• Author / Uploaded
• Jorge Chacon

Citation preview

Universidad Nacional de Ingeniería Instituto de Estudios Superiores Facultad de Tecnología de la Construcción Departamento de Hidráulica y Medio Ambiente Ingeniería Civil INFORME DE LABORATORIO DE HIDRAULICA 1 Practica No: 3 Título de Practica: Uso y manejo del banco hidráulico.

Integrantes y numero de carnet: Esther Vanesa Arguello Bojorge 0493I Erick Yamil Carballo

20172017-

0580I Jorge Manuel Chacón García 0494I Grupo de Teoría: 3M1-C. Grupo de Practica: 3M1-C1. Profesor de Teoría: Ing. Johana Guadalupe Blanco Martínez. Profesor de Práctica: Msc.Ing. María José Castro Alfaro.

2017-

Fecha de realización de práctica: 6/Mayo/2019. Fecha de Entrega: 13/Mayo/2019. Índice. Página.

1. Introducción………………………………………………………………………….3 2. Objetivos …………………………………………………………………………….4 3. Equipo Utilizado……………………………………………………………………..5 4. Generalidades………………………………..…………………........................... 5 5. Procedimiento Experimental………..................................................................7 6. Tabla de datos recolectados………….……..……………………………….........8 7. Formulas a utilizar……………….……………....................................................9 8. Procedimiento de calculo……………………………………….…….…………....9 9. Tabla de resultados………………………………………………..………….…...10 10. Desempeños de comprensión…………………………………….…………….10 11. Conclusiones……………………………………………………….……..………16 12. Bibliografía…………………………………………………………..……………,17 13. Anexos…………………………………………………………………………….18

2

1. Objetivos:

Realizar una descripción del equipo.

Conocer los requerimientos del equipo.

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

Medir caudales con el banco hidráulico.

2

2. Introducción:

La tercera practica de laboratorio denominada “Uso y manejo del banco hidráulico” la cual fue realizada con éxito el día Lunes 6 de mayo del año 2019 de 02:25pm04:05pm, en el laboratorio de hidráulica de la Facultad de Tecnología de la Construcción, ubicado en el Recinto Universitario Pedro Arauz Palacios (RUPAP), con la tutoría y supervisión de la MSC.Ing. María José Castro Alfaro quien es responsable de impartirnos las clases prácticas de laboratorio de Hidráulica 1. El banco Hidráulico está fabricado en plástico de bajo peso, resistente a la corrosión, y las ruedas en que va montado le confieren movilidad. La parte superior del banco incorpora un canal abierto con canales laterales que sirven de apoyo al accesorio que se está ensayando. La medición volumétrica está integrada, y ha sido elegida frente a otros métodos de medición de caudal por su facilidad de uso, precisión y seguridad (no hay objetos pesados que los estudiantes podrían dejar caer). El tanque de medición volumétrica está escalonado, permitiendo medir caudales altos o bajos. Un deflector de amortiguación reduce la turbulencia y un vaso comunicante exterior con escala marcada ofrece una indicación instantánea del nivel de agua. El suministro incluye un cilindro medidor para la medición de caudales muy pequeños. Una válvula de vaciado situada en la base del tanque volumétrico es operada por un actuador remoto. Al abrir la válvula de vaciado el volumen de agua medido vuelve al depósito situado en la base del banco para su reciclado. Un rebosadero integrado en el tanque volumétrico evita derramamientos. El agua es traída desde el depósito por una bomba centrífuga, y una válvula de control en by-pass montada en el panel frontal regula el caudal. Un acoplamiento rápido de tuberías fácil de usar situado en la parte superior del banco permite cambiar rápidamente de accesorio sin necesidad de utilizar herramientas. Cada accesorio se suministra como equipo completo, y no necesita elemento de servicio adicional alguno salvo este Banco de Servicios Comunes. Al acoplarse al banco quedan listos para su uso inmediato.

2

3. Equipo utilizado:

F1-10 banco hidráulico. Cronometro. Agua.

