UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ FACULTAD DE INGENIERÍA ÁREA CIVIL LABORATORIO DE HIDRÁULICA
MANUAL DE PRÁCTICAS DE LA MATERIA HIDRAULICA I
AGOSTO 2010
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
PRÁCTICA No. 1
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Objetivo:
Determinar las principales propiedades de los fluidos (peso específico, densidad, densidad relativa, viscosidad cinemática, viscosidad dinámica). Observar el fenómeno de capilaridad.
Antecedentes Teóricos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Peso específico Densidad Densidad Relativa Viscosidad Cinemática Viscosidad Dinámica Viscosímetro Capilar Viscosímetro de caída de bola Areómetro y
Hidráulica I
Práctica No.1, Pág.1
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9. Ascensión Capilar.
Equipo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Termómetro Areómetro Cronómetro Probetas Balanza Balines Viscosímetro capilar y Tubos capilares.
Procedimiento: 1. Peso específico: Llenar cinco probetas (agua, glicerina, aceite de ricino, mercurio y aceite). Con el uso de la balanza pesar las probetas con los fluidos Determinar el peso y determinar el volumen de cada fluido. Tomar la temperatura de los fluidos. 2. Densidad relativa: En las probetas con agua, con aceite de ricino, y aceite, introducir el areómetro en cada una y leer leer en la escala la densidad relativa Dr. (Dr.). 3. Viscosidad cinemática: Llenar el viscosímetro capilar con agua hasta la marca superior y medir el tiempo de vaciado hasta la marca inferior. Repetir este proceso cuatro veces y tomar un promedio de los tiempos. 4. Viscosidad dinámica: dinámica: Introducir Introducir un balín en las probetas que contienen aceite aceite de ricino, glicerina y aceite, tomar el tiempo que transcurre al recorrer el balín de la marca inicial a la final de las probetas, medir la longitud de la columna del líquido y medir el diámetro de la probeta. Repetir el proceso tres veces para obtener un promedio. 5. Ascensión capilar: Mojar los tubos capilares, sacudirlos e introducirlos en recipiente con agua. Introducir un tubo capilar en un recipiente con mercurio y medir la longitud que asciende. Medir la ascensión capilar y comparar el resultado con el obtenido con la fórmula.
Hidráulica I
Práctica No.1, Pág.2
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Reporte:
Elaborar en los espacios en blanco las operaciones para cada paso o en hoja por separado. 1. Con los datos obtenidos de la balanza (peso y volumen) obtener el peso específico de los fluidos (agua, glicerina, aceite de ricino y aceite de motor).
W
V
2. Con el valor del peso especifico de los fluidos obtener su densidad.
g
1. Con los datos obtenidos del areómetro (Densidad relativa), obtener el peso específico de fluidos (agua, glicerina, glicerina, aceite de ricino y aceite de motor).
los
st Dr
st
1000 Kgf
m3
2. Con el valor del peso especifico de los fluidos obtener su densidad.
g
g 9 .81m
s2
1. Con el valor obtenido en el viscosímetro capilar (tiempo) obtener la viscosidad cinemática ( ν ν) para el agua.
Kt K
0 .0105 10 6 m 2
s2
2. Con el valor de la viscosidad cinemática obtener la viscosidad dinámica dinámica (µ). (µ ).
Densidad del fluido ( ρ ρ) = Densidad obtenida en el paso (b) Comparar los resultados obtenidos con los de tablas de textos. Escribir los valores obtenidos en los libros:
Hidráulica I
Práctica No.1, Pág.3
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1. Con el valor obtenido en el viscosímetro viscosímetro de caída de bola, obtener la viscosidad dinámica para glicerina, aceite de ricino y aceite de motor. v
l t
d b vs 1 2.4 d p
( s
v
l ) d b2 18 v s
La altura de ascensión capilar de agua sobre vidrio húmedo, esta dada por la siguiente expresión: h
0.003
D
donde: h: altura de ascensión capilar en m. D: Diámetro del tubo capilar en m.
Diagrama: VISCOSIMETRO DE CAIDA DE BOLA Diámetro del balín = 0.318
Hidráulica I
Distancia medida ( l )
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Práctica No.1, Pág.5
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Cuadro de Resultados: A) Obtenidos en Laboratorio:
Concepto
γ
3
Kgf / m
ρ
4
Kgf – s/m
Dr
ν
µ
2
m /s
Kgf * s/m2
ν
µ
Agua Aceite de Motor Glicerina Aceite de Ricino Mercurio
B) Obtenidos de Libros de Texto:
Concepto
γ
3
Kgf / m
ρ
4
Kgf – s/m
Dr
2
m /s
Kgf * s / m2
Agua Aceite de Motor Glicerina Aceite de Ricino Mercurio
Hidráulica I
Práctica No.1, Pág.6
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Nomenclatura: Concepto Peso del fluido. W : v : Velocidad medida. Volumen. V : vs : Velocidad corregida Aceleración de la gravedad g : Viscosidad cinemática. ν : Viscosidad dinámica. µ : Tiempo de vaciado. t : : Longitud de descenso del balín. l Diámetro del tubo capilar. D : Diámetro del balín. d b : Diámetro interior de la probeta. d p : Constante del viscosímetro capilar. k : Peso específico del liquido. γl : Peso específico estándar del agua. γst : Peso específico del acero γs : Densidad. ρ :
Hidráulica I
Unidades kgf m/s m3 m/s 9.81 m / s2 m2 / s Kgf * s/m2 s m m m m 0.0105 x 10-6 m2 / s2 Kgf / m3 1000 Kgf / m3 7,849.10 Kgf / m3 Kgf / m3
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PRÁCTICA No. 2
SISTEMAS MEDIDORES DE PRESIÓN
Objetivo:
Usar diferentes mecanismos de presión y comparar los resultados obtenidos.
Antecedentes Teóricos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Presión Manométrica Presión Piezométrica Presión Absoluta Presión Relativa Manómetro Piezómetro y Plano de referencia.
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Equipo: 1. 2. 3. 4.
Manómetro de Bourdon Piezómetro Manómetro de mercurio y Unidad de presión.
Diagrama:
Hp
PHR
SISTEMAS MEDIDORES DE PRESIÓN
Procedimiento: Hacer el número de ensayos que en la tabla se marca sin exceder el límite que fija la altura del piezómetro; para cada ensayo se leen todos los aparatos de medición, para comparar después esas lecturas con respecto al plano de referencia especificado.
Hidráulica I
Práctica No.2, Pág.2
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Reporte: Elaborar los gráficos con los valores de carga de presión (con respecto al plano de referencia) en metros de columna de agua, obtenidas de las lecturas del manómetro de Bourdon, como ordenadas, contra las de presión en metros de columna de agua, obtenidas del piezómetro como abscisas. Para los mismos ejes, elaborar el gráfico de las presiones obtenidas del manómetro de mercurio contra las presiones del piezómetro.
