UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº 1 MEDIDA DE VISCOSIDAD 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL Describir Describir e interpretar interpretar el método método de análisis análisis de la viscosidad viscosidad de un fluido fluido mediante el uso del viscosímetro de Hoopler junto con las variables que afectan esta medida.
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS • • • • • •
Conocer el manejo adecuado del viscosímetro de Hooper Identificar los cambios que se presentan en el análisis de la propiedad fundamental de los fluidos viscosidad Conocer y describir bajo que fuerzas o esfuerzos actúan los fluidos Comprender la variacin de la viscosidad debido al cambio de temperatura !rocesar datos de tiempo y temperatura para calcular la viscosidad "raficar viscosidad vs tiempo en papel semi lo#arítmico
". BASE TE$RICA $l área área de la mecáni mecánica ca aplica aplicada da que estudia estudia el comportamien comportamiento to de los fluidos fluidos ya sea que permane permanezca zcan n en reposo reposo o esté estén n en movi movimi mien ento to const constitituy uye e la mecánica de fluidos y la %idráulica. $n el desarro desarrollo llo de sus princi principio pioss al#una al#unass propied propiedades ades son import important antes es y otras otras poco menos o nada. $n el flujo de estas sustancias sustancias &fluidos'( &fluidos'( la propiedad propiedad mas importante importante es la viscosidad viscosidad la cual se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido.
%. APARATOS • • • • •
)iscosímetro Hoopler *ermmetro Cronometro Densímetro +uestra problema
&. PROCEDIMIENTO +edir +edir la densid densidad ad relati relativa va de la sustan sustancia cia proble problema ma con ayuda ayuda del densímetro • )erificar )erificar que las condiciones condiciones del equipo equipo sean ptimas ptimas tales como nivel de a#uan en el termostato y en el viscosímetro Deposite la sustancia sustancia problema problema en el capilar( capilar( procurando procurando que no quede • Deposite nin#una #ota de aire dentro del tubo ,eleccione la esfera esfera adecuada adecuada y déjela caer dentro del tubo empiece empiece a • ,eleccione medir el tiempo tiempo de caída de la esfera seleccionada seleccionada mínimo mínimo tres veces con el fluido a las si#uientes temperaturas • *emperatura ambiente ( -/C( 0/C( 1/C ( 2 /C esfera debe debe entrar entrar en el líquid líquido o y permane permanecer cer en el sin produci producirr • 3a esfera burbujas •
'. EVALUACI$N 3a viscosidad viscosidad dinámica dinámica se mide en centipoises( centipoises( en el sistema sistema de unidades unidades C."., C."., anti#uo. anti#uo. 4o obstante obstante el estudiante estudiante debe sustituir sustituir las unidades unidades al ,.I donde5 3a viscosidad dinámica en centipoises se calcula por la formula5
= K ρ e − ρ f t 6 7 constante constante de la esfera esfera a utilizar ρ e 7 densidad de la esfera &8#9cm :' ρ f 7 7 densidad del fluido fluido &8#9cm:' t 7 tiempo de caída de la esfera &s' µ
*anto 6 y
ρ ; se encuentra
en la tabla del catalo#o del viscosímetro
%. APARATOS • • • • •
)iscosímetro Hoopler *ermmetro Cronometro Densímetro +uestra problema
&. PROCEDIMIENTO +edir +edir la densid densidad ad relati relativa va de la sustan sustancia cia proble problema ma con ayuda ayuda del densímetro • )erificar )erificar que las condiciones condiciones del equipo equipo sean ptimas ptimas tales como nivel de a#uan en el termostato y en el viscosímetro Deposite la sustancia sustancia problema problema en el capilar( capilar( procurando procurando que no quede • Deposite nin#una #ota de aire dentro del tubo ,eleccione la esfera esfera adecuada adecuada y déjela caer dentro del tubo empiece empiece a • ,eleccione medir el tiempo tiempo de caída de la esfera seleccionada seleccionada mínimo mínimo tres veces con el fluido a las si#uientes temperaturas • *emperatura ambiente ( -/C( 0/C( 1/C ( 2 /C esfera debe debe entrar entrar en el líquid líquido o y permane permanecer cer en el sin produci producirr • 3a esfera burbujas •
'. EVALUACI$N 3a viscosidad viscosidad dinámica dinámica se mide en centipoises( centipoises( en el sistema sistema de unidades unidades C."., C."., anti#uo. anti#uo. 4o obstante obstante el estudiante estudiante debe sustituir sustituir las unidades unidades al ,.I donde5 3a viscosidad dinámica en centipoises se calcula por la formula5
= K ρ e − ρ f t 6 7 constante constante de la esfera esfera a utilizar ρ e 7 densidad de la esfera &8#9cm :' ρ f 7 7 densidad del fluido fluido &8#9cm:' t 7 tiempo de caída de la esfera &s' µ
*anto 6 y
ρ ; se encuentra
en la tabla del catalo#o del viscosímetro
ESFERA Nº (((( ) (((( T*+,*rat-ra ºC
ρ 1 (((( ((((
t1 /*0 /*0
FLUIDO
t"/*0
t% /*0 /*0
ρ < ====
t& /*0 /*0
t' /*0 /*0
t /*0 /*0
Ti*+,2 ,r2+*3i2 *4 /*0
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS Con los datos obtenidos obtenidos de tiempo tiempo se calculan calculan el valor de la viscosidad viscosidad para cada una de las temperaturas •
>ealizar una #ráfica de viscosidad vs *emperatura • Investi#ar sobre otros métodos de medir viscosidad • Consultar sobre los #rados de viscosidad ,?$ e I,@ • Aue es índice de viscosidad • Ha#a un análisis análisis de los resultados resultados obtenidos obtenidos en el laboratorio laboratorio ( elabore elabore sus propias conclusiones y recomendaciones •
VISCOS#METRO HOOPLER ML5 Distancia de la caída de la esfera5===== Diámetro inferior5 marca superior5======
Bn#ulo de inclinacin5 == +arca inferior5 ====
B26a
Di7+*tr2 3* 6a 826a a "9º C :++;
P*/2 3* 6a 826a :0ra+2/;
!ra<*3a3 */,*ci=ica a "9ºC
C24/ta4t* 3* 6a 826a )
; < : 0 1
;0.;: ;0.1:-0 ;0.11 ;0.< ;:.0-1 ;.
-.1;< -.-0 ;1.<<; ;-.: ;.:<: -.<
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>. INFORME $l informe debe realizarse de acuerdo a las normas vi#entes para la elaboracin de inform informes es técnic técnicos os y los cálculo cálculoss deberán deberán especi especific ficarse arse en ,istem ,istema a Internacional.
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( +?*?IE( Claudio( Claudio( +ecánica +ecánica de fluidos fluidos y maquinas maquinas %idráulicos %idráulicos $ditorial $ditorial +aria( ,e#unda $dicin )$4 *$ CH@F ( Hidráulica de canales objetos. $ditorial +c "raGHill >@D>"J$K D?K Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $scuela Colombiano de In#eniería >@M$>* 3. +@**. +ecánica de fluidos aplicado. $ditorial prentice may ,@*$3@ ?)I3? "ilberto. Hidráulico #eneral.
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS. LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº " MEDIDA Y OBSERVACI$N DEL N@MERO DE REYNOLDS 1. OBETIVO 1.1 OBETIVO !ENERAL @bservar y determinar mediante el aparato de >eynolds la diferencia entre flujo laminar( de transicin y turbulento
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS Conocer cualitativam cualitativamente ente la diferencia diferencia entre flujo laminar y turbulento. turbulento. Calcular el parámetro llamado 4úmero de >eynolds. N entender su uso y utilidad. ?preciar visualmente la distribucin de la velocidad a través del área del flujo.
