LABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Frontis de la Facultad de Mecnica de Fluidos de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos.

En las instalaciones de la facultad de mecnica de fluidos pudimos visitar el laboratorio de mecnica de fluidos y con la gua del ingeniero Manuel Vicente Herquinio Arias, pudimos conocer de forma prctica los distintos instrumentos y equipos adecuados para una verdadera experiencia en los conocimientos de la dinmica de los fluidos y su comportamiento en los distintos eventos de canales por los cuales fluye. As como tambin algunos instrumentos que permiten sus mediciones para realizar clculos de caudal, velocidad, etc. de los fluidos.

A continuacin veremos algunos de estos instrumentos y una breve explicacin de su utilidad:

BANCO DE TUBERAS:

A menudo, se enfrenta la tarea de disear sistemas para fluidos como redes de caeras, y su clculo debe realizarse en base a las prdidas incurridas cuando un fluido fluye a travs de caeras, vlvulas, uniones, codos y otros elementos, as como tambin el comportamiento que adquirir el fluido en su recorrido con respecto a las variantes asociadas a l.En la eleccin de un ducto para el transporte de fluidos, intervienen dos factores que se contradicen entre s. Por un lado est el tamao del conducto, el cual debe ser mantenido en el mnimo para reducir el costo de instalacin, y por la otra parte conviene que el ducto sea grande para reducir la friccin y por ende el costo de bombeo.Es indispensable que junto con la enseanza terica de la Mecnica de los Fluidos, est tambin presente un programa experimental para entregar as una visin ms real de los cambios que sufren los fluidos al modificar las variables que estn directamente relacionadas con su comportamiento, como lo son el dimetro de la caera, el material de esta y la cantidad y calidad del resto de elementos existentes, en el sistema. Mediante el diseo y posterior construccin de este mdulo, los estudiantes de mecnica de la sede podrn interiorizar con los distintos parmetros involucrados en el uso y comportamiento de los fluidos, lo que ser de gran utilidad en su posterior desempeo profesional.

VERTEDERO PARA MEDIR CAUDALEsta actividad es sumamente importante ya que con este mtodo podemos verificar si la planta est trabajando con el caudal de diseo, esto lo podemos concluir con la medicin de la perdida de carga.Para iniciar con toda esta actividad se debe aforar el flujo de agua entrante al filtro. A continuacin se explicara de modo ilustrativo el mtodo a seguir.

Se debe manipular las compuertas de los canales para estabilizar el flujo y encontrar la elevacin cero que equivale al vrtice del vertedero. Esto se realiza al girar las manilletas de operacin de cada compuerta. Si de ser necesario se deben abrir tapones de desage para estabilizar el flujo. Al tener el flujo estable se debe proceder a marcar con un lapicero o marcador permanente la altura cero la cual equivale al vrtice del vertedero, en este caso de forma triangular. Recordar que no en todos los casos vamos a contar con compuertas las cuales se pueden manipular por lo tanto se debe utilizar el ingenio y lo que tengamos a como herramienta para estabilizar el flujo.

Se procede a marcar el cero y fijar la regla de aforo a una distancia recomendable de 0.90m. a 1.00m. del vertedero, ya que si ubicamos la regla de aforo cerca del vertedero nos ser difcil leer las alturas deseadas ya que el flujo en esta seccin del canal empieza a realizar una curva para poder entrar al vertedero y caer a la caja distribuidora.

Al tener ubicada la regla de aforo se empieza a manipular la compuerta de entrada de flujo para estabilizar el flujo a una altura determinada. Con un simple balde, cronometro y una probeta graduada se procede a medir el caudal para cada altura. As sucesivamente se empieza a medir los caudales correspondientes a las alturas deseadas, hasta tener por completo la compuerta abierta el cual le dar la mxima capacidad en esta instancia.

