Practica N 1 Hidraulica basica

7/25/2019 Practica N 1 Hidraulica basica

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LABORATORIO DE HIDRULICA I

PRACTICA N 01

MEDICIN DE LAS MAGNITUDES FISICAS EN EL

LABORATORIO

1.1 OBJETIVO:

Conocer los instrumentos disponibles para la medicin de las

magnitudes fsicas en el laboratorio.

Definicin de las magnitudes fsicas.

Familiarizar al estudiante con el manejo de los instrumentos disponibles en el

laboratorio para las prcticas futuras.

1.2 GENERALIDADES:

Las magnitudes fsicas se pueden especicar dentro de cada punto de un

campo de ujo, a sean escalares, !ectoriales o tensoriales, "ue forman a su

!ez campos independientes o dependientes dentro del flujo.

#n campo escalar se define e$clusi!amente por la magnitud "ue

ad"uiere la cantidad fsica a la cual corresponde% ejemplos& presin,

densidad, temperatura.

#n campo !ectorial se dene por una magnitud, una direccin un sentido

para la cantidad fsica "ue corresponde% ejemplos& !elocidad, rotacin,

aceleracin.

Las magnitudes fsicas de los campos escalares !ectoriales de un campo de

flujo son en general funciones de punto de tiempo, a "ue su magnitud

puede !ariar no solo de un punto a otro sino tambi'n de un instante a otro.

Las mediciones de uidos incluen la determinacin de la presin,

!elocidad, descarga, ondas de c(o"ue, gradientes de !elocidad, turbulencia !iscosidad. )stas mediciones se las puede (acer en fo rm a , directa, indirecta,

gra!im'tricas, !olum'tricas, electrnicas, electromagn'ticas pticas.

Las mediciones directas de la descarga se reeren a la determinacin del

!olumen o peso de un uido "ue pasa a tra!'s de una seccin en un inter!alo

de tiempo. Los m'todos indirectos de medicin de descarga re"uieren la

determinacin de la altura piezom'trica o carga, diferencia de presiones o

!elocidad en !arios puntos de una seccin trans!ersal% mediante estos

!alores se puede determinar la descarga.


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1.3 INSTRUCCIONES

-bser!ar analizar los distintos componentes del Canalidrodinmico de pendiente !ariable.

CANAL HIDRODINMICO

)l canal est dise/ado para la obser!acin estudio de los fenmenos (idrulicos

"ue se pueden originar ante la presencia de secciones de control colocadas al

paso del ujo, esto nos permitir in!estigar fenmenos "ue ocurren en ros,

corrientes naturales, canales artificiales en otras estructuras (idrulicas

asociadas a ellos.

Los cambios en la pendiente de la supercie del agua en su profundidad

influen notablemente en los fenmenos (idrulicos, estas !ariaciones se podrn

recrear en este canal de ujo as permitir el estudio obser!acin

e$perimental de estas relaciones su correlacin con otras !ariables.

DIMENSIONAMIENTO

L (! A(! P (! ("! ("!

0 1.2 1.3 .314 41.5

)n donde&

L& longitud de la seccin

6& anc(o de la seccin

7& profundidad de la seccin

Dimetro del orificio normalizado

Dimetro de la tubera de alimentacin.

DESCRIPCIN

)l canal est estructurado por&

S#""$%& '# ()*+*,- "-& .*)#'#/ )*&/*)#/

Desarrollada en longitudes de 2m, "ue se encuentran asentadas sobre una

!iga rectangular de acero.

F-&'- '# "*&*


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De acero ino$idable soportado en numerosos puntos con pre!isiones para

una fcil !ariacin de su pendiente, presenta adems !arios puntos para jar

los modelos secciones de control.


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T*&12# '# 2&$3-)$4*"$%&'# ,-

Conformado por un tubo perforado "ue suministra el agua, por una pantalla

una contraccin en forma de garganta de acero ino$idable lo "ue permite

asegurar e$celentes condiciones de ujo en el canal.