". BASE TE$RICA $l com comport portam amie ient nto o de un flui fluido do(( particu particular larmen mente te con respect respect a las perdi rdidas das de ener ner#ía #ía( depe epende fundam fundament entalm alment ente e del tipo tipo de flujo flujo &laminarO transicin o turbulento'( esto se puede predecir si se conoce la ma#nitud de un numero adimensional conocido como el numero de >eynolds( ,e puede verificar analítica y eLperimentalmente que el carácter del del fluj flujo o en un cond conduc ucto to redo redond ndo o depende de - variablesO la densidad & ρ ' y la viscosi viscosidad dad del fluido fluido & µ '( el diámetro del conducto & D '( N la velocidad promedio del fluido & )'. %. APARATOS
• • • •
?parato de >eynolds. Cronmetro *ermmetro. Calibrador y cinta métrica >ecipiente o probeta #raduada.
&. PROCEDIMIENTO *odas las partes del aparato deben permanecer sin vibracin manteniendo constante el nivel de a#ua en el tanque de suministro permitiendo la salida de azul de metileno( en mínima cantidad. • ,e abre la válvula a la salida y se observan en el tubo de vidrio las características del flujo &laminar de transicin y9o turbulento'. • Dar paso al fluido con la válvula en el rotámetro colocado en la parte *erminal del tubo( dando vuelta al botn en la parte inferior de este. $l rotámetro esta #raduado con una escala que va de5 .; a ;. #aln por minuto. 3as variaciones en las mediciones deben %acerse cada .0 #alones 9 mino desde et valor mínimo %asta el tope de la escala( e ir observando el tipo de flujo que indica en trazador dentro del tubo. • ,e lee la diferencia de presin en los tubos piezométricos. • ,e abre un poco mas la válvula de salida( se observa el tipo de flujo y se toman nuevamente las lecturas de volumen de liquido( tiempo y diferencia de presin( %asta abrir totalmente la válvula. • ,e debe medir la distancia entre los puntos de los piezmetros y el diámetro del tubo. •
4ota5 el equipo debe estar libre de vibraciones.
'. CALCULO TIPO $l 4úmero de >eynlds se calcula con la si#uiente ecuacin5 4> 7 &)PDI'9v o 4>7
ρ VD µ
Donde5 ) 7 )elocidad del fluido en m 9 s DI 7 Diámetr interno del tubo en m. v 7 viscosidad Cinemática m P s. µ 7 viscosidad dinámica 4s 9 m<
R2ta+*tr2 "al9 min
; .
. ;
ρ 7
densidad 8# 9 m:
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS !ara la práctica se debe llenar la si#uiente tabla *ubo 3 7 ======================= DI ====================
Ca-3a6 :0a6+i4;
:++ 3* c.a;
Con los datos leídos calcular el número de >eynotds y compararlo con lo observado. Con los deltas de presin del tubo piezometrico( de diámetro interno del tubo y la lon#itud entre los tubos piezometricos calcular las perdidas de ener#ía para el tubo de vidrio.
>. INFORME $l informe debe cubrir todos los aspectos normativos para la presentacin de informes técnicos. Ha#a un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio concluya y recomiende.
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudio +ecánica de fluidos y máquinas. $ditorial $dicin
Haría ,e#unda
)$4 *$ CH@F. Hidráulica de canales abiertos $ditorial +c "raGHill >@D>I"J$K Díaz ( Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $ditorial $scuela Colombiana de In#eniería. >@M$>* 3. +@** ( +ecánica de fluidos aplicada. $ditorial !rentice Q may ,@*$3@ ?)I3? "I3M$>*@. Hidráulica #eneral UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y MÁQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº % ÁR6ETE HIDRÁULICO 1. OBETIVO 1.1 OBETIVO !ENERAL Conocer el principio básico que ri#e el fenmeno del #olpe de ariete.
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS .Conocer y evaluar el ariete %idráulico y calcular su eficiencia. Determinar los efectos ne#ativos que puede causar el #olpe de ariete en cualquier sistema %idráulico.
". BASE TE$RICA $l ariete %idráulico es un dispositivo que utiliza como principio de funcionamiento el #olpe de ariete( que permite la elevacin de una cantidad parcial de a#ua del total de lle#ada al ariete( sin más ener#ía que una pequeRa altura de caída de a#ua. !or esto el ariete %idráulico %a tenido #ran utilizacin( principalmente en zonas rurales donde aún no %a lle#ado la ener#ía eléctrica.
%. APARATOS ?riete %idráulico Cronmetro >ecipiente o probeta #raduada >ecipiente auLiliar &. PROCEDIMIENTO
Conectar y prender la motobomba para suministrarte a#ua al tanque que suministra a#ua al ariete. )erificar que el nivel en el tanque de suministro sea el recomendado. • ?brir parcialmente la válvula de entrada. 3a válvula automática empieza a funcionar abriendo y cerrando el paso de flujo( dando como resultado un aumento de presin por la detencin brusca del fluido. Cuando la válvula se cierra el flujo es enviado por el tubo elevado %asta una determinada altura y no puede retroceder debido a una válvula de c%eque. Cuando la válvula se abre el flujo se envía por el tubo dispuesto en la parte inferior. 3a campana actúa como amorti#uador del #olpe de ariete. $l #olpe de ariete es el ruido o #olpe producido por la detencin brusca del fluido. • ,e deben tomar simultáneamente los dos volúmenes de a#ua en un mismo tiempo. • ,e cierra a intervalos la válvula que se encuentra en el tubo elevado( con el fin de simular una tubería más lar#a( cuya altura es dada por el manmetro en J. •
)álvula de entrada $l proceso se repite con otra apertura de la válvula de entrada $n todos los casos se toman los • valores de % y H • ,e deben realizar por lo menos oc%o lecturas de caudales para cada apertura de la válvula de entrada. •
'. EVALUACI$N ?plicando el concepto de la conservacin de la ener#ía entre dos puntos( la eficiencia de un ariete %idráulico puede calcularse así5
η =
Q1
h
Q1 + Q2 H
Donde5 A; 7 Caudal elevado en cm:9s & )S 9 t ' A< 7 Caudal no elevado en cm3/s & )< 9 t' % 7 ?ltura de elevacin en m. & N T Up '
H 7s ?ltura del nivel del a#ua en el tanque de suministro en m. y 7 ?ltura de la tubería de elevacin en m. % 7 ?ltura en la columna del manmetro situado en la válvula de la tutoría elevada( en mm H#. !ara cada apertura de la válvula de entrada se deben tomar los si#uientes datos5
V1 :+6;
V":+6;
t :/;
:++ H0;
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE LOS RESULTADOS $valuar la eficiencia del ariete %idráulico para cada uno de las aperturas de la válvula de entrada y buscar el punto de mayor eficiencia. $laborar una curva de( η vs A; • Ha#a un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio( concluya y • recomiende. •
>. INFORME $l informe debe cubrir todos los aspectos normativos de la presentacin de informes técnicos.
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudio +ecánica de fluidos y máquinas. $ditorial $dicin
Haría ,e#unda
)$4 *$ CH@F. Hidráulica de canales abiertos $ditorial +c "raGHill >@D>I"J$K Díaz ( Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $ditorial $scuela Colombiana de In#eniería. >@M$>* 3. +@** ( +ecánica de fluidos aplicada. $ditorial !rentice Q may ,@*$3@ ?)I3? "I3M$>*@. Hidráulica #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y MÁQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº & PERDIDAS EN TUBER#AS Y ACCESORIOS 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL Determinar las pérdidas de car#a que ocurren en tuberías y accesorios y su variacin de acuerdo a los diferentes parámetros que intervienen.
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS Conocer la importancia que tienen las pérdidas de ener#ía en tuberías y accesorios para que los sistemas %idráulicos funcionen. • Determinar #randes pérdidas de ener#ía proporcionadas por al#unos accesorios. •
". BASE TE$RICA 3as perdidas de car#a en las tuberías son de dos clases5 primarias y secundarias. 3as pérdidas primarias( son las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería( rozamiento de una capa de fluido con otras &ré#imen laminar' o de las partículas definido entre si &ré#imen turbulento'. *ienen lu#ar un flujo uniforme o sea tramos de tubería de seccin constante. 3a pérdidas secundarias son las pérdidas de forma que tiene lu#ar en las transiciones &estrec%amiento o eLpansin de la corriente'( codos( válvulas y en toda clase de accesorios de tubería.
%. APARATOS
Manco de pruebas para pérdidas de car#a en tuberías y accesorios. Cronmetro. !robeta. >ecipiente auLiliar. VleLmetro. Calibrador pie de rey.