Datos: Peso específico del agua Peso específico del mercurio
( ) (γ Hg) k
= = =
1,000 Kgf/m3 13,537 Kgf/m3 _________m. (medición)
Determinar: 1. h p = ? (lectura) 2. hm = ? hm = h + z Hg h' h
h’ = N 1 - N 2
3. h B = ? h B = H + K H
P
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Cuadro Auxiliar: Aparato Ensayo 1 2 3 4 5
I h p (m)
II N 1 (m)
N 2 (m)
h' (m)
III z (m)
hm (m)
P 2 (Kgf/m )
H (m)
h B (m)
Graficar: h B (m)
hm (m)
h p (m)
h p (m)
Nota: Elaborar los gráficos en hojas de papel cuadriculado, indicando los valores obtenidos.
Preguntas: Después de haber efectuado la práctica, contestar las siguientes preguntas: 1. Liste los métodos en orden de exactitud. A) B) C) 2. ¿Qué errores pueden involucrarse en cada uno de ellos?
Hidráulica I
Práctica No.2, Pág.4
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Nomenclatura: Concepto : h p : N 1 : N 2 : z : K : hm : h : h B : P PHR :
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Carga de presión en el piezómetro. Nivel 1 de mercurio. Nivel 2 de mercurio. Distancia del nivel 1 al PHR. Distancia del manómetro de Bourdon al PHR. Carga de presión en el manómetro de mercurio. Carga de presión representativa. Carga de presión en el manómetro de Bourdon. Presión manométrica en el manómetro de Bourdon. Plano Horizontal de Referencia.
Unidades m m m m m m m m Kgf / m2
Práctica No.2, Pág.5
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PRÁCTICA No. 3
FUERZAS SOBRE SUPERFICIES PLANAS
Objetivo:
Obtener la fuerza resultante teórica y experimental sobre una superficie plana.
Antecedentes Teóricos:
1. Fuerza de un líquido sobre un área plana 2. Centro de presión.
Equipo:
1. Equipo del Toroide 2. Pesas 3. Regla metálica
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Diagrama:
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Procedimiento: Se miden las dimensiones: a, b, d y la distancia Lb de la figura. Se equilibra el sistema con el contrapeso, se coloca un peso conocido en el soporte de las pesas, se le agrega agua al recipiente hasta dejarlo en equilibrio, hacer las mediciones correspondientes en las escalas, repetir el proceso para los ensayos indicados en la tabla.
Reporte: Datos: a b d Lb
= = = =
0.095 m 0.074 m 0.104 m 0.280 m
Las fuerzas que equilibran el sistema son: Lb W - La F = 0
Como las demás fuerzas actuantes son opuestas o pasan por el centro de giro no producen momento, por lo tanto tanto esas fuerzas son igual a cero. (figura anterior). La
LbW
F
(Ec. 1)
Si Y < d entonces la superficie esta parcialmente sumergida, se tiene: A = b Y h0
Y 2 3
I cg
bY
12
Si Y > d la superficie está totalmente sumergida entonces: A h0
= b d
Y
d 2
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Práctica No.3, Pág.3
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I cg
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bd 3 12
Teóricamente tenemos la fuerza como Ft = A h0
= 1,000 kgf / m3
Se obtiene la altura del centro de presión La - Y p + Y = a + d
( Ec. 2)
Sustituyendo la ecuación 1 en la ecuación 2: WLb
Y p Y a d
F
En forma general Y p
I cg
h0
Y0 A
Como la distancia se mide verticalmente Y 0 = h0 Y p
I cg h0 A
h0
Finalmente despejando F se obtiene su valor: F
WLb ad
YP Y
Error relativo en por ciento Er
Ft F F
Hidráulica I
100
Práctica No.3, Pág.4
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Grafica: Elaborar el gráfico de la fuerza teórica (F t t) contra la fuerza real ( F ): ): Ft
F Nota: Elaborar el gráfico en hoja de papel cuadriculado, indicando los valores obtenidos.
Cuadro Auxiliar: Ensayo
W (Kgf)
Y (m)
h0 (m)
A 2 (m )
F t (Kgf)
I 4 ( m m )
Y p (m)
F (Kgf)
1 2 3 4 5
Nomenclatura: Concepto : Distancia del centro de giro al inicio del área de estudio a : Altura del área en estudio d : Ancho del área en estudio b : Distancia del centro de giro al soporte de las pesas Lb : Fuerza sobre la superficie plana F : Peso sobre el soporte W : Distancia que produce el momento de la fuerza F La : Peso específico del agua : Altura del centro de gravedad Y 0 : Altura del agua Y : Altura del centro de presión Y p : Fuerza teórica F t t : Fuerza encontrada en la práctica F : Distancia de la superficie libre del agua al centro de gravedad h0 la figura en estudio
Hidráulica I
Unidades m m m m Kgf Kgf m Kgf / m3 m m m Kgf Kgf m
Práctica No.3, Pág.5
Er (%)
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PRÁCTICA No. 4
ESTUDIO DE LAS FUERZAS BOYANTES
Objetivo:
Determinar la magnitud y distribución de las fuerzas boyantes actuando sobre un objeto parcialmente sumergido y determinar la altura metacéntrica experimentalmente.
Antecedentes Teóricos:
1. Principio de Arquímedes 2. Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes 3. Metacentro.
Equipo:
1. Cuerpo flotante (de madera) 2. Flexómetro y 3. Peso Estándar.
Hidráulica I
Práctica No.4, Pág.1
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Diagrama:
Hidráulica I
Práctica No.4, Pág.2
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Hidráulica I
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Práctica No.4, Pág.3
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Procedimiento: Marcar los ejes longitudinales del cuerpo y colocar las escalas de tal manera que puedan ser usadas para medir la profundidad de sumergencia en cada extremo del tablón. Coloque un peso estándar (F ) en el centro y repita las lecturas de la profundidad de sumergencia, repita la anterior cuando el peso sea movido del centro a un extremo del cuerpo (hasta que un extremo se sumerja).
Reporte: Determinar el peso del tablón ( P), densidad relativa ( Dr ), empuje del agua (F ), ), punto donde actúa Dr ), el empuje ( X,Y X,Y ) y localizar el metacentro gráficamente.
Determinar: ETAPA 1 1. Dimensiones del tablón. a=? b=? h=? n
hi h
i 1
n
(n=4)
2. Área del tablón A= ? A = b a
3. Peso del tablón P= ?
P=γ*V s V s=V t t - V l
Hidráulica I
Práctica No.4, Pág.4
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V t t =A h
V l=A h’
n
hi' h
i 1
n
(n=4)
V s = A ( h - h’ )
4. Densidad relativa de la madera. Dr
m P
m
V t
5. Comparar la densidad relativa obtenida experimentalmente con la densidad relativa de las tablas de los textos. Dr = 0.5 a 0.8
ETAPA 2. Se aplica una fuerza (F ) en el centro de gravedad de la superficie del cuerpo flotante. 1. Determinar el valor de la fuerza (F ) F=F’ - P
F’=γ*V s V s=A ( h - h’ )
Hidráulica I
Práctica No.4, Pág.5
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n
hi' h
i 1
(n=4)
n
ETAPA 3. Se aplica la misma fuerza (F ) pero ahora fuera del centro de gravedad de la superficie del bloque de madera. 1. El empuje ( E E ) del agua E=?