4. Generalidades:

Caudal La definición formal es "volumen de un fluido que pasa por un área determinada por unidad de tiempo", al decir fluido se hace referencia tanto a gases como a líquidos, aunque en primer lugar se asocia el caudal con líquidos. Las unidades más utilizadas son m3/s, lts/s, en el sistema internacional. El dato de caudal es definitivo para cualquier problema de tipo hidráulico, sea como incógnita o como dato existente para el cálculo de los demás parámetros requeridos. Importancia La medición práctica del caudal líquido en las diversas obras hidráulicas, tiene una importancia muy grande, ya que de estas mediciones depende muchas veces el buen funcionamiento del sistema hidráulico como un todo, y en muchos casos es fundamental para garantizar la seguridad de la estructura. Un gran ejemplo de esto es el funcionamiento de las represas y plantas hidroeléctricas ya que deben ser previstas todo tipo de situaciones donde el caudal del rio, lago o presa aumente de manera considerable debido a diversos factores, esto se hace con el mero propósito de reforzar las estructuras para dichas situaciones. La aplicación de las medidas del caudal se aplica más que nada en la construcción de represas, puentes y canales de riego, también en la construcción de canaletas de desagüe en casas. Requerimientos del equipo

2

1. Para este equipo es necesaria una conexión eléctrica con un voltaje de 110V y una Frecuencia de 60 Hz para evitar problemas de funcionamiento. 2. Es necesario un suministro de agua para llenar el tanque de capacidad de 250 litros, sin embargo, no es necesario cuando el banco está en uso debido a que se puede usar el agua ya almacenada sin ningún problema. 3. El banco debe tener acceso a tuberías de drenaje para el vaciado del tanque y el cambio de agua. Una manguera flexible debe ser conectada a la válvula de drenaje ubicada en la parte frontal del tanque colector. 4. Es recomendable disponer de 1 a 2 metros alrededor del equipo para asegurar un espacio suficiente para que la persona que lo utilice realice su trabajo satisfactoriamente sin inconveniente. 5. si el quipo va a ser emplazado en un lugar definitivo este debe ser espacioso y bien iluminado. 6. El equipo debe mantenerse en condiciones de 22ºC y 50% de humedad relativa. Fuera del 25% de estas condiciones, el equipo puede deteriorarse. Por ello, se debe evitar lo siguiente: Dejar el equipo conectado al finalizar un trabajo. Dejar agua en los recipientes al finalizar un trabajo. Dejar el equipo expuesto al sol o luz directa excesiva, de forma continua. Dejar el equipo en ambientes de más del 80% de humedad relativa. Dejar el equipo en un ambiente químico, salino, de luz directa, calor o ambiente agresivo.

F1-10 Funciona según el mismo principio adoptado en la calibración de manómetros industriales., permite determinar el empuje estático ejercido por un fluido sobre un cuerpo sumergido y contrastarlo con las predicciones de teóricas habituales. Un cuadrante está montado sobre un brazo equilibrado que pivota sobre filos. Los filos coinciden con el centro del arco del cuadrante. Por lo tanto, de todas las fuerzas hidrostáticas que actúan sobre el cuadrante cuando éste está sumergido, la única que da lugar a un momento alrededor de los filos es la fuerza sobre la cara rectangular del extremo. El brazo equilibrado incorpora un platillo para las pesas suministradas y un contrapeso ajustable.

2

Este conjunto va montado sobre un tanque acrílico que puede ser nivelado mediante patas roscadas ajustables. El alineamiento correcto está indicado por un nivel de burbuja circular montado sobre la base del tanque. Un indicador fijado en un lateral del tanque indica cuándo está el brazo equilibrado en posición horizontal. El agua entra en la parte superior del tanque mediante un tubo flexible y puede ser vaciada a través de una válvula fijada en un lado del tanque. Una escala situada en el lateral del cuadrante indica el nivel de agua.

Válvula de purga Son válvulas instaladas lateralmente, en todos los puntos bajos de cualquier equipo que realiza trabajos relativos al flujo de agua, donde haya posibilidad de obstrucción de la sección de flujo por acumulaciones de sedimentos, facilitando así las labores de limpieza de la tubería.

Bomba centrifuga Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen unrotor de paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El rotor también proporciona al líquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula de retención en el conducto de succión, que mantiene el líquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta válvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo líquido desde una fuente externa, como el depósito desalada.

Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presión. En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial. En flujos más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo en el interior de la bomba es más paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice. La transición

2

de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.