&. PROCEDIMIENTO >econocimiento del equipo. !oner en funcionamiento la motobomba( con las válvulas de paso totalmente abiertas( se van cerrando lentamente y se toman los respectivos volúmenes en un tiempo determinado( para el cálculo del caudal & A'. &*omar tres tiempos y tres volúmenes y sacar promedios'. ,e leen los deltas de presin en los manmetros diferenciales de mercurio para cada tramo de tubería y para cada accesorio. ,e deben tomar seis caudales diferentes.
'. EVALUACI$N !ara la evaluacin de las pérdidas de car#a en tuberías utilizamos la frmula de Darcy Feisbac%( para el flujo permanente en tubería circular( se adopta de la si#uiente forma5 %7
f *
L V
2
D 2 g
H5 !érdidas de !resin. V5 Coeficiente de rozamiento.. 35 3on#itud( &del tubo de prueba. D5 Diámetro del ánima del tubo &diámetro interior'. )5 )elocidadpromedio del fluido #5 ?celeracin de la #ravedad. W Haciendo H 9 3 7 & V 9 D ' P & ) < P <# ' 7 % 7 !érdidas por unidad de lon#itud( V9 D 7 C 7 Coeficiente de friccin. ,e tiene entonces H 7
C * V 2 2 g
'.1 DETERMINACI$N DEL N@MERO DE REYNOLDS :N R; 4> 7 )PD9v )5 )elocidad !romedio. D5 Diámetro ánima del tubo &diámetro interno'. v5 )iscosidad cinemática & a#ua 7 ;.2L ; 1 m< 9s ' )7A9?7-A9PD< 4>7-PA9 π D< A5 Caudal medio. D5 ;.; cm tubería de cobre. D5 ;. cm tubería de !)C D5 ;.<2 cm tubería #alvanizada.
'." DETERMINACI$N DEL COEFICIENTE DE FRICCI$N C 7 <#P % H# 9 )< C5 Coeficiente de friccin &Dia#rama de +oody'. # 5 ?celeracin de la #ravedad. %H# 5?ltura en mercurio por unidad de lon#itud ) 7 )elocidad de fluidos 4@*?5 *ener en cuenta que para accesorios se tiene que restar el tramo recto de tubería incluido( y calcular la lon#itud equivalente &buscar #ráfica'.
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS $laborar una tabla donde incluya los cálculos de5 A5 caudal medio &cm :9s'. N5 )elocidad del fluido. %5 cm de a#ua 35 lon#itud en cm. 3e5 3on#itud equivalente en cm. 4>5 numero de >eynolds. C5 Coeficiente de friccin. ,e debe elaborar las si#uientes #ráficas5 % vs. 4> !ara cada tipo de tubería % vs. )< 9
$laborar la si#uiente tabla5
V26
t :/;
ACCESORIOS :c+ H0; >ecto !.).C >ecto #alv >ecto Cobre Codos -0/ Codos / Codos ;/ * cobre >educ. Cobre $Lp. cobre >ed. !.).C $Lp. !.).C !latina
V26
t :/; V26
:c+ H0;
t :/;
:c+ H0;
V26
t :/;
V26
:c+ H0;
t :/;
:c+ H0;
>. INFORME Ha#a un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio elabore( sus conclusiones y recomendaciones. $l informe debe cubrir todas las normas para presentacin de informes técnicos
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudio +ecánica de fluidos y máquinas. $ditorial $dicin
Haría ,e#unda
)$4 *$ CH@F. Hidráulica de canales abiertos $ditorial +c "raGHill >@D>I"J$K Díaz ( Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $ditorial $scuela Colombiana de In#eniería. >@M$>* 3. +@** ( +ecánica de fluidos aplicada. $ditorial !rentice Q may ,@*$3@ ?)I3? "I3M$>*@. Hidráulica #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº ' CALIBRACI$N DE MEDIDORES DE FLUO 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL Distin#uir instrumentos de medicin de flujo como requisito para medir caudales en tubería. Conocer los dispositivos de medidores de flujo e implementacin de estos en la práctica
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS Describir los factores que se consideran en un sistema de medicin como son5 placa de orificio( tubos venturi ( boquilla( rotametro. •
". BASE TE$RICA $n el sistema de medicin de flujo se debe tener en cuenta al#una razones importantes como son la elevacin( la presin( la velocidad( la temperatura y la concentracinO los sistemas modernos permiten la medicin de #randes cantidades de datos de muestras altas que miden el caudal con cierta precisin.
".1 PLACA DE ORIFICIO ,e utilizan para medir el caudal salida de un dispositivo la placa pleno lleva un orificio a través del cual fluye el fluido( la contraccin eLperimentada por un fluido es considerable( el punto de seccin transversal de la vena liquida se encuentra entre una y dos diámetros del orificio a#uas abajo y en esta zona se determina la presin para poder %allar la diferencia.
"." TUBO VENTURI $l tubo venturi se utilizo para medir la tasa de lujo en una tubería( #eneralmente es una pieza de fundida que consta5 ;.Jna porcin de a#ua arriba tiene un revestimiento de bronce contiene anillos piezometricos para medir presin estático <. Jna re#in cannica conver#enteO :. Jna #ar#anta cilíndricaO -. Jna re#in cnica #radualmente diver#enteO contiene un manmetro diferencial que conecta los dos anillos piezometricos( en ellos la velocidad aumenta y la ener#ía de presin disminuye li#eramente y tiene muc%as aplicaciones en la vida diaria principalmente cuando se va a inyectar un líquido dentro una corriente de aire
".% BOQUILLA Consiste en una placa con un orificio central donde no eListe salida diver#ente( por lo tanto la zona de entrada queda convertidos en una forma más redondeada donde el cociente de contraccin es la unidad. $stas boquillas tienen una desventaja de que las perdidas totales son muc%o mas #rande debido a la falta de #uía del c%orro de a#uas abajo de las aberturas de las boquillas.
".& ROTAMETRO $s un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de flotador & mas pesado que el líquido'( el cual se desplaza %acia arriba por el flujo ascendente en la teoría. $l tubo se encuentra #raduado para leer directamente el caudal ( el flotador sirve para ori#inar una diferencia constante de presin y su posicin depende del caudal del fluido que esta circulando por el en cada instante.
%. APARATOS A UTILIAR
Manco de prueba para medidores de flujo Cronometro !robeta >ecipiente auLiliar
&. PROCEDIMIENTO
>evisar que cada una de las coneLiones fleLibles de los manmetros diferenciales estén sin aire. >evisar que las válvulas de corte tanto para el flujo como para los manmetros diferenciales estén totalmente cerrados. ?brir válvulas de corte para el manmetro diferencial que se va a utilizar
?brir li#eramente la válvula de paso del dispositivo que se va a utilizar !oner en funcionamiento la bomba y verificar que este cebada( si se encuentra funcionando correctamente procedemos a tomar datos para diferentes caudales se deben tomar por lo menos cinco &0' lecturas de volumen y tiempo para cada apertura de la válvula. ,i lo bomba no esta cebada se apa#a y se ceba y se pone en funcionamiento nuevamente.
'. CALCULO TIPO !ara calcular el caudal para el tubo venturi( boquilla y placa de orificio se utiliza la si#uiente ecuacin Q
= 359 * C * F * d
2
h ρ
Donde 1
V7
4
d 1 − D
C 7 constante del dispositivo D 7 diámetro de la tubería en pul# < d 7 diámetro del orificio en pul#. ρ 7 densidad del fluido 7 1<.-3b9pie : % 7 delta de presin en el manmetro diferencial en pul#. c.a A 7 3itros 9 %ora 3os diámetros tanto de la tubería como del dispositivo se pueden ver en las fi#uras colocados en el banco de pruebas.