E=γ*V s
V s=A ( h - h’ ) n
hi' h
i 1
(n = 4)
n
2. Las coordenadas del centro de gravedad. At
ht a
Y t
2
ht
X t
3
hr
a 3
Hidráulica I
Práctica No.4, Pág.6
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Xo
Y 0
Y r
A r
Xr
Área Civil
AT
Ar Yr
AT At
Ar
hr a
Xt
At Yt
Ar
A t
AT
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hr 2 a
X r
2
Cuadro Auxiliar: Figura
Área (m2)
X (m)
Y (m)
AX (m3)
AY (m3)
Triángulo Rectángulo Suma
Grafica: 3. Obtener gráficamente a escala las coordenadas del metacentro. Realizar el dibujo en hoja cuadriculada.
Nomenclatura: Concepto a, b, h : Dimensiones del tablón. : Peso del tablón. P : Área de contacto. A : Volumen sumergido. V s : Volumen total. V t t : Volumen libre (no sumergido). V l : Altura promedio. h´ : Densidad relativa experimental. Dr : Peso específico de la madera. m : Peso específico del agua.
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Unidades m Kg m2 m3 m3 m3 m Kgf/m3 Kgf/m3
Práctica No.4, Pág.7
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PRÁCTICA No. 5
Principios Básicos de Medición de Caudales en Tuberías (Venturímetro, Diafragma y Rotámetro)
Objetivo: Obtener el gasto que se conduce a través de la tubería con el uso del venturímetro, un diafragma y un rotámetro, así como los coeficientes de gasto del venturímetro y diafragma, medir los gastos y compara resultados con los cálculos teóricos.
Antecedentes teóricos 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Gasto o caudal Teorema de Bernoulli Venturímetro Diafragma Rotámetro Gasto Ideal y gasto Real Coeficiente de Gasto de Venturímetro y Diafragma
Hidráulica I
Práctica No. 5, Página 1
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Equipo: 1. Flexómetro 2. Banco Base Hidráulico 3. Equipo de medición de caudales
Procedimiento 1. Encender el equipo de bombeo del Banco Base Hidráulico (1). 2. Abrir la válvula del Banco Base Hidráulico. 3. Abrir toda la válvula de bola para un gasto dado esperando a que se estabilice el flujo (6). 4. Empalmar las mangueras de unión del manómetro (2) al venturímetro (3). 5. Abrir la válvula del manómetro séxtuple para lavar y quitar burbujas. 6. Medir los niveles del agua en el manómetro, enseguida quitar las mangueras de unión. 7. Empalmar las mangueras de unión del manómetro (2) al diafragma (4). 8. Abrir la válvula del manómetro séxtuple para lavar y quitar aire. 9. Medir los niveles del agua en el manómetro, para el Diafragma, enseguida quitar las mangueras de unión. 10. Tomar la lectura en el flujómetro para la obtención del gasto. El caudal se lee en el canto superior del flotador. 11. Tomar lectura del volumen en el depósito del Banco Base Hidráulico y medir el tiempo para obtener el gasto real. 12. Calcular diferencia de presiones, el gasto ideal para venturímetro y diafragma, el gasto real de aforo y el coeficiente de gasto del venturímetro y el diafragma. 13. Realizar este procedimiento para 5 caudales distintos, realizando el movimiento de ajuste en la válvula del banco hidráulico.
Diagrama Panel con bastidor (1) Manómetro multitubos séxtuple (2) Dispositivo de medición Ventura (3) Flujómetro de paso Diafragma (4) Flujómetro de de flotador (5) Válvula de bola (6)
Hidráulica I
Práctica No. 5, Página 2
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Entrada de agua (7) Desagüe para salida de agua (8)
Reporte: Determinar: 1. Obtener el Gasto con el Rotámetro Ensayo 1 2 3 4 5
Gasto Rotámetro (lpm)
Gasto Rotámtetro (lps)
2. Calcular el gasto Ideal para el Venturímetro
Hidráulica I
Práctica No. 5, Página 3
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Dp2 g
Qiv A2v
1 ( A2v / A1v)2
Dp
P1 P 2
Dp h`
h` N 1 N 2
A1v
A2v
( D1v)2
4 ( D 2v )2
4
D1v = 25.0 mm D2v = 14.0 mm g = 9.81 m/s 2 Ensayo 1 2 3 4 5
N1(m)
N2(m)
h`(m)
Dp (m)
Qiv (m3 /s)
Qiv (lps)
3. Calcular el gasto Ideal para el Diafragma Qid A2d
Dp2 g 1 ( A2d / A1d )2
Dp
P1 P 2
Dp h`
Hidráulica I
Práctica No. 5, Página 4
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h` N 1 N 2
A1d
A2d
( D1d )2
4 ( D 2d )2
4
D1d = 25.0 mm D2d = 18.5 mm g = 9.81 m/s 2 Ensayo 1 2 3 4 5
N1(m)
N2(m)
h`(m)
Dp (m)
Qid (m3 /s)
Qid (lps)
4. Calcular el Gasto Real para cada ensayo con el Banco Base Hidráulico. QR
Ensayo 1 2 3 4 5
Vol (m)
Vol t
t (seg)
QR (m3/seg)
QR (lps)
5. Calcular los coeficientes de gasto del Venturímetro y del Diafragma Cv
Cd
Hidráulica I
QR Qiv QR Qid
Práctica No. 5, Página 5
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Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica Ensayo 1 2 3 4 5
QR (lps)
Qiv (lps)
Cv
Área Civil
Qid (lps)
Cd
Nomenclatura: Concepto QR minuto Qiv : Gasto Ideal del Venturímetro, en litros por segundo Qid : Gasto Ideal del Diafragma, en litros por segundo Cv : Coeficiente de gasto o descarga del Venturímetro Cd : Coeficiente de gasto o descarga del Diafragma N1 : Nivel Máximo en el Manómetro Séxtuple N2 : Nivel mínimo en el Manómetro Séxtuple h` : Diferencia de niveles del agua en el Manómetro Séxtuple Dp : Diferencia de presiones en el Manómetro Séxtuple A1v : Área mayor del Venturímetro A2v : Área menor del Venturímetro A1d : Área mayor del Diafragma A2d : Área menor del Diafragma D1v : Diámetro mayor del venturímetro D2v : Diámetro menor del venturímetro D1d : Diámetro mayor del Diafragma D1v : Diámetro menor del Diafragma g : Aceleración de la Gravedad
Hidráulica I
Unidades lpm lps lps m m m m m2 m2 m2 m2 m m m m m/s2
Práctica No. 5, Página 6
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PRÁCTICA No.6
APARATO DE REYNOLDS.