Se procede a tomar las medidas del filtro, esto para tener el rea de filtracin y poder calcular la velocidad de filtracin (Vf=Q/Af).Donde: Vf= a velocidad de filtracin m/s Q= Caudal m/s Af= rea de filtracin mLa velocidad de filtracin depende del caudal en que la planta est trabajando y el estado de limpieza del mismo.Se debe medir el Angulo del vrtice del vertedero triangular para substituir en la ecuacin y as poder calcular los coeficientes de perdida carga por caudal. Dependiendo del tipo de vertedero se debe investigar la ecuacin general del mismo.

El operador debe proceder a limpiar el filtro, primero debe revolver el espesor superficial con una pala esto se debe realizar hasta que toda el agua se torne a un color caf oscuro, con cuidado de no revolver la capa de grava superficial con la capa intermedia. En esta actividad se deben abrir los desages de limpieza y cerrar el que conecta a la siguiente etapa.

Se procedi a medir con una regla la altura de 5.00cm. para calcular la velocidad de limpieza del filtro. Se abri el vlvula de limpieza y se tomo el tiempo en el cual se demoraba el agua en evacuar 5.00cm. luego se procedi a realizar la misma actividad con 10.00cm.

RPIDA ESCALONADAEn el diseo de las estructuras hidrulicas con alta velocidad aparecen frecuentemente problemas ocasionados por elevadas presiones negativas que pueden producir graves deterioros de la estructura por cavitacin. De todos es conocido que uno de los mtodos ms eficaces para evitar los daos por cavitacin es introducir aire en el flujo de agua, logrando un fluido que sea mezcla de agua y pequeas burbujas de aire de manera que la proporcin de este en las proximidades del paramento sea superior al 8%. La forma de conseguir que el aire penetre en la masa de agua puede ser de forma forzada o de manera natural.

En los aliviaderos escalonados, la alta turbulencia del flujo en la proximidad de los escalones provoca el acortamiento de la zona de flujo irrotacional si se compara con un aliviadero convencional y una vez que alcanza el punto de incepcin se inicia la aireacin natural, mantenindose de forma permanente un alto contenido de aire en la masa fluida.

La observacin en modelo reducido del flujo en un aliviadero escalonado si se mira desde el lado de la superficie libre, muestra un flujo claro y transparente y sbitamente un flujo blanco que tiene forma de U aplanada, o, sea, la aireacin se inicia antes junto a los cajeros, pero se desarrolla prcticamente a la misma cota en el resto del aliviadero. Si se observa el flujo desde el lateral o desde la solera se aprecia una lmina transparente disminuyendo progresivamente de espesor hasta que en un cierto escaln aparecen burbujas de aire confinadas por las fuerzas centrfugas del remolino asociado al escaln. En funcin del caudal unitario, aguas abajo de esta celda todo el flujo se llena de burbujas de aire aumentando considerablemente el espesor de la lmina de agua. E n las observaciones realizadas se ha tomado como altura a la que comienza la aireacin la cota media del primer escaln donde se mantienen confinadas las burbujas ya que se ha podido comprobar que esta cota coincide con la lnea blanca de inicio de aireacin que se aprecia en el flujo observndole desde una posicin frontal.

En la cuantificacin de los resultados el inicio de la aireacin se localiza por la diferencia de su cota con la del umbral del vertedero, en lugar de longitud a lo largo del aliviadero que es como suele ser estimado por otros autores. Esto se justifica en este caso porque es el nmero de saltos (y no el que la huella sea un poco mayor o menor) el parmetro ms ligado al desarrollo de la turbulencia y por otra parte permite obtener ms directamente la velocidad del flujo en la cota en la que se inicia la aireacin, pudindose estimar el riesgo de cavitacin al fijar una correlacin entre las velocidades y la posible existencia de presiones negativas.

Los aliviaderos escalonados presentan una gran turbulencia del flujo, potenciada por que la inestabilidad de la lmina de agua produce choques y despegues con los escalones lo que a su vez favorece la entrada de aire en los mismos. Este aire permanece en el escaln gracias a los vrtices de eje horizontal inducidos por la fuerte turbulencia del flujo. Al mismo tiempo y a partir de una cierta concentracin esta fuerte agitacin compensa suficientemente los efectos del gradiente de presiones existente en la celda triangular entre el paramento vertical y horizontal que tiende a separar las burbujas del paramento.