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS !ara cada dispositivo se debe llenar la si#uiente tabla Dispositivo5================ D5==================== d5 =============== , Ca-3a6 V*4t-ri P6aca T28*ra Ti*+,2 :/; V26-+*4 :L; :r2ta+*tr2; :++; 2ri=ici2 :++; !PM :c+;
!ara cada dispositivo elaborar una #ráfica de A vs %
!ara el rotametro elaborar una #ráfica de A vs caudal leído. Ha#a un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio( concluyo y recomiende
>. INFORME $l informe debe cumplir las normas para la presentacin de informes técnicos
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudia( +ecánica de fluidos y maquinas %idráulicos $ditorial +aria( ,e#unda $dicin )$4 *$ CH@F ( Hidráulica de canales objetos. $ditorial +c "raGHill >@D>"J$K D?K Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $scuela Colombiano de In#eniería >@M$>* 3. +@**. +ecánica de fluidos aplicado. $ditorial prentice may ,@*$3@ ?)I3? "ilberto. Hidráulico #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº ENSAYO COMPLETO DE UNA BOMBA TIPO TURBINA 1 OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL Determinar la altura &Ht' caudal &A' potencia consumida &!' potencia %idráulica &!%' rendimiento&A' y cabeza neta de succin positiva &4!,H'. Conocer la importancia de la bomba tipo turbina en la implementacin de la práctica.
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS $laboracin de las curvas características de la bomba tipo turbina para Ht( !%( A Describir las características principales de la bomba en la práctica DiseRo de las curvas en conc%a o colina de rendimientos de la bomba al final de la práctica.
η vs
". MARCO TE$RICO $l ensayo de este tipo de bomba es aquel que manteniéndose constate el número de revoluciones &4' se varía el caudal &A' y se obtienen eLperimentalmente las curva características. $l ensayo es un conjunto de ensayos elementales &' característico cada uno por un número diferente de revoluciones. ,e debe tener en cuenta los si#uientes aspectos para seleccionar una bomba tipo turbina5 tipo de bomba y fabricante( tamaRo de la bomba( tamaRo de la succin y tipo( tamaRo y tipo de descar#a( tipo de alimentacin &+otor eléctrico ( potencia requerida( voltaje( fase( frecuencia tamaRo de armazn' y tipo de acoplamiento.
%. APARATOS A UTILIAR Manco para ensayo completo de bomba centrifu#a
&. PROCEDIMIENTOS @bservar las condiciones de se#uridad y manejo para la puesta en marc%a del equipo • )erificar que eListan las condiciones de ener#ía eléctrica &;;0 volt' requerido para poner en funcionamiento el equipo. • @bservar que el nivel del deposito de a#ua se encuentre por encima de la válvula de pie • )erificar que los instrumentos de medida como tacmetro( voltímetro( amperímetro( manmetro y vacuometro estén ajustados en cero. • Cebar la bomba antes de poner en funcionamiento con la válvula re#uladora cerrada • !oner en funcionamiento la bomba con la válvula de paso totalmente abierta y mediante el control del variador de velocidad ajustaría suavemente %asta la velocidad nominal de :1 r.p.m. • *omar las lecturas de los instrumentos como son manmetro a la descar#a &!si'( vacuometro en la succin &pul H#'( voltímetro &voltios'( amperímetro &emperios' y manmetro &cm H#' •
)d 7 válvula de descar#a )s 7 válvula de succin +d 7 manmetro de descar#a +s 7 manmetro succin * 7 tacmetro ) 7 voltímetro ? 7 amperímetro , 7 seleccionador de velocidades % 7 Columna de mercurio en la placa del orificio )aría el caudal con la válvula de paso &0 veces' %asta el cierre completo y repetir las lecturas de los instrumentos. $n esta parte el voltaje y las r.p.m permanecen constantes !ara el ensayo completo con el vaciador de velocidad se ajustan las velocidades de rotacin de la mayor o la menor velocidad el ran#o( de velocidades recomendado es de :1 a < r.p.m &mínimo 0 lecturas'.
&. RECOMENDACIONES 3a válvula de paso se debe abrir lentamente para evitar los cambios bruscos de presin en el manmetro diferencial y que se arrastre el mercurio 4o eLceder el amperaje del motor cinco amperios ya que este es el nominal del motor y un eLceso podría causarle averías.
'. CALCULO TIPO '.1 ALTURA TOTAL DE LA BOMBA Ht 7 3a altura máLima o cabeza que puede dar la bomba Ht 7 !d Q !s !s 7 !resin de succin del vacuometro a al entrada de la bomba en cm H# !d 7 !resin de descar#a del manmetro a la salida de la bomba en !a
'." MEDIDA DEL CAUDAL :Q; A 7 11 .76 h A 7 caudal en 3!+
'.% POTENCIA EFECTIVA O POTENCIA DEL MOTOR !c 7 ) P I P V! Donde !c 7 !otencia al freno en G ) 7 !otencial eléctrico aplicados al motor &voltios' I 7 Corriente que circula por el motor &erios' V!. 7 Vactor de potencia de la maquina
'.& POTENCIA HIDRÁULICA !otencia que entre#a la bomba al fluido !% 7 A ρ gH Donde !% 7 !otencia %idráulica útil en H! A 7 caudal de la bomba en m :9s ρ 7 densidad del fluido en 8#9m :
# 7 #ravedad a en m9s< H 7 altura total en cm H#
'.' RENDIMIENTOS DEL SISTEMA η t 7 Ph
Pc
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS 3eer los datos para cada variacin de los r.p.m y completar la si#uiente tabla. >.!.+ )oltios &)' Corriente &I 7amperios' !d &!si' !s &!si' H &Cm H#'
Con los datos leídos calcular cada uno de las variables de cálculo tipo. ,acar conclusiones y elaborar las si#uientes #ráficas. H vs A( !t vs A( ensayo completo.
η t
vs A( del ensayo elemental y las curvas de conc%a del
Ha#a un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio( concluya y recomiende.
>. INFORME $labore el informe cumpliendo las normas vi#entes para al elaboracin de informes técnicos
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudio( +ecánica de fluidos y maquinas %idráulicos $ditorial Haría( ,e#unda $dicin )$4 *$ CH@F( Hidráulica de canales abiertos. $ditorial +c "raGHill >@D>"J$K D?K Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental. $ditorial $scuela Colombiano de In#eniería >@M$>* 3. +@**. +ecánica de fluidos aplicado. $ditorial !rentice may ,@*$3@ B)I3? "ilberto. Hidráulico #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº > CALIBRACI$N DE VERTEDEROS Y CODO MEDIDOR 1. OBETIVO 1.1 OBETIVO !ENERAL Calibracin de un vertedero de pared del#ado para medida de caudales en canales abiertos y de un codo para conductos cerrados. Calcular caudales tericos( velocidades( por medio de la práctica a realizar.
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS Conocer el principio básico que utilizan los vertederos para su funcionamiento ,aber la importancia de un vertedero en cualquier sistema para controlar la entrada o salida de caudal mediante un medio preciso y confiable
". BASE TE$RICA 3os vertederos son dispositivos que se usan en canales abiertos además son una barrera o pieza colocada en el canal para que el fluido se manten#a detrás del vertedero y para que después cai#a a través de una ranura cortada en la cara del vertedero( las %ay de dos tipos de pared #ruesas y de pared del#ada &máLima de 0 mm'( los primeros se utilizan para controlar niveles( los se#undos para medir caudales con #ran precisin. $Listen #eometrías de ranuras como son la rectan#ular( trian#ular( circular( etc.
%. APARATOS
Canal de a#ua )ertederos5 rectan#ular( trian#ular y trapezoidal Codo medidor Cronometro >ecipiente y probeta calibrada
&. PROCEDIMIENTOS ,e toman seria de diez &;' medidas re#ularmente espaciadas de volumen y tiempo( altura del manto &lamina de a#ua que se derrama por encima del vertedero para cada uno de los vertederos' ( mas o menos &;' m a#uas arriba del canal. !ara las mismas medidas de volumen y tiempo se re#istro la diferencia de nivel en el manmetro diferencial del codo.