Objetivo: 1. Obtención del número de Reynolds Re para flujo laminar y turbulento. 2. Observar los siguientes fenómenos: a) Representación de la corriente turbulenta. b) Transición del flujo laminara a turbulento en un tubo. c) Representación del flujo laminar. d) Representación del sector de transición.
Hidráulica I
Práctica No. 6, Pág.1
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Área Civil
Antecedentes teóricos: 1. Clasificación de los flujos permanentes. 2. Características del flujo permanente 3. Número de Reynolds
Equipo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Aparato de ensayo de demostración de Osborne Reynolds. Bolsa de bolas de vidrio. Dispositivo de aforo. Cronómetro. Frasco de tinta azul. Termómetro. Módulo básico para hidrodinámica.
Diagrama: Partes del equipo que se deban identificar en su manejo. Deposito de Aluminio
Válvula de Dosificación Deposito de Reserva de Agua Tramo de Rebosadero.
Alimentación de Agua
Saliente de Entrada de Latón Pieza de Entrada. Terraplén de Bolas
Tramo de Tubo de Ensayo
Conexión de Desagüe
Placa Base
Hidráulica I
Válvula de Salida
Práctica No. 6, Pág.2
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Procedimiento: 1. Abrir la válvula de salida. (12) 2. Para visualización se utiliza tinta azul, con la válvula de dosificación (9) se puede generar un fino hilo de corriente azul que muestra la inundación laminar. 3. Si el caudal es abundante, la inundación será turbulenta, para ello abra más la válvula de salida, en la inundación turbulenta, el hilo de corriente se rompe. 4. El cambio de inundación de laminar a turbulento se produce cuando R e = 2000
Reporte: Calcular los números de Reynolds, para los flujos laminares y turbulentos.
Determinar: 1.- Re lam.= 2.- Re tur. = 3.- Re trans. =
Re
VD
ν = Viscosidad del agua a una temperatura de 4°C = 1.0*10
-6
m²/s
La velocidad del fluido se puede calcular a partir del caudal, determinado mediante un depósito de calibración y un cronómetro. Q = Vol. t
Hidráulica I
Práctica No. 6, Pág.3
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Área Civil
Q A
Donde: A
* D
2
4
Cuadro Auxiliar: Flujo
D m
A m²
Vol m³
t s
Q m²/s
V m/s
Re
Laminar Turbulento Transición Laminar Turbulento.
Nomenclatura: Concepto D : Diámetro del tubo 10 mm. = 0.01 Q : Gasto. A : Superficie transversal del tubo. D : Diámetro interior del tramo del tubo V : Velocidad del fluido ν : Viscosidad del medio
Hidráulica I
Unidades m m³/s m2 m m/s m²/s
Práctica No. 6, Pág.4
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PRÁCTICA NO. 7
PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN TUBERÍAS
Objetivo: Calcular la perdida de energía por fricción (pérdidas primarias o mayores), utilizando la ecuación de Darcy, comparar las magnitudes de pérdida experimentales con los valores calculados.
Antecedentes Teóricos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Número de Reynolds Flujo laminar y turbulento Pérdida de energía por fricción Ecuación de Darcy Coeficiente de fricción Ecuación de Blasius Ecuación de Colebrook
Hidráulica I
Práctica 7, Pag. 1
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8. Rugosidad relativa
Equipo: 1. 2. 3. 4. 5.
Modulo básico de hidrodinámica Equipo de ensayo para el estudio de pérdidas por fricción (ver diagrama) Sección de tubería recta (trayecto de medición 2, d = 13 mm L = 80 cm.) Tanque volumétrico para medir el caudal Cronómetro
Procedimiento: 1. Colocar el equipo de ensayo en el módulo básico de hidrodinámica 2. Establecer la unión de mangueras entre el módulo básico de hidrodinámica y el equipo 3. Abrir el desagüe del modulo básico de hidrodinámica 4. Encender la bomba y abrir lentamente el grifo principal 5. Conectar el manómetro a los puntos de medición deseados 6. Abrir lentamente el grifo del trayecto de medición deseado 7. Purgar el manómetro ajustando simultáneamente las válvulas de purga y desagüe 8. Determinar el gasto volumétrico
Diagrama:
Hidráulica I
Práctica 7, Pag. 2
UASLP
1 2 3 4 5 6
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bastidor de tubo de acero Pared posterior Válvula de esfera Cámaras anulares de toma de presión Manómetro de tubo de nivel Trayecto de medición desplazable
Hidráulica I
Área Civil
7 Válvula de purga 8 Línea de conexión 9 Entrada oculta 10 Evacuaciones 11 Válvula de vaciado 12 Tubo de nivel de vidrio
Práctica 7, Pag. 3
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Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Reporte: Comparar las magnitudes de pérdida de energía medidas con los valores calculados, y representar gráficamente el gasto volumétrico contra la pérdida de energía.
Datos del Laboratorio: Ensayos Datos Magnitud de pérdida hv, m. Volumen aforado VA, m3. Tiempo t, seg. Gasto aforado QA m3 /seg.
1
2
3
4
5
Cuadro de cálculo: Ensayos 1 Datos Magnitud de pérdida medida hvm m. Gasto aforado QA m3 /seg Velocidad del flujo V m/seg Número de Reynolds Coeficiente de fricción f según Blasius Magnitud de pérdida calculada, hvc m. Desviación %
Hidráulica I
2
3
4
5
Práctica 7, Pag. 4
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Área Civil
Velocidad del flujo. V
4Q A 2
d
Número de Reynolds R E
Vd
La viscosidad cinemática se obtiene de tablas con la temperatura del agua El coeficiente de fricción se calcula con la fórmula de Blasius para tubos hidráulicamente lisos. f
0.3164 4
R E
La pérdida de carga se calcula con la ecuación de Darcy L V 2 hvc f d 2 g
Desviación Desv.
hvc
hvm hvm
x100
Graficar:
. m m m v
h
QA
Hidráulica I
Litros por minuto
Práctica 7, Pag. 5
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Nomenclatura: Concepto Q A . Gasto aforado V A . Volumen aforado t . Tiempo R E .- Número de Reynolds g. Aceleración de la gravedad f .- Coeficiente de fricción hV .- Pérdida de carga d . Diámetro interior del tubo en estudio V .- Velocidad del flujo en el tubo L .- Longitud del tubo
Hidráulica I
Unidades m3 /s m3 s m/s2 m m m/s m
Práctica 7, Pag. 6
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
PRÁCTICA NO. 7
COEFICIENTES DE RESISTENCIA EN ACCESORIOS ETAPA II Objetivo: Obtener experimentalmente los coeficientes de resistencia para diferentes elementos que se generan por cambios de dirección del flujo.
Antecedentes teóricos: 1. 2. 3. 4.
Coeficientes de resistencia en accesorios Ecuación de Darcy Coeficiente de fricción Ecuación de Blasius
Equipo: 1. 2. 3. 4. 5.
