetro, Recuperado 3 noviembre de 2015 [en línea], disponible en http://www.ehowenespanol.com/definicion-hidrometro-sobre_47263/. [2]. La Guía, Empuje y Teorema de Arquímedes, Recuperado 3 de noviembre de 2015 [en línea], disponible en http://fisica.laguia2000.com/fisica-mecanica/empuje.
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