'. CALCULO TIPO Vormula del vertedero A 7 .P ) P Di< por medio del ultrasonido ) 7 velocidad en m9s Di7 diámetro interior en m A 7 caudal en m:9s A 7 C P 6P % :9< A 7 Caudal dado en m :9s % 7 altura del manto c( 8 7
VERTEDERO C >ectan#ular <.0:
) b
µ
*rian#ular
<.:1< ;.1;
Vormula del codo A 7 6 L ? 2 gh
( B − b ) 0.0041 b h µ = 0.6075 − 0.045 * 1 + 0.55 * + B h B h + w 2
%
µ
*rapezoide
OBSERVACIONES
µ
c
= {0.5775 + 0.214 * h
125
2 h 2 } * 1 + B * ( h + w )
2
Donde 6 7 f &> 9D' f7; > 7 >adio de la curvatura del codo &> 7 .02-m' para codo !)C >D$ Q <; D 7 diámetro del codo en m &D 7 .;:-<m' # 7 ?celeracin de la #ravedad ? 7 área de flujo en m< 7
D π
2
4
% 7 diferencia de nivel en el manmetro del codo en m A 7 caudal en m:9s 6 7 constante del codo 3a formula empleada para calcular el caudal aproLimado en un codo de tubería a /
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS +irar las alturas del monto del borde del vertedero y la velocidad leía con el con el medidor ultrasnico. +edir el #radiente de presin en el manmetro del codo. Deben efectuarse &' lecturas por cada vertedero. *omar las dimensiones tanto del codo como los del vertedero.
V*62ci3a3 :+/;
+a4t2 :c+;
H c232 :++;
Con los datos tomados y calculados debe elaborarse #raficas en papel lo#arítmico de A vs H para cada vertedero y A para el codo Indique otros tipos de vertedero y su correspondiente formula Há#ase un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio( elabore sus conclusiones y recomendaciones.
>. INFORME
Debe elaborarse un análisis de teorías del principal aplicado en la obtencin de la formulas de los vertederos y deduccin de la eLpresin matemática para el codo y cada uno de los vertederos. $l informe debe elaborarse cumpliendo las normas vi#entes sobre la elaboracin de informes técnico
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudia( +ecánica de fluidos y maquinas %idráulicos $ditorial +aria( ,e#unda $dicin )$4 *$ CH@F ( Hidráulica de canales objetos. $ditorial +c "raGHill >@D>"J$K D?K Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $scuela Colombiano de In#eniería >@M$>* 3. +@**. +ecánica de fluidos aplicado. $ditorial prentice may ,@*$3@ ?)I3? "ilberto. Hidráulico #eneral.
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS
LABORATORIO DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº ? BOMBAS EN SERIE Y PARALELO 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL Conocer la importancia de la disposicin de los circuitos de bombas en serie y en paralelo para un sistema %idráulico
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS Conocer las condiciones de funcionamiento y operacin para los diferentes circuitos Determinar la altura( caudal( potencia consumida( potencia %idráulica( rendimiento y cabeza neta de succin positiva para circuitos de bombas en serie y en paralelo Conocer e interpretar el mejor rendimiento de la disposicin y aplicacin ya sea por elevacin o eLtensin.
". BASE TE$RICA Jna #ran variedad de bombas se encuentra disponible para transportar líquidos en sistemas flujo de fluidos. !ara casos individuales la seleccin y aplicacin adecuadas de las bombas se requiere una comprensin de sus características de funcionamiento y usos típicos( dentro de las cuales uno en particular para una aplicacin como de bombeo variable. ? menudo es menos costoso instalar dos bombas en serie o en paralelo que usar una única bomba mas #rande que puede quedar sub Q utilizada #ran parte del tiempo. Dos bombas conectadas en serie representan una duplicacin de la car#a mientras el caudal no varía estando una o estando mas bombas en serie mientras que dos bombas conectadas en paralelo representan una duplicacin del caudal manteniendo la misma car#a.
BOMBAS EN PARALELO Jtilizando dos bombas idénticas para alimentar fluido desde la misma fuente y entre#arlo en la misma cabeza duplica la velocidad de flujo entre#ado. $ste método se utiliza cuando la capacidad deseada esta más allá del límite de capacidad de cualquier bomba por si sola. $ste método también proporciona fleLibilidad en la operacin del sistema debido a que una de las bombas puede apa#arse durante las %oras de baja demanda o para darles mantenimiento.
BOMBAS EN SERIE ?l conectar la salida de una bomba a la entrada de una se#unda bomba( permite la obtencin de la misma capacidad a una cabeza total i#ual a la suma de los valores de las otras dos bombas. $ste método permite la operacin contra valores de cabeza altos( los cuales son poco frecuentes. Jn funcionamiento similar al que se lo#ra por medio de la utilizacin de bombas en serie se puede obtener utilizando.
BOMBAS MULTIETAPAS Dos o mas impulsores se arre#lan en la misma cubierta de tal forma que el fluido corre en forma sucesiva de una a la si#uiente. $n cada etapa o impulsor se incrementa la presin del fluido de tal forma que se puede desarrollar un valor de cabeza total muy elevado.
%. EQUIPO Y MATERIAL A UTILIAR Manco de bombas en serie y paralelo Cronometro
&. PROCEDIMIENTO @bservar las condiciones de se#uridad y manejo para la puesta en marc%a del equipo )erificar que eListan las condiciones de ener#ía eléctrica requerida para poner en funcionamiento el banco.
SISTEMA EN SERIE )erificar que la válvula &);' se encuentre completamente abierta y &) <' completamente cerrada( lo mismo que la &) :'. !render las bombas &M;' y &M<' ?brir completamente &)-' Con la válvula &) 0'( cerrada ( tomar las lecturas de los manmetros
);( )< 7 válvulas de succin ):( )-()0 5 )álvulas de descar#a ,; 7 )acuometro de succin ; ,< 7 )acuometro de succin < d; 7 +anmetro de descar#a ; d< 7 +anmetro de descar#a < M;( M< 7 Mombas ; y < ?brir un poco la válvula &)0' y tomar lecturas de los manmetros y del medidor >epetir el paso anterior %asta que &)0' se encuentre completamente abierta Cerrar las válvulas de descar#as y apoyar las bombas
SISTEMA EN PARALELO )erificar que las válvulas de succin &v ;' y &v<' se encuentren completamente abiertas !render las bombas ?brir un poco las válvulas &):' y &)0' y mantener la &) -' cerrada. ,e debe procurar que la diferencia manométrica o al menos la presin de descar#a de las bombas sea i#ual( esto se consi#ue re#ulando las válvulas de descar#a de cada uno de las bombas con el fin de que la presin en la unin sea i#ual. ,e toman los datos de los manmetros y del medidor para variar posiciones de las válvulas o de las lecturas manométricas. Cerrar las válvulas de descar#a y apa#ar las bombas 3as bombas son autocebantes
'. CÁLCULOS '.1 ALTURA TOTAL DEL SISTEMA Ht 7 ?ltura máLima o cabeza que puede dar el sistema !ara el sistema en serie se suman las < car#as de las bombas !ara el sistema en paralelo se toman una de las car#as de la bomba !s;5 !resin a la entrada de la bomba X ; !s<5 presin a la entrada de la bomba X < !d; 5 !resin a la salida de la bomba X ; !d< 5 !resin a la salida de la bomba X <
'." MEDIDA DEL CAUDAL :Q; Q =
V t
) 5 )olumen de a#ua que pasa por el medidor de flujo &m :' t 5 *iempo que demora el volumen de a#ua en pasar por el medidor &se#.'