Modulo básico de hidrodinámica Equipo para el estudio de pérdidas por fricción y accesorios (ver diagrama) Sección de tubería y conexiones (trayecto de medición 5, d = 13 mm.) Tanque volumétrico para medir el caudal Cronómetro
Procedimiento: 1. Colocar el equipo de ensayo en el módulo básico de hidrodinámica 2. Establecer la unión de mangueras entre el modulo básico de hidrodinámica y el equipo 3. Abrir el desagüe del modulo básico de hidrodinámica 4. Conectar la bomba y abrir lentamente el grifo principal 5. Conectar el manómetro a los puntos de medición deseados 6. Abrir lentamente el grifo del trayecto de medición deseado 7. Purgar el manómetro ajustando simultáneamente las válvulas de purga y desagüe 8. Medir la presión total hvm 9. Determinar el gasto volumétrico Hidráulica I
Práctica 7, Pag. 7
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Diagrama:
1 2 3 4 5 6
bastidor de tubo de acero Pared posterior Válvula de esfera Cámaras anulares de toma de presión Manómetro de tubo de nivel Trayecto de medición desplazable
Hidráulica I
7 Válvula de purga 8 Línea de conexión 9 Entrada oculta 10 Evacuaciones 11 Válvula de vaciado 12 Tubo de nivel de vidrio
Práctica 7, Pag. 8
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Reporte: Calcular los coeficientes de resistencia para diferentes elementos elementos y comparar con los valores indicados en textos.
Cuadro Auxiliar: Cálculo de los coeficientes de resistencia k para un codo y un arco de tubo Diámetro d = 13 mm.
Accesorio Codo de 90° Arco de 90° Codo de 45°
Longitud m 0.203
VA m3
t seg
QA m3 /seg
QA m /seg. 3
V m/seg
0.322 0.247
Accesorio Coeficiente de fricción del tubo f (Blasius) Codo de 90° Arco de 90° Codo de 45°
Presión total medible hvm m
Coeficiente Coeficiente de de resistencia resistencia total k individual k
Velocidad del flujo V
4Q A 2
d
Número de Reynolds R E
Vd
Hidráulica I
Práctica 7, Pag. 9
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
La viscosidad cinemática
Área Civil
se obtiene de tablas con la temperatura del agua
El coeficiente de fricción se calcula con la fórmula de Blasius para tubos hidráulicamente lisos. f
0.3164 4
R E
La pérdida de carga por fricción se calcula con la ecuación de Darcy 2
L V hv f d 2 g
La pérdida de carga por accesorios se calcula con la ecuación V 2 k 2g
hva
De la ecuación de la energía 2
P1
V 1
2g
P1
P2
z1 hv hva
V
V 12
2 2
2g
P2
2
V 2
2g
z 2
hv hva z 2 z1
Para tubo horizontal z1
z2 ;
Q A
const . ;
d const . V 1
V 2
Pérdida de presión total medible P1
P2
hvm
Hidráulica I
Práctica 7, Pag. 10
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Área Civil
Sustituyendo términos y despejando el coeficiente de resistencia k hvm
hv hva
Coeficiente de resistencia total k
2 ghvm
V 2
L
f
d
Nomenclatura: Concepto Q A . Gasto aforado k .- Coeficiente de resistencia V A . Volumen aforado t . Tiempo R E .- Número de Reynolds g. Aceleración de la gravedad f .- Coeficiente de fricción hV .- Pérdida de carga por fricción d . Diámetro interior del tubo en estudio V .- Velocidad del flujo en el tubo Hvm .- Presión total medible L .- Longitud del tubo
Hidráulica I
Unidad m3 /s m3 S m/s2 m m m/s m m
Práctica 7, Pag. 11
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Área Civil
Laboratorio de Hidráulica
PRÁCTICA NO. 8
ESTUDIO DE LA BOMBA CENTRÍFUGA
Objetivo: Determinación de la eficiencia y curva característica de la bomba.
Antecedentes teóricos: 1. Potencia hidráulica suministrada por una bomba. 2. Potencia absorbida o potencia al eje consumida por una bomba. 3. Clasificación de las bombas.
Equipo: 1. 2. 3. 4. 5.
Banco Hidráulico de ensayo. Bomba centrifuga con motor eléctrico (110 -127 V, 0.36 KW). Manómetros tipo Bourdon en la succión y en la descarga. Sistema de tuberías, válvulas y conectores de cambio rápido. Unidad de control eléctrico con despliegue digital de RPM, Voltaje, Amperaje y variación de las RPM.
Hidráulica I
Práctica No. 8, Pág. 1
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Área Civil
Laboratorio de Hidráulica
Diagrama:
1. Panel de Instrumentos 2. Motor eléctrico 3. Soporte del equipo 4. Tubería de descarga al tanque del Banco Hidráulico 5. Display digital de la velocidad de la bomba 6. Voltímetro y amperímetro 7. Arrancador del motor-bomba 8. Conexión para una segunda bomba paralela 9. Manómetro de la presión de succión 10. Válvula de globo para la conexión a la segunda bomba paralela 11. Manómetro de la presión de salida de la bomba 12. Bomba centrífuga 13. Salida para conexión a una segunda bomba en paralelo 14. Sensor de RPM del motor eléctrico 15. Válvula de globo para control del gasto de la bomba
Hidráulica I
Práctica No. 8, Pág. 2
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Área Civil
Laboratorio de Hidráulica
Procedimiento: 1. Verificar que la válvula a la descarga se encuentre en posición de paso (abierta). 2. Poner en marcha el motor eléctrico que acciona la bomba, mediante el botón de arranque automático localizado en la unidad de control eléctrico (botón de color verde) 3. Ajustar un gasto de ensayo mediante la válvula a la descarga. y esperar a que se estabilice el flujo. 4. Para el gasto de ensayo tomar las lecturas de los parámetros eléctricos (voltaje V y amperaje A), así como las RPM; y mediante los manómetros en la succión y en la descarga, determinar la carga hidráulica en la succión ( hs ) y la carga hidráulica en la descarga ( hd ). 5. Por medio del banco Hidráulico de ensayos determinar el gasto de aforo que se encuentra suministrando la bomba. 6. Repetir el ensayo para otra apertura diferente de la válvula a la descarga y determinar las mediciones indicadas en los incisos iv y v.