AFORADOR PARSHALLEl aforador Parshall , es un aparato que se basa en la prdida de altura del nivel del agua producida por el paso forzado de una corriente a travs de un estrechamiento inclinado. La entrada, de paredes convergentes, y la salida, de paredes divergentes, estn separadas por una garganta de paredes paralelas y con el piso inclinado. Se usan aforadores de tamaos escalonados para medir diferentes caudales de agua. Los de mayor tamao son fijos y construidos con obra de albailera, mientras que los ms pequeos son movibles y se construyen de chapa metlica.La medicin del caudal se obtiene mediante tablas y bacos especficos para cada tipo de aforador. Con este procedimiento se obtienen mediciones muy precisas, an cuando el aforador trabaje con inmersin casi completa.

CANAL PARA MEDICIN DE CAUDAL EN CANAL ABIERTO.

El Laboratorio de Hidrulica cuenta con una superficie cubierta de 850 m2dedicadas a oficinas, biblioteca y rea de 500 m2a las actividades de laboratorio como ensayos en modelo fsico, ensayos en canal, mediciones hidrodinmicas, tareas de taller, etc. Sobre dicha superficie estn dispuestas, distintas obras y estructuras fijas. stas son: cisterna subterrnea, canal experimental (o canal escuela) de pendiente variable, canales de aforo, tanque volumtrico para aforo entre otras.Canales de aforoSe utilizan para la medicin de los caudales ensayados. Cuentan con vertederos de placa delgada y boca triangular, con ngulo al centro de 90, ubicado en el extremo aguas abajo del canal. Su colocacin se hizo de acuerdo a las normas especificadas por el fabricante, y la curva Altura limnimtrica vs. Caudal se calibr de acuerdo a dichas normas. La placa est biselada en su parte superior a los efectos de cumplir con las condiciones de vertedero de pared delgada.Canal experimental de pendiente variable y oleajePosee una de estructura de acero, revestido en paneles de vidrio, con pendiente variable, de 14 metros de longitud y seccin transversal de 0.5 m x 0.6 m.Cambiando la configuracin del canal, el mismo tiene la capacidad de usarse para experimentacin en el mbito fluvial, simulando corriente unidireccional como tambin para generara condiciones de oleaje. En el apartado deequipamientoestn expuestas las caractersticas del generador de oleaje con el que se cuenta en el LH.Aguas abajo posee una compuerta de inclinacin regulable con la que se puede modificar el tirante y la velocidad del flujo en todo el canal. Posteriormente el flujo es evacuado hacia un canal de restitucin paralelo (Canal de Aforo 1), construido en mampostera, donde se realiza la medicin del caudal mediante un vertedero triangular. ste puede remplazarse por un vertedero rectangular o una canaleta Parshall, ambos disponibles en el Laboratorio.Equipo de bombeoSe cuenta con dos bombas sumergibles tipo Flyght, cada una de ellas capaz de desarrollar un caudal mximo de 70 lts/seg. Cada bomba cuenta con una conduccin de alimentacin y una conduccin de retorno a cisterna, ambas de hierro forjado. Sobre tales conducciones se hallan dispuestas vlvulas esclusas de operacin manual que permiten regular los caudales que viajan hacia el modelo que se quiere ensayar.CisternaLa cisterna del LH consiste en un recinto subterrneo de seccin rectangular de 1.30 metros de ancho por 0.75 metros de profundidad, y con un desarrollo rectangular en planta de unos 76 metros lineales.Tanque volumtricoSe encuentra ubicado por debajo del nivel del suelo, entre la salida de la restitucin del canal experimental y el retorno a cisterna. Tiene una seccin 1.50 x 1.50 m y una altura total de 3 metros. Es utilizado para el aforo de caudales, cuenta con una regla en toda su longitud para la medicin de niveles y con un limnmetro digital con sensor electrnico