'.% POTENCIA CONSUMIDA POR EL SISTEMA
!c 7 !; T !< !; 7 &);P I;P Vp' !< 7 &)< P I< P Vp' ); 7 !otencial eléctrico aplicado a la bomba X ; &voltios' I;7 Corriente que circula por la bomba X ; &erios' )< 7 !otencial eléctrico aplicado a la bomba X < &voltios' I< 7 Corriente que circula por la bomba X < &erios' Vp 7 Vactor de potencia
'.& FACTOR DE POTENCIA $s la potencia que entre#an las bombas al fluido γ
P Q Ht γ 7 peso especifico del a#ua &; 8# 9m :' A 7 caudal de la bomba &m :9s' Ht 7 altura total de la bomba metros '.' RENDIMIENTO DEL SISTEMA η = Ph Pc
'. CABEA NETA DE SUCCI$N POSITIVA
4!,H 7 %sp Y %s Q %f %vp 4!,H 7 %sp Y %s Q %f %vp %sp 7 cabeza de presin estática &absoluta' aplicada al fluido &en metros de fluido' %s 7 diferencias de elevacin desde el nivel de fluidos en el deposito %acia la entrada de la bomba %f 7 perdidas por friccin &en la tubería de succin' %sp 7 presin de vapor del fluido &a la temperatura de la bombeo'
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS
3eer los si#uientes datos para la prueba ) 7 ======= voltios
Vp 7 =======
n 7 ======== rpm
$laborar las si#uientes tablas para cada uno de los circuitos con los datos leídos *abular
SISTEMA EN SERIE t; !s; !d; I H &s' &8!a' &8!a' &?' &m H<@'
t< &s'
!s< &8!a'
!d< &8!a'
I H A< &?' &m H<@' &m:9s'
SISTEMA PARALELOS t; !s; !d; I H &s' &8!a' &8!a' &?' &m H<@'
t< &s'
!s< &8!a'
!d< &8!a'
I H A< &?' &m H<@' &m:9s'
Con los datos leídos calcular cada una de las variables del calculo tipo( sacar conclusiones y elaborar las #ráficas. Ht vs. A !c vs. A η vs. A Ha#a un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio concluya y recomiende
>. INFORME
Debe elaborarse cumpliendo las normas vi#entes para la elaboracin de informes técnicos
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudia( +ecánica de fluidos y maquinas %idráulicos $ditorial +aria( ,e#unda $dicin )$4 *$ CH@F( Hidráulica de canales objetos. $ditorial +c "raGHill >@D>"J$K D?K Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $scuela Colombiano de In#eniería >@M$>* 3. +@**. +ecánica de fluidos aplicado. $ditorial !rentice may ,@*$3@ B)I3? "ilberto. Hidráulico #eneral.
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº CANALETA PARSHALL 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL .$studio de la canaleta !ars%all
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS ?nalizar la precisin que debe tener la canaleta para la medicin del flujo utilizando las frmulas con las cuales fue desarrollada. Dar a conocer al estudiante la importancia de la canaleta !ars%all para econmicas mediciones de flujo. Comparar la medicin de flujo de la canaleta con otros equipos empleados para el mismo fin.
". BASE TE$RICA 3a canaleta !ars%all está constituida por tres partes fundamentales5 la entrada( la #ar#anta y la salida. $l medidor !ars%all %a tenido una #ran adaptacin corno estructura de aforo debido a las #randes ventajas que presenta. 3a pérdida de car#a es muy pequeRa en comparacin con la que se ori#inan en otras estructuras de aforo. 3a canaleta !ars%all tiene dos puntos para la medicin de las car#as de entrada Ha y Hb medida en un punto cercano de la seccin de la #ar#anta. Cuando la car#a Hb es considerablemente menor que la car#a HaO se dice que el medidor trabaja con descar#a libre y en estas condiciones el #asto es funcin únicamente de la car#a Ha de la entradaO pero cuando la car#a Hb difiere poco de la car#a Ha se dice que el medidor trabaja con sumersin y entonces el #asto es
funcin de las dos car#as Ha y Hb( su relacin se llama #rado de ,umersin. %. APARATOS . Canaleta !ars%all. . Cinta métrica . Cronmetro
&. PROCEDIMIENTO $mbra#ar la poleaque permite el movimiento de la canaleta !ars%all. Majar la canaleta al nivel del fondo del canal. )erificar que el tanque subterráneo esté lleno. )erificar que la válvula de descar#a esté cerrada. )erificar que la compuerta del tanque de aquietamiento esté cerrada. $ncender la motobomba y ase#urar el suministro de a#ua al tanque de aquietamiento %asta el nivel de la parte inferior de la compuerta( en caso de estarlo pasar al si#uiente punto. *omar la lectura de Hi en el piezmetro del tanque de aquietamiento. *omar la altura 4< en le piezmetro del tanque de aquietamiento y el tiempo transcurrido. >epetir el procedimiento tres veces &3as alturas pueden ser de 0 cm'. *omar la lectura ?H en el piezmetro del codo aforador. ?brir la compuerta de entrada a una altura determinada F. $sperar que el caudal se estabilice. *omar los valores de Ha. >epetir el procedimiento para varios caudales.
'. CALCULO TIPO Calcular el caudal que circula a través de la canaleta !ars%all( conociendo el anc%o de la #ar#anta &F'y la car#a de entrada Ha( mediante la formulaO A 7 6P HP Donde5 6 7 .;-;00n 7 ;.-;110 Compare el caudal calculado en la canaleta( con los calculados por medio del tanque de aquietamiento( codo aforador y equipo ultrasonido. Z Codo +orador A 7 6 P ? &
67f&>9D'
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS !ara la practica se debe llenar la si#uiente tabla
C232 a=2ra32r % &m' ∆
EG-i,2 -6tra/24i32
A ) : &m 9s#' &m9s'
A &m:9s#'
Ni<*6 3*6 a0-a 3*6 ca4a6 % &m'
A6t-ra /28r* 6a cr*/ta
Ca4a6*ta Par/a66
H &m'
A &m 9s#' :
Ha#a un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio( concluya y recomiende.
>. INFORME Debe cumplir las normas para la presentacin de informes técnicos
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudio +ecánica de fluidos y máquinas. $ditorial $dicin
Haría ,e#unda
)$4 *$ CH@F. Hidráulica de canales abiertos $ditorial +c "raGHill >@D>I"J$K Díaz ( Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $ditorial $scuela Colombiana de In#eniería. >@M$>* 3. +@** ( +ecánica de fluidos aplicada. $ditorial !rentice Q may ,@*$3@ ?)I3? "I3M$>*@. Hidráulica #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIOS DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº 19 RESALTO HIDRÁULICO 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERALE .Determinar los diferentes tipos de flujo mediante el resalto %idráulico
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS +edir el cambio de ré#imen de un tirante menor al critico y de éste a uno mayor Comprobar la situacin física de un fluido de acuerdo al tipo de flujo en que se encuentre. Hacer las comprobaciones del tipo de flujo calculando el número de Vroude
". MARCO TE$RICO $l resalto %idráulico es el cambio de una profundidad menor a una mayor pasando de un flujo torrencial &supercrítico' a un flujo tranquilo &subcritico'. $ste fenmeno se presenta en la salida de las compuertas deslizantes( en obstáculos sumer#idos y en la base del vertedero en los embalses. el punto de vista práctico el resalto %idráulico se utiliza como disipador de ener#ía para evitar la posible erosin a#uas abajo de los vertederos de rebose y compuertas deslizantes( debido a que reduce rápidamente la velocidad del flujo aumentando su área. 3os tipos de resalto se clasifican de acuerdo al número de Vroude V 7) P) &# P yc' en el flujo entrante. V 7;. el flujo es critico y no se forma resalto V 7 ; a ;.2( se presenta resalto ondulante( cuando la superficie del a#ua presenta ondulaciones sin retorno del liquido V 7 ;.2 a <.0 se presenta resalto débil( se desarrolla una serie de remolinos sobre la superficie del resalto pero la superficie a#uas abajo permanece uniforme. 3a pérdida de ener#ía es baja. V 7 <.0 a -.0( se reproduce el resalto oscilante( eListe un c%orro oscilante que
entra desde el fondo del resalto %asta la superficie y se devuelve sin nin#una periodicidad. V 7 - a ( se presenta resalto estable( la accin y la posicin de este resalto son menos sensibles a la variacin en la profundidad a#uas abajo. V 7 o mayores( se produce el resalto fuerte( la accin del resalto es brusca pero efectiva debido a que la disipacin de ener#ía puede alcanzar un :0[. Características5 !érdida de ener#ía( es la diferencia de las ener#ías específicas antes y después del resalto. ∆ E = EI − E 2 =
( Y 2 − Y 1) 3 ( 4 * Y 1 * Y 2 )
.$ficiencia del resalto( relacin entre la ener#ía específica antes y después del resalto.