5. Procedimiento experimental:

Se procedió a Conectar la bomba. Posteriormente se abrió la válvula de drenaje para vaciar el tanque de volumétrico. Cuando este se vacío, se conectó la bomba y se cierro la válvula de vaciado. Para medir el caudal procedimos a cerrar la válvula de purga, para ello se levantó el accionador con una media vuelta de tuerca y que posaba sobre el orificio de purga, consiguiendo que el agua no vuelva al tanque. Con ello podemos observar como el depósito comienzo a llenarse. Al mismo tiempo que el depósito se llenó, se observó la regla del banco pudimos comprobar cómo comienzo a subir el nivel de agua. Una vez que se llegó a esta situación lo que tuvimos que hacer fue tomar una referencia (por ejemplo, el cero del tramo superior), cuando el agua llego a ese nivel accionamos la marcha del cronómetro. Parándolo cuando por ejemplo el agua llego a los 20 litros en la regla. Así, obtuvimos que fluyen 20 litros en por ejemplo 30 segundos. De manera que esta fue una medida real.

6. Tabla de recolección de datos: Lectura No

Volumen Inicial (lts)

Volumen Final (lts)

Volumen Colectado (lts)

Tiempos Promedios (seg)

1

7

20

13

10.5

2

7

20

13

11.99

3

7

20

13

13.91

4

7

20

13

14.53

5

7

20

13

14.7

6

7

25

18

22.6

7

7

25

18

25.38

2

8

7

25

18

32.19

9

7

25

18

39.31

10

7

25

18

50.07

7. Formulas a utilizar:

Q=

V (L) t (s)

Donde: V (l): volumen en litros T(s): tiempo en segundos

8. Procedimiento de calculo:

1era Lectura Q

=

V (L) t (s)

=

13 10.5

=1.2381

lts lts galones ∗60 s ∗1 galon ∗1440 min s min min galones =74.2860 =19.6243 =2466.62 1min 3.7854118 lts 1 dia dia Lts ∗1 m3 m3 1.2381 seg =0.0012 1000 lts seg

2

2da Lectura Q

=

V (L) t (s)

=

13 11.99

=

1.0842

lts lts galones ∗60 s ∗1 galon ∗1140 min s min min galones =65.0542 =17.1855 =24747.1266 1min 3.7854118 lts 1dia dia Lts ∗1 m3 m3 1.0842 seg =0.0011 1000 lts seg

9. Tabla de resultados obtenidos:

XLectura #

Caudal (l/s)

Caudal (l/min)

Caudal (gpm)

Caudal (gal/dia)

Caudal (m3/seg)

1

1.238095238

74.285714286

2

1.084236864

65.054211843

3

0.934579439

56.074766355

4

0.894700619

53.682037164

5

0.884353741

53.061224490

6

0.796460177

47.787610619

7

0.709219858

42.553191489

8 9

0.559179870 0.457898753

33.550792171 27.473925210

19.62420952 1 17.18550458 5 14.81338605 1 14.18129387 3 14.01729251 5 12.62415112 1 11.24136388 3 8.863181589 7.257843178

28258.861709954 0.001238095 24747.126601711 0.001084237 21331.275913337 0.000934579 20421.063176498 0.000894701 20184.901221396 0.000884354 18178.777614640 0.000796460 16187.563990972 0.000709220 12762.981487756 0.000559180 10451.294176822 0.000457899

2

10

0.359496705

21.569802277

5.698138912

8205.320033770

0.000359497

10. Desempeños de compresión:

1. ¿Cuáles son las fuentes de error? Uno de los errores mas importantes que se puede efectuar es el mal uso del cronometro lo cual implica la mala determinación del tiempo, la observación fija hacia las elevaciones de los caudales y el mal sostenimiento de la manguera, lo cual afecta mucho en lo que es la determinación de los caudales.

2. ¿Cuál es la capacidad del banco hidráulico de medir caudales bajos y caudales altos? El aparato tiene una capacidad de depósito total de 250 litros, del cual su capacidad para medir caudales bajos es de 6 litros y para caudales altos es de 40 litros. 3. ¿Qué tipos de aparatos de laboratorio se pueden emplear haciendo uso del banco hidráulico? a)

El Venturímetro

b)

impacto de un chorro

c)

Aparto de Fricción en tubería

d)

F1-22 Perdida de Energía en Curvas y Accesorios

e)

Aparato Flujo atraves de un Orificio

f)

F1-17 Aparato de Chorro y Orificio

4. ¿Cómo determinaría el caudal máximo de la bomba? El caudal máximo se determinaría en el momento en que la válvula este completamente abierta puesto que en este instante el diámetro seria mayor y por lo tanto pasaría a través de la sección transversal del tubo, el mayor volumen de agua en un menor tiempo que el de las demás lecturas.