Reporte:
1. Determinar para cada ensayo la altura manométrica total (hm), la cual está dada dada por por la suma de la carga carga hidrá hidráuli ulica ca a la la desca descarga rga (hd) más la carga hidráulica a la succión (hs).
hs hd
H m
2. El gasto suministrado por la bomba se obtiene mediante aforo volumétrico en el banco hidráulico de ensayo. Q
v t
3. La potencia suministrada por la bomba ( Psb ) y que es la transmitida al líquido bombeado viene dada por: Psb
QH m
76
( HP) HP)
4. El rendimiento de la bomba (nb ) es igual a: Psb Pab
Hidráulica I
nb Práctica No. 8, Pág. 3
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Laboratorio de Hidráulica
donde: Pab es la potencia absorbida por la bomba. 5. La potencia absorbida de la bomba ( Pab ) es la suministrada por el motor ( Psm ) 6. En función de los parámetros eléctricos, la potencia absorbida por el motor Pam es igual a: Pam
1.73( I )(V )(FP)
(HP)
1340
7. El rendimiento del motor nm es igual a: Psm Pam
nm
Por lo que: Psm Pam nm Pab 8. Tomando en cuenta que Pab Psm se tiene que el rendimiento electromecánico del sistema bomba motor ( nt ) viene dado por el producto ( nb nm ), esto es: Psb Pab
Luego:
Psb Pam nm Psb Pam
nb
nb n m
Cuadro Auxiliar: Ensayo No.
v (m3)
t (s)
Q 3
(m / s)
hd
hs
H m
(m)
(m)
(m)
V (Volts)
I
(Ampers)
FP (%)
Psb
Pam
nb n m
(HP)
(HP)
(%)
1 2 3 4 5
Hidráulica I
Práctica No. 8, Pág. 4
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Área Civil
Laboratorio de Hidráulica
Grafica: Elaborar el gráfico de H m contra Q y su respectivo rendimiento.
Hm nbnm
Q
Nomenclatura: Concepto : Peso Específico γ Q : Gasto I : Amperaje FP : Factor de potencia V : Voltaje T : Tiempo nb : Eficiencia de la bomba nm : Eficiencia del motor hm : Altura manométrica total hd : Carga hidráulica a la descarga hs : Carga hidráulica a la succión Psb : Potencia suministrada por la fuerza Pam : Potencia absorbida por el motor Psm : Potencia suministrada por el motor Pab : Potencia absorbida por la bomba
Hidráulica I
Unidades Kg/m3 m³/s ampers adimensional volts s % % m m m HP HP HP HP
Práctica No. 8, Pág. 5
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Laboratorio de Hidráulica
PRACTICA No. 9
BOMBAS CENTRÍFUGAS EN SERIE Y EN PARALELO
Objetivo: Determinar la eficiencia de las bombas, operación de bombas en serie y operación de bombas en paralelo.
Antecedentes teóricos: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Bombas, altura desarrollada por una bomba. Curvas características de una bomba. Bombas en serie. Bombas en paralelo. Rendimiento de una bomba. Procedimiento de selección de bombas.
Hidráulica I
Práctica No. 9, Pág.1
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Laboratorio de Hidráulica
Equipo: Unidad experimental experimental para el estudio de bombas serie/paralelo con sus componentes montados en un bastidor móvil, constituido por: 1. Electrobombas centrífugas. 2. Unidad de controlo eléctrico con despliegue digital de voltaje, amperaje RPM para cada electrobomba. 3. Sistemas de tubería y válvulas para la operación serie / paralelo. 4. Manómetro tipo bordón a la succión y descarga de las bombas. 5. Rotámetro para aforo.
Diagrama:
Procedimiento: 1. Operación en Serie y en Paralelo. a) Cada bomba tiene su control eléctrico automático de arranque y paro. Por lo que, antes de poner a funcionar las bombas para su operación en serie arregle y verifique la siguiente configuración de apertura en: Las válvulas números 3 y 5 en posición cerrada y las válvulas números 4, 7 y 6 en posición abierta. Hidráulica I
Práctica No. 9, Pág.2
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Laboratorio de Hidráulica Para la operación en paralelo arregle y verifique la siguiente configuración: La válvula número 7 en posición cerrada y las válvulas números 3, 4, 5 y 6 en posición abierta.
2. Operación en Serie. a) Una vez arreglada y verificada la configuración de las bombas en serie poner a funcionar ambas bombas (bomba No.1 y bomba No. 2) mediante el botón de arranque automático de las bombas respectivas localizado en la unidad de control eléctrico b) Mediante diferentes aperturas y cierres de la válvula No 6 llevar a cabo al menos 5 ensayos midiendo para cada uno de ellos: Gasto de aforo. Presión a la descarga de las bombas. Amperaje, Voltaje y factor de potencia para cada uno de los motores de las bombas.
3. Operación en Paralelo. a) Una vez verificada la configuración configuración en paralelo se ponen a funcionar los motores de las bombas Nos. 1 y 2 mediante el botón de arranque de cada motor localizado en la unidad de control eléctrico. b) Mediante diferentes aperturas y cierres de la válvula No. 7 efectuar al menos 5 ensayos, midiendo para cada uno de ellos: Presión a la descarga de las bombas. Amperaje, Voltaje y Factor de potencia para cada uno de los motores de la bomba
Reporte: 1. OPERACIÓN EN SERIE. La potencia suministrada por las bombas Psb es: Psb
Qhm
Donde:
hm
Hidráulica I
(HP).
76
es la Altura Altura total manométrica de las bombas indicada por la presión en el manómetro a la descarga de la bomba número 2, donde hd es la carga hidráulica a la descarga de la bomba y hs es la carga hidráulica en la succión de la bomba. hm
= hd + hs Práctica No. 9, Pág.3
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Área Civil
Laboratorio de Hidráulica Q es el gasto de aforo.suministrado por las bombas y se obtiene mediante el rotámetro en el banco de ensayo: Q en m3 /s
es el peso específico del agua
La potencia absorbida por los motores ( Pam ) es la suma de cada uno de ellos ellos y está dada por: Pam1
1.73( I )(V )(FP)
Pam2
1.73( I )(V )(FP)
Pam
1340
1340
(Motor 1) (Motor 2)
Pam1 Pam2
Donde:
I
es la intensidad de corriente que consumen los motores en Ampers. V es el Voltaje al cual trabajan los motores. Vots. FP es el factor de potencia.
El rendimiento electromecánica del cuerpo bombas-motores es: n
Psb Pam
Cuadro Auxiliar: Bomba Ensayo No.
1 2 3 4 5
Q (m3 /h)
Q (m3 /s)
hs
hd
(m)
(m)
hm (m)
V (Volts)
I
(ampres)
FP (%)
Pami
Psb (HP)
(HP)
Pam
n
(HP)
(%)
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Hidráulica I
Práctica No. 9, Pág.4
UASLP
Facultad de Ingeniería
Área Civil
Laboratorio de Hidráulica
Grafica: Elaborar el grafico de
hm
yQ
hm
Q
2.- OPERACIÓN EN PARALELO. La potencia suministrada por las bombas Psb es Psb
1 Qhm 2 76
Donde:
(HP) es la Altura total manométrica de las bombas indicada indicada por la presión en el manómetro de las bombas, donde hd es la carga hidráulica a la descarga de la bomba y hs es la carga hidráulica en la succión de la bomba. hm
.
hm1 hm 2
hm
hm
= hd + hs
2
Q es el gasto de aforo, suministrado por las bombas y se obtiene mediante aforo en el rotámetro en el banco de ensayo: Q en m3 /seg
es el peso específico del agua.