(8 F
2
E 2
=
)
+1
2
3/ 2
−
(
2
4 F 2
8 F 2 + F
+1
)
.?ltura de resalto( es la diferencia entre las profundidades después y antes del resalto. Hi 7NNl al eLpresar cada término como la relacin con respecto a la ener#ía específica inicial Hi E 1
Y 2 =
E 1
Y 1 −
E 1
O
(1
+
)
2 1/ 2
8 F 2
F
+
−
3
2
3on#itud del resalto( se define como las distancias que %ay desde la cara frontal riel resalto %asta un punto intermedio sobre la superficie del flujo a#uas abajo con la ola asociada con el salto. !erfil superficial del resalto( es necesario en el diseRo del borde libre para los muros laterales del cuenco disipador donde ocurre el resalto y es importante para determinar la presin que debe utilizarse en el diseRo debido a que la presin vertical en el piso bajo
el resalto %idráulico es la misma que indica el perfil de la superficie del a#ua. 3a determinacin del perfil del resalto %idráulico se %ace eLperimentalmente por medio de piezmetros colocados a lo lar#o del fondo del canal rectan#ular a distancias donde se puede observar el cambio de ré#imen del resalto.
%. EQUIPO EMPLEADO Canal rectan#ular flauta y piezmetros Compuerta Cronmetros Cinta métrica +edidor de a#ujas
&. PROCEDIMIENTO )erificar que el tanque subterráneo este lleno )erificar que la válvula de descar#a este cerrada )erificar que la compuerta del tanque de aquietamiento este cerrada $ncender la motobomba y ase#urar el suministro de a#uaal tanque de aquietamiento %asta eO nivel de la parte inferior de la compuerta( en caso de estarlo pasar al si#uiente punto. *omar lectura del %i en el piezométrico del tanque de aquietamiento ,e#uir suministrando a#ua al tanque de aquietamiento y simultáneamente poner a funcionar el cronometro. *omar la altura %i en el piezométrico del tanque de aquietamiento y el tiempo transcurrido >epetir el procedimiento : veces &las alturas pueden ser 0 cm ' *omar la lectura ?% en el piezmetro(del codo aforador. ?brir la compuerta de entrada a una altura determinada G. !ur#ar los piezmetros por medio de la flauta. *omar las lecturas de los piezmetros y con medidor de a#ujas determinar yl en el punto donde se presenta menor profundidad( midiendo también la altura y
epetir el procedimiento para diferentes caudales
'. CÁLCULOS T#PICOS Calcular el caudal circulante &A' por medio del codo aforador Q
=
0 .5 * π * D 2 4
Donde5 D 7 diámetro del codoW&- W'( m # 7 constante #ravedad( m9s< ∆ 7 diferencia del altura piezmetro( m
( 2 * g ( ∆h ) )1 / 2
Calcular el tirante crítico &N e' para el caudal circulante por el canal Q ! = cauda unitario m 3 / m − seg b
Yc
= (!
2
)
/ g
Donde5 N c 7 altura critica de la lamina de a#ua q 7 caudal unitario l A 7 caudal( m: . b 7 anc%o del canal( .0: ID. Con los valores medidos Nl( N< N el valor del tirante crítico calculado( determinar el ré#imen de flujo en la zona del fenmeno. F =
V 1 g * Yi
)I 7 q I NI >é#imen supercritico )<7 q I N< >é#imen subcrítico Determine con la si#uiente formula la relacin de profundidad. Y 1 =
1 (1 + 8 F 2 ) 2
1/ 2
−1
Determine la perdida de ener#ía ( ∆$ )
∆ E =
(Y 2 − Y 1) 3 4Y 1Y 2
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS *oma de datos ENER!#A ;7 ∆< 7 ∆
LON!ITUD RESALTO
PROFUNDIDAD PARA YI PARA Y"
YI
Y"
>. INFORME Compruebe la lon#itud de resalto &3' con la medida en la práctica( dibuje con los datos tomados en el tablero de piezometros el perfil del resalto %idráulico H vs 3. %a#a un análisis de los resultados en el laboratorio ( concluya y recomiende.
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudio +ecánica de fluidos y máquinas. $ditorial $dicin
Haría ,e#unda
)$4 *$ CH@F. Hidráulica de canales abiertos $ditorial +c "raGHill >@D>I"J$K Díaz ( Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $ditorial $scuela Colombiana de In#eniería. >@M$>* 3. +@** ( +ecánica de fluidos aplicada. $ditorial !rentice Q may ,@*$3@ B)I3? "I3M$>*@. Hidráulica #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS. Practica Nº 11 COMPUERTAS 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL $valuar la importancia de las compuertas en un sistema %idráulico.
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS $ncontrar los coeficientes de descar#a Cd y Cc de una compuerta( cuando se mantiene una abertura constante. Hallar la fuerza ejercida sobre la compuerta verificando el caudal evaluado( mediante la ecuacin correspondiente a compuertas. $valuar las velocidades antes y después de la compuerta
". BASE TE$RICA 3as compuertas son aberturas practicadas en las estructuras %idráulicas para permitir el paso del a#ua y poseen las propiedades %idráulicas de los orificios( no eListen normas para sus proyectos y los realizados tienen #rados de contraccin variable. 3a descar#a puede ser libre. ,umer#ido Jna compuerta con su borde inferior en el lec%o de un canal o cerca de él se le llama compuerta de evacuacin. !ara calcular el #asto por unidad( basta aplicar el terreno de Mernoulli a dos secciones de movimiento paralelo.
%. APARATOS Canal rectan#ular Cronometro y recipiente medidor +edidor de a#ujas Compuerta Cinta métrica
&. PROCEDIMIENTO >evisar que el tanque de suministro ten#a a#ua $ncender la +otobomba y ase#urar el suministro de a#ua a la cámara de aquietamiento. ?brir la compuerta para permitir el paso del a#ua %acia el canal( %acer las lecturas correspondientes de +\ en el codo aforador( car#a antes de la compuerta &dI' y la abertura de la compuerta &'. >e#istrar los datos en el aneLo. ,ituar el medidor de a#uja en el punto donde se presenta la profundidad mínima de a#ua en el canal &d<' y re#istre la lectura. >epetir el procedimiento para diferentes caudales &1 mínimo' Cerrar la válvula y apa#ar la motobomba.
'. CÁLCULO TIPO !ara calcular el coeficiente de descar#a( para los diferentes caudales de la eLperiencia( se utiliza la si#uiente ecuacin. cd =
Cc
1 + Cc * a / d 1
Donde5 Cc 7 Coeficiente de Contraccin a 7 ?ltura del suelo al borde de la compuerta &abertura de la compuerta' dI 7 ?ltura mínima del a#ua en el canal !ara el coeficiente de contraccin Cc 7 Cd T Cd < T a 9 dI !ara la fuerza sobre la compuerta &V' aplicamos la ecuacin de cantidad de movimiento( para el mayor caudal5
MP Y P ] &dl'< 9< &Cc 9 <' <^ f7 q P Donde5
γ
9 " P &)<);'
M 7 ?nc%o del canal γ 7 !eso específico del a#ua &#r9cm:' A 7 Caudal a través de la compuerta )<);7 Diferencia de velocidades &?' # 7 #ravedad 7 .; mls<
. ANÁLISIS E INTERPRETACI$N DE RESULTADOS. !ara la práctica se debe llenar la si#uiente tabla.
V26 Ti*+,2 V26 U4it 31+ 3" Litr2/ :/0; +% / +" / +
Ha#a un análisis recomiende.
a +
C3
Cc
Cc Q " 3 a t*2ri +" /
E
F )0
de los resultados obtenidos en el laboratorio( concluya y
>. INFORME Debe cumplir las normas para la presentacin de informes técnicos
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudio +ecánica de fluidos y máquinas. $ditorial $dicin
Haría ,e#unda
)$4 *$ CH@F. Hidráulica de canales abiertos $ditorial +c "raGHill >@D>I"J$K Díaz ( Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $ditorial $scuela Colombiana de In#eniería. >@M$>* 3. +@** ( +ecánica de fluidos aplicada. $ditorial !rentice Q may ,@*$3@ B)I3? "I3M$>*@. Hidráulica #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº 1" BOMBAS CENTRIFU!AS 1. OBETIVOS 1.1 OBETIVO !ENERAL Conocer la importancia del uso las aplicaciones y las ventajas de utilizar una bomba de flujo radial
1." OBETIVOS ESPEC#FICOS Determinar la altura &Ht' caudal &A' ( potencia consumida &p' potencia %idráulica &!%' rendimiento &n' y la cabeza neta positiva de succin &4!,H'
$laborar e interpretar las curvas características de la bomba &Ht( !%(
A.