2

De acuerdo con el Teorema de Torricelli, la velocidad de salida de un líquido por un orificio practicado en un depósito que contenga a ese líquido es: v=√2gh donde h es la altura desde la superficie libre al orificio. Como la altura “h” de líquido lo que produce es una presión en las proximidades del orificio, se puede sustituir la “h” por el equivalente en presión. h=

P P , de ahí que v= 2 ρg ρ

√

P 2 ∗π D 2 Por tanto el ρ Q Max= 4

√

5. Describa seis factores que deben considerarse cuando se especifique un sistema de medidor de flujo Rango de caudales a cubrir Precisión requerida (debe especificarse para todo el rango) repetitividad requerida Ambiente en que se realizará la medición Tipo de fluido a medir Variación en altura de salida de agua 6. Describa cuatro tipos de medidores de cabeza variable y como se utilizan: el tubo Venturi, la boquilla de flujo, el orificio y el tubo de flujo. El principio fundamental en el que se basan los medidores de carga variable es el siguiente: cuando se restringe una corriente de fluido, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo Venturi, la placa orificio y el tubo de flujo. 6.1 El Tubo Venturi. El Tubo Venturi lo crea el físico e inventor italiano Giovanni Battista Venturi (1746– 1822), fue profesor en Módena y Pavía, en Paris y Berna, ciudades donde vivió mucho tiempo, estudió teorías que se relacionan con el calor, óptica e hidráulica, en éste último campo descubre el tubo que lleva su nombre, “tubo Venturi”. Según él, el tubo es un dispositivo para medir el gasto del fluido, es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de presión que existe entre el

2

lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable de mínima sección del tubo, en donde su parte ancha final actúa como difusor. Es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, consta de una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro ó instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y hace posible calcular el caudal instantáneo.

6.2 Orificio Es una placa plana con agujero de bordes afilados y un maquinado con precisión que cuando se coloca en forma concéntrica, hace que el flujo se contraiga de modo repentino conforme se acerca al orificio, y después se expanda al regresar a todo el diámetro del tubo. La corriente que pasa través del orificio forma una ventana contracta y la velocidad rápida del flujo origina una disminución de la presión corriente abajo del orificio. tomas de presión que están antes y después del orificio, permiten la medición de la presión diferencial a través del instrumento. 6.3 Boquilla de flujo La boquilla de flujo es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica, recta y corta. Debido a la contracción gradual y lisa en una boquilla de flujo hay muy poca perdida de energía entre los puntos 1 y 2. 7. Describa el rotatómetro de medición de área variable. El rotatómetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente y un medidor de “flotador” (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el fluido ascendente de un fluido en la tubería. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador.

8. Describa el Tubo de Pitot – Estático. El tubo de Pitot, inventado por el ingeniero y físico francés Henri Pitot, sirve para calcular la presión total, también llamada presión de estancamiento o presión remanente (suma de la presión estática y de la presión dinámica).

En el Tubo de Venturi el flujo desde la tubería principal en la sección 1 se hace acelerar a través de la sección angosta llamada garganta, donde disminuye la presión del fluido. Después se expande el flujo a través de la porción divergente al

2

mismo diámetro que la tubería principal. En la pared de la tubería en la sección 1 y en la pared de la garganta, a la cual llamaremos sección 2, se encuentran ubicados ramificadores de presión. Estos se encuentran unidos a los dos lados de un manómetro diferencial de tal forma que la deflexión h es una indicación de la diferencia de presión p1 – p2. Por supuesto, pueden utilizarse otros tipos de medidores de presión diferencial.

Por lo tanto:

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

9. Mencione y Describa los vertederos que se utilizan para la medición de flujo en canal del banco hidráulico. Es importante saber que los vertederos se pueden aplicar para: Control de nivel, por ejemplo: de un embalse (vertederos de presa) Medición de caudales (vertederos de medida)

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

Vertederos rectangulares: Vertederos sin contracción lateral: Si el ancho de la abertura es igual al ancho del canal. Vertederos con contracción lateral: En caso contrario

2

Vertederos de pared delgada: Se utilizan como ya lo hemos mencionado para medir caudales Vertederos trapezoidales Vertederos triangulares. Vertederos parabólicos.