La potencia absorbida por los motores ( Pam ) es la suma de cada uno de ellos ellos y está dada por: Hidráulica I
Práctica No. 9, Pág.5
UASLP
Facultad de Ingeniería
Área Civil
Laboratorio de Hidráulica
Pam1
1.73( I )(V )(FP)
Pam2
1.73( I )(V )(FP)
Pam
1340
1340
(Motor 1) (Motor 2)
Pam1 Pam2
Donde:
es la intensidad de corriente que consumen los motores en Ampers. V es el Voltaje al cual trabajan los motores. Vots. FP es el factor de potencia. I
El rendimiento electromecánica del cuerpo bombas-motores es: n
Psb Pam
Cuadro Auxiliar: Bomba Ensayo No.
1 2 3 4 5
Q (m3 /h)
Q (m3 /s)
hs
hd
(m)
(m)
hm (m)
V (Volts)
I
(ampres)
FP (%)
Psb (HP)
Pami
(HP)
Pam
n
(HP)
(%)
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Hidráulica I
Práctica No. 9, Pág.6
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Facultad de Ingeniería
Área Civil
Laboratorio de Hidráulica
Grafica: Elaborar el grafico de
hm
yQ
hm
Q
Nomenclatura: Concepto : Peso específico γ Q : Gasto I : Amperaje FP : Factor de potencia V : Voltaje T : Tiempo Nb : Eficiencia de la bomba Nm : Eficiencia del motor hm : Altura manométrica total hd : Carga hidráulica a la descarga hs : Carga hidráulica a la succión Psb : Potencia suministrada por la fuerza Pam : Potencia absorbida por el motor Psm : Potencia suministrada por el motor Pab : Potencia absorbida por la bomba
Hidráulica I
Unidades kgf/m3 m³/s ampres adimensional volts seg %. %. m m m HP HP HP HP
Práctica No. 9, Pág.7
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Área Civil
PRÁCTICA NO. 10
ORIFICIO
Objetivo:
Determinación del coeficiente de descarga. Observar el cambio de forma del chorro en función del caudal y de la columna de agua.
Antecedentes teóricos 1. Orificio libre 2. Carga sobre el orificio 3. Coeficiente de descarga
Material: 1. 2. 3. 4.
Deposito Cilíndrico de plexiglás con derrame y escala graduada Dispositivo de trayectoria del chorro con tablero gráfico Tanque volumétrico para medir el caudal Orificio: Diámetro de 4 mm.
Hidráulica I
Práctica 10, Pag. 1
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Área Civil
5. Cronómetro
Procedimiento: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Colocar el equipo de ensayo en el módulo básico de hidrodinámica Conectar el modulo básico de hidrodinámica y el equipo con un tubo Abrir las válvulas de entrada y salida Conectar la bomba y abrir lentamente el grifo principal Ajustar las válvulas de entrada y salida para regular el nivel de agua Medir el nivel del agua en el deposito de plexiglás para cinco gastos diferentes Medir el caudal
Diagrama:
EQUIPO DE ORIFICIO ORIFICI O Y CHORR C HORRO O
Estableciendo la ecuación de Bernoulli entre un punto en la superficie libre del agua (punto 1) y otro punto inmediatamente a la salida del chorro (punto 2). P1
2
V 1
2g
Z 1
P2
2
V 2
2g
Z 2
Eliminando términos y simplificando: Velocidad del chorro en la salida V 2
2 gh
Gasto ideal Qi
AV 2
Hidráulica I
Práctica 10, Pag. 2
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Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Reporte: Graficar coeficiente de gasto ( C d ) contra el gasto aforado ( Q A ) y contra carga hidráulica medida al centro del orificio en el deposito de plexiglás. Gasto de Aforo Q A
V A t
Gasto ideal Qi
A
2 gh
Área del tubo 2
A
d
d .004 m. ( A ? m
4
2
)
Coeficiente de gasto C d
Q A Qi
Cuadro de Cálculo: Ensayo
h m
Qi
m3 /s
V A
m3
t
seg.
Q A
C d
m3/s
1 2 3 4 5
Hidráulica I
Práctica 10, Pag. 3
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Graficar: Q A
h
C d
C d
Nomenclatura: Concepto Q A . Gasto aforado Qi . Gasto ideal V A . Volumen aforado t . Tiempo C d . Coeficiente de gasto A. Área del orificio g. Aceleración de la gravedad h. Carga hidráulica sobre el orificio d . Diámetro del orificio
Hidráulica I
Unidades m3 /s m3 /s m3 s m2 m/s m m
Práctica 10, Pag. 4
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
PRÁCTICA NO. 11
VERTEDORES
I.- VERTEDOR RECTANGULAR RECTANGULAR
Objetivo:
1. Experimentar con este dispositivo aforador con dos contracciones laterales. 2. Determinación de la altura de rebose. 3. Determinación del caudal.
Antecedentes teóricos:
1. Contracciones en el Vertedor Rectangular de Cresta Delgada
Equipo:
1. Modulo Básico para Hidrodinámica, plantilla del vertedor rectangular con dos contracciones, escala vertical y cronometro.
Hidráulica I
Práctica 11, Pag. 1
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Procedimiento:
1. En el modulo básico de hidrodinámica, se coloca el vertedor de sección rectangular y la escala vertical. 2. Se aplica una serie de gastos, sobre el vertedor rectangular y con la escala vertical se obtiene la carga hidráulica para cada gasto. gasto. 3. A la vez, se realiza para cada gasto, un aforo volumétrico.
1. Vertedor rectangular. El gasto se deriva a través del vertedor. El ancho b es constante. La altura de derrame Z se mide indirectamente.
2. Determinación de la altura de derrame Z PALAPADOR
TOCAR EL AGUA
Se mide la altura h del nivel del agua con las constantes. ho = 3.5 h1 = 6.0
Se calcula la altura de derrame z del modo siguiente: z = ho+h1-h
3. Determinación del gasto ideal y gasto real .El gasto gasto ideal se calcula con la formula siguiente: Qi
Hidráulica I
2 3
bz
2 gz
Práctica 11, Pag. 2
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Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Siendo:
Área Civil
= 0.63 para salida de ángulos vivos.
Con la ayuda del dispositivo volumétrico del modulo básico de hidrodinámica se puede determinar el gasto de aforo, tomando el tiempo con un cronometro. Se recomienda, medir el tiempo de llenado t por cada 10 litros litros el volumen se ve raramente en el tramo de escala de entre 20 y 30 litros Gasto Aforado Q A
Vol t
Desviación Q Q A Des i Qi
*100
Reporte: Gráfica los valores, del gasto que pasa por el vertedor (Qi) contra los gastos del aforo volumétrico (Qa).
Determinar: 1.- Qi = 2.- Qa = 3.- t =
Hidráulica I
Práctica 11, Pag. 3
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Cuadro auxiliar: Ensayo
h m
Z m
Vol. m3
t s
Qa m3 /s
μ
Qi m3 /s
Desviación %
1 2 3 4 5
Graficar: Qi
Nomenclatura: Concepto h = Diferencia de niveles. ho = 0.035 h1= 0.060 Vol = Volumen de aforo. t = Tiempo de llenado. Qi = Gasto ideal. Qa = Gasto de aforo. b = Longitud de la cresta vertedora. z = Carga hidráulica sobre el vertedor. μ = Coeficiente del vertedor.