". BASE TE$RICA 3as bombas centrifu#as pertenecen al #rupo de las bombas rotodinámicos las cuales adicionan ener#ía al fluido acelerándolo a través de la accin de un impulsor #iratorio. $l fluido se alimenta %acia el centro del impulsor y después se lanza %acia a fuera a través de las paletas. $ntre las bombas rotodinámicos encontramos las bombas centrifu#as donde el flujo es descar#ado radicalmente las impulsoras o del impulsor donde el flujo es lanzado aLialmente o sea( en direccin paralela
η '
vs
al eje de rotacin y las de circulacin donde el flujo es lazando en forma radio aLial &miLto'.
%. APARATO A UTILIAR Manco de bomba centrifu#a !inza voltiamperimétrica Dispositivo de codo medidor caudal
de
&. PROCEDIMIENTO @bservar las condiciones de se#uridad y manejo para las puestas en marc%a del equipo )erificar que %aya las condiciones de ener#ía eléctrica requerida para poner en funcionamiento la bomba. !render la bomba con la válvula de paso cerrada y verificar que el sistema este cebado. $n caso contrario apa#ar la bomba y proceder a cebar el sistema ?brir la válvula de paso lentamente e ir tomando lecturas de !resin de descar#a( presin de succin( % en el manmetro del codo medidor ?mperios en una línea consumidos por el motor )oltaje entre fases del motor *omar de ; a ;< lecturas para la prueba %asta la válvula de paso este totalmente abierta.
'. CALCULO TIPO '.1 ALTURA TOTAL DE LA BOMBA Ht 7 altura máLima o cabeza que puede dar la bomba Ht 7 %d Q %s ( m H 2O ) %s 7 vacumetro a la entrada de la bomba %d 7 manmetro a la salida de la bomba
'." MEDIDA DEL CAUDAL A5 medido en el codo de / A 7 v P? v 7 velocidad ? 7 área seccin codo
'.% POTENCIA HIDRÁULICA $s la potencia que entre#a la bomba al fluido. Pc
=VI
3 F" * η
) 7 !otencial eléctrico aplicados al motor &voltios' I 7 corriente que circula por el motor &erios' η 7 eficiencia del motor &.' dado por el fabricante Vp 7 factor de potencia del motor &.' placa de características del motor 3 7 factor para !c para motores trifásicos
'.&. POTENCIA HIDRÁULICA $s la potencia que entre#a la bomba al fluido !% 7 γ A Ht γ 7 peso especifico del a#ua 7 ; 6# 9m : A 7 caudal de la bomba &m:9s' Ht 7 altura total de la bomba &m H <@'
'.' RENDIMIENTO DEL SISTEMA η
=
Ph Pc
'. CABEA NETA DE SUCCI$N POSITIVA
NPSH /,
±
/ = <,
%sp 7 cabeza de presin estática &absoluta' aplicada al fluido %, 7 diferencias de elevacin desde el nivel de fluidos en el deposito %acia la entrada de la bomba %f 7 perdidas por friccin en la tubería de succin %sp 7 presin de vapor del fluido a la temperatura de la bombeo
. INTERPRETACI$N DE RESULTADOS 3eer los si#uientes datos para la prueba ) 7 ============== voltios Vp============ $laborar la si#uiente tabla con los datos obtenidos )elocidad Corriente Descar#a ,uccin & m U % &m9s' consumida &?' &m de H<@ ' de H<@' &m de H <@'
Deben tomarse datos %asta abrir completamente la válvula de descar#a con los datos leídos ( calcular cada una de las variables del calculo tipo ( sacar conclusiones y elaborar las si#uientes #ráficas H vs A( !t vs A(
η
vs A
Describa el ensayo completo y el ensayo elemental de una bomba e indique a que tipo de ensayo pertenece el por usted realizado.
>. INFORME $l informe debe elaborarse cumpliendo las normas vi#entes para la elaboracin de informes técnicos
?. BIBLIO!RAF#A +?*?IE( Claudia( +ecánica de fluidos y maquinas %idráulicos $ditorial +aria( ,e#unda $dicin )$4 *$ CH@F ( Hidráulica de canales objetos. $ditorial +c "raGHill >@D>"J$K D?K Héctor ?lfonso Hidráulica $Lperimental $scuela Colombiano de In#eniería >@M$>* 3. +@**. +ecánica de fluidos aplicado. $ditorial prentice may ,@*$3@ B)I3? "ilberto. Hidráulico #eneral
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE P AULA SANTANDER DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS Practica Nº 1% BOMBAS DE DESPLAAMIENTO POSITIVO ROTOESTAT6CAS 1. OBETIVO Comprobar eLperimentalmente el desplazamiento !ositivo rotoestática.
funcionamiento
de
las
bombas
de
$laborar las curvas características de su funcionamiento
". BASE TE$RICA. ?l #rupo de bombas de desplazamiento positivo pertenecen las bombas alternativas y las rotoestáticas &rotativas'( en ellas el rodete comunica ener#ía al fluido en forma de presin. ,u estudio se basa en el principio del desplazamiento positivo que consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminucin del volumen de una cámara.
%. APARATOS Manco de pruebas de bombas >otoestáticas *ermmetro Cronmetro
&. PROCEDIMIENTO. $l sistema no debe presentar. fu#as ni vibrar eLcesivamente. )erificar que las válvulas( de admisin y de impulsin estén completamente abiertas. )erificar que la válvula de proteccin del manmetro( se encuentre totalmente cerrada. ,e procede a poner en marc%a la bomba( con la velocidad seleccionada en el selector. ,e toman las lecturas de los instrumentos de medicin en este punto así5
*omar la lectura del volumen de llenado de la cámara en un tiempo determinado *omar lectura del manmetro *omar lectura del vacumetro *omar lectura del voltaje *omar lectura del amperaje la cámara en un tiempo detern;inado.
,e repite el procedimiento de lectura variando la apertura de la válvula de impulsin &mínimo 1 lecturas para la apertura de la válvula de impulsin'.
NOTA. ;. ,e debe tener cuidado de 4@ cerrar totalmente la válvula de impulsinO porque se pueden daRar los equipos. NOTA. <. ,i la a#uja del manmetro de impulsin vibra muc%o( se cierra la válvula que lo comunica NOTA. :. 3a válvula de impulsin se abre( %asta que la a#uja del manmetro lle#ue al se#undo tercio de la carátula( por se#uridad. Jna vez a#otado el procedimiento anterior( se aumenta la velocidad de la bomba y se repite todo el proceso.
'. CALCULO TIPO $l cálculo están dados por5
'.1 R. P. M. 3as r.p.m se calculan con base a la frecuencia seleccionada y esta dada por5 r.p. m 7 ;<P frecuencia I X de polos 7 : P frecuencia
'." CAUDALJ :Q; A 7 volumen &#alones' I tiempo &min.'
'.% PRESI$N DIFERENCIAL TOTAL :Pt3; !td 7 !d !s Donde 5 !s 7 !resin a la entrada de la bomba !d 7 !resin a la salida de la bomba
'.& POTENCIA DE ENTRADA AL MOTOR !m &Hp' 7 ;.2:< cos _ P ) P ?9 2-1 2-1 7 factor de conversin de Gat a Hp ) 7 lectura del voltímetro ? 7 3ectura del ?mperímetro Cos 77 factor de potencia del motor &.1'
'.' POTENCIA DE ENTRADA A LA BOMBA !b &Hp' 7 e%p P nd P ni Donde 5 nd 7 eficiencia del motor eléctrico &.' ni 7 eficiencia del mecanismo intermedio &.'
'. POTENCIA DE SALIDA DE LA BOMBA !% &Hp' 7 &A P !td I ;2;-.-2' Donde5 A en #.p.m !td en !si
'.> EFICIENCIA DE LA BOMBA η 7 (%) =
( Ph / Pb) * 100
'.? EFICIENCIA TOTAL DEL SISTEMA η # (%) =
nd * n" *η t