En los vertederos rectangulares, sobre todo en los vertederos sin contracción lateral, la exactitud de la medida solamente se puede garantizar si el vertedero está bien ventilado ya que la exactitud de la medida exige que el vertedero este bien ventilado. Estos vertederos se adaptan para medir caudales desde 6 l/s a 10 m3 Los vertederos triangulares se emplean para medir caudales pequeños inferiores a 6 l/seg.

9.2 Vertederos de pared resbalamiento: Es un vertedero cuya sección transversal está diseñada para que el agua siga la forma del borde al pasar encima de él. Estos vertederos se usan mucho en presas de gravedad de arco y reforzadas. Se clasifican en: Vertederos de borde afilado. Vertedero de gola. 10. Describa el término coeficiente de descarga en relación con los medidores de cabeza variable. El coeficiente de descarga CD es la relación de dos factores de corrección: el

primero es el coeficiente de velocidad CV que relaciona la velocidad lineal de descarga real e ideal, en el cual no se consideran los efectos de rozamiento. y el segundo se llama coeficiente de contracción CC es el cociente entre el área del chorro de la vena contracta y el área del orificio. Variable el valor del coeficiente c depende del número de Reynolds del flujo y de la geometría real del medidor. Para números de Reynolds pequeños, la expansión súbita fuera de la garganta de medidor de cabeza variable ocasiona pérdidas grandes de energía y un valor pequeño de c. El valor de C también depende de la ubicación de las tomas de presión.

2

Para calcular o determinar el valor de c en general se recomienda utilizar la sig. Ecuación para los medidores de flujo más comunes (boquilla de flujo, orificio y tubo Venturi): C= 0.9975-6.53 Β=

√

β , donde: NR

d Conocido como coeficiente de contracción (CC) D

Además, el coeficiente de descarga es la relación entre el caudal teórico y el caudal real.

11. Defina que es la carga de presión estática y que es la carga de presión de velocidad. Carga de presión Estática: Es la altura de la columna liquida que está por encima de un punto considerado debido a la fuerza que actúa sobre un área de sección transversal. En términos matemáticos se define: h=

P1 γ Liq

Carga de presión de velocidad: es la altura a la que subiría un líquido si este es lanzado verticalmente con una velocidad. h=

V 2O 2g

La suma de ambas, genera la llamada carga de presión total

11. Conclusiones:

Se logro hacer una descripción general de equipo, durante la práctica, mediante la explicación que la docente brindo sobre cada una de las partes del equipo, mostrando así el manejo y las funciones del banco hidráulico para que esta

2

máquina funcione como un todo en los diferentes usos del ámbito hidráulico, en este caso para la medición de caudales. La importancia que se tiene de conocer los requerimientos que demanda cualquier maquina (Banco Hidráulico) para que esta funcione correctamente es relevante puesto que sin este conocimiento no es posible realizar estimaciones realistas sobre los datos que se desean conocer de acuerdo a alguna aplicación en la vida real además a medida que se incremente la dificultad de alguna practica también será imposible el control del crecimiento de los requerimientos que demando dicho equipo, es por esto y mucho más que en esta ensaye se lograron identificar cada uno de estos requerimientos con el fin de evitar los problemas anteriormente expuestos que puedan ocasionar la ignorancia de conocimientos. Antes de poner en marcha cualquier equipo en este caso el banco hidráulico, es importante repasar la ausencia de riesgos para las personas, para ello se hizo necesario conocer las condiciones de seguridad adecuadas que garantizan el bienestar del operando. Mediante los datos colectados se consiguió medir la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo notando así que a medida que se aumentaba el caudal, el tiempo disminuía según la cantidad de volumen colectado. Sin embargo, en algunas lecturas se observó lo contrario es decir que aumentaba el tiempo esto fue debido a los errores que se cometieron durante la práctica al dejar la llave intacta y no abrirla parcialmente además de la mala detención de la manguera.

12. BIBLIOGRAFÍA:

Guías de laboratorio de Hidráulica I – Ing. María José Castro Alfaro/Ing. Noe Hernández Duran/Ing. Erick Gabriel Cárdenas Cruz.

2

Mecánica de Fluidos. Sexta edición. Editorial Pearson Prentice Hall. Robert L. Mott. Capitulo XV. Pag 476-493. http://es.scribd.com/doc/67385837/Valvula-de-purga-aire-sifon. http://es.scribd.com/doc/6057846/Bombas-Centrifugas.

13. ANEXOS:

2

2