Hidráulica I
Qa
Unidades m m m m3 s m3 /s m3 /s m m
Práctica 11, Pag. 4
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Área Civil
II.- VERTEDOR TRIANGULAR DE 90º
Objetivo: 1. 2. 3. 4. 5.
Experimentar con este dispositivo aforador, vertedor triangular de 90°. Determinar la altura de rebose z. Determinar el valor del coeficiente μ para cada vertedor.
Encontrar la ecuación de aforo para el vertedor. Determinar el gasto teórico en cada vertedor a partir de la carga z y el coeficiente μ
Antecedentes teóricos:
Vertedor triangular 90° 1) Tipos de vertedores y usos 2) Es general de gasto de un vertedor de pared delgada triangular 90°.
Equipo:
Plantilla del vertedor triangular de 90o 1. Vertedor de cresta viva 2. Escala vertical. 3. Cronometro. 4. Limnimetro o palpador.
Hidráulica I
Práctica 11, Pag. 5
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Área Civil
Procedimiento:
1. En el modulo básico de hidrodinámica, se coloca la practica del vertedor y la escala vertical. 2. Se aplica una serie de gastos, sobre el vertedor y con la escala vertical se obtiene la carga hidráulica para cada gasto. 3. A la vez, se realiza para cada gasto, un aforo volumétrico.
Reporte:
Graficar los gastos obtenidos, con el aforo volumétrico (Qa) contra los obtenidos con la ecuación de aforo (Qi.)
Determinar: Qi = 0.63
Gasto ideal Q i=
8 15
z ² tan
2
2 gz
Vertedor triangular de 90º
El caudal se puede derivar del ancho b y la altura de derrame z, b = 2z.
Hidráulica I
Práctica 11, Pag. 6
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Área Civil
ESCALA VERTICAL
Determine la altura altura de derrame z...
TOCAR EL AGUA PLANTILLA.
Constantes: ho = 4.0 cm. h1 = 3.8 cm. Se calcula la Altura de derrame Z del modo siguiente: z = ho + h1 - h
Gasto Aforado Q A
Vol t
Desviación Des
Q A
Qi
Qi
Hidráulica I
*100
Práctica 11, Pag. 7
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Cuadro auxiliar: Ensayo
Z m
Vol. m3
t s
Qa m3 /s
μ
Qi m3 /s
Desviación %
1 2 3 4 5
Qi
Nomenclatura: Concepto b = Ancho z = Altura de derrame h = Altura del nivel de agua a la escala escala vertical ho = Altura de la plantilla a la escala vertical h1 = Altura de la escotadura del vertedor Qi = Gasto ideal QA = Gasto de aforo
Hidráulica I
QA
Unidades m m m m m l/s l/s
Práctica 11, Pag. 8
UASLP
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Área Civil
PRACTICA No. 12
TIEMPO DE VACIADO
Objetivo:
Obtener el tiempo de vaciado de un volumen a través de un orificio, así como el tiempo en que se equilibran dos cargas en volúmenes diferentes comunicados a través de un orificio, obtener el tiempo teórico y compararlo con el tiempo medido, además observar la variación de la rapidez de vaciado con relación a la carga.
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Área Civil
Antecedentes Teóricos:
1. Ecuación de continuidad 2. Coeficiente de descarga de un orificio libre y ahogado.
Equipo: 1. 2. 3. 4.
Prisma triangular Prisma rectangular de acrílico Flexómetro Cronómetro.
Procedimiento:
La práctica se lleva a cabo en dos etapas:
Primera Etapa
1. Llenar el prisma triangular hasta una altura conveniente para observar el vaciado. 2. Medir la carga inicial y destapar el orificio. 3. Tomar el tiempo de vaciado y compararlo con el teórico.
Segunda Etapa
1. Se llena el prisma rectangular, se ahoga el orificio a una altura aproximada de 5 cm. y la carga adjunta a cualquier carga. 2. Se mide la diferencia de cargas inicial. 3. Se destapa el orificio y se mide el tiempo hasta que la diferencia de cargas alcance 1 cm. 4. Se calcula el tiempo teórico para comprobar la práctica.
UASLP
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PRIMERA ETAPA:
Diagrama:
Reporte: Datos: do = 3.17*10-3 m 1. Calcular el tiempo teórico de vaciado. Q B = Q0
Q0
A0 C
Q B
Q B
Q B
Vol t dVol dt Adh
dt
2 gh
Área Civil
UASLP
A
dh dt
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
A0 C
A0 dh C A A0 K C A
2 gh
2 gh dt
dh K 2 gh dt K1 K 2 g 1/2
dh = K 1h dt dt
t t
t t
t t
1 dh K 1 h1 2 1 K 1 2 K 1 2 K 1
C=?
h2
dh
h1 / 2
h1
h
h
1 / 2 0
h
12
Ecuación de tiempo de vaciado
(Obtenerlo de la Grafica)
2. Medir el tiempo experimental de vaciado. t 0 = ?
Área Civil
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Cuadro Auxiliar: Ensayo
h m
C
tt s
to s
1 2 3 4 5
Graficar: 3. Elaborar el gráfico de tiempo experimental - Carga.
h (m)
t (seg) Nota: Elaborar los gráficos en hoja de papel cuadriculado, indicando los valores obtenidos.
UASLP
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SEGUNDA ETAPA:
Diagrama:
Reporte: De la figura anterior H XY Z A1 dx A2 dy CA0 2 gz dt dt A0
2 d 0
4
Área Civil
UASLP
Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
d 0 = 1/4” CA0 2 gz dt
dx
A1 A0 2 gz dt
dy
C
A2 A0
2g
1 A 1
H '
1
T T C
T T
12 dt Z dz A2 1
1 A1
A0 2 g
2 A1 A2
H
CA0 2 g A1
1
A2
H
dz Z
H'
A2 2
C = 0.872 + 0.0073 h - 0.00015 h + 0.000006 h
3
Donde: h=H - H’
(m)
Cuadro Auxiliar: Ensayo 1 2 3 4 5
H m
H' m
C
s
Tt
s
Te
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Facultad de Ingeniería Laboratorio de Hidráulica
Área Civil
Graficar: Elaborar el gráfico de la diferencia de niveles contra tiempo real
H-H’ (m)
Tiempo (seg) TR Nota: Elaborar los gráficos en hoja de papel cuadriculado, indicando los valores obtenidos.
Nomenclatura: Concepto : Carga inicial del prisma. h : Coeficiente de descarga del orificio. C : Diámetro del orificio. d 0 : Lado de la base del prisma. L : Tiempo teórico. T T T : Gravedad. g : Área del orificio. A0 : Área de la base del prisma. A : Constante. K Te : Tiempo experimental. : Área transversal del recipiente 1. A1 : Área transversal del recipiente 2. A2 : Diferencia de cargas inicial. H H’ : Diferencia de cargas final.
m m m t m/s2 m2 m2 t m2 m2 m m