U&* #/()2"(2)*/-.-)(*&(#

Los tramos del canal son soportados mediante gatos mecnicos con una

separacin entre s de cuatro metros enlazados por un sistema de cadenas.

)ste conjunto permite ajustar el ni!el del canal independiente de la forma del

piso sobre la cual se encuentran asentados los soportes del sistema.

La !ariacin de la inclinacin est controlada por un contador de

re!oluciones "ue se encuentra conectado a uno de los gatos mecnicos.

C-.2#)(* '#'#/"*)5*

Constituido por una compuerta !ertical de aluminio, por una cremallera

pi/n "ue controla el mo!imiento de la compuerta, la descarga puede ser& sobre

ella o por debajo de esta.

T*&12#)#"-0#"(-)

7ara recirculacin del flujo, la descarga es conducida a un tan"ue recolector "ue

est conectado al tubo de succin de la bomba accionada por un motor

el'ctrico 6C. La bomba est localizada debajo del canal entrega el agua altan"ue de entrada al canal por medio de un tubo de acero con mediciones

e$ibles montado debajo del canal.

M*&%#()-'$3#)#&"$*0

La medicin del caudal de circulacin se puede determinar mediante el

manmetro diferencial el cual est conectado en el orificio normalizado

localizado en el tubo de acero "ue enlaza la bomba con el tan"ue de entrada al

canal.

V60720* '#"-.2#)(*

)l !olumen de agua de circulacin se controla mediante la !l!ula de compuerta

ubicada antes del ingreso al tan"ue de uniformizacin del ujo.

-bser!ar analizar la instrumentacindisponible para la medicin de lasmagnitudes fsicas en el laboratorio

M E DICIN DE LA V EL O CID A D


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La !elocidad se determina midiendo el tiempo "ue re"uiere unapartcula determinada para !iajar una distancia conocida.

T+- P$-:

Constitue uno de los m'todos ms e$actos para medir la

!elocidad 8Fig..9. )st estructurado por un tubo de !idrio o una jeringa

(ipod'rmica con un doblez a 51: "ue permitemedir la !elocidad en un canalabierto. La abertura del tubo se coloca corriente arriba, de modo "ue el fluido

circula por la abertura (asta "ue la presin del tubo aumente lo suficiente

como para resistir el impacto de la !elocidad contra 'l. )nfrente de la abertura,

el uido esta en reposo la lnea de corriente "ue pasa a tra!'s del punto

conduce al punto 4, "ue es el punto de estancamiento donde el uido est en

reposo, en el cual se di!ide circula alrededor del tubo. La presin en el punto

4 se determina a partir de la columna de l"uido en el tubo. ;ediante la

aplicacin ecuacin de


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Fig. .4 Aubo 7itot abertura piezom'trica


7/27

6l aplicar la ecuacin de


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T+- '#P)*&'':

F$5. 1.8 T+- P$-

Constitue un tubo 7itot esttico con nariz redondeada, su

dise/o anula las perturbaciones debidas a la nariz al brazo de tal manera

"ue C? en la ecuacin 8c9. 7ara otros tubos 7itot esttico, la constante C debedeterminarse por calibracin.

6lgunos ejemplos de tubos7itot&

F$5. 1.9 T+- P$- '$5$(*0

M#'$'-) '#

C-))$#:7ermite determinar la !elocidad de ujo de un l"uido en canales abiertos.

Las capas estn dise/adas de manera "ue el arrastre !are con la orientacin,

generndose una rotacin relati!amente pe"ue/a. ;ediante el uso de un

circuito el'ctrico audfonos es posible detectar una se/al audible para un

nGmero jo de re!oluciones. )l nGmero de se/ales en un tiempo dado est en

funcin de la !elocidad 8Fig. .09

7ara medir ujos a alta !elocidad se usa un medidor de corriente con

un propulsor como elemento rotatorio, a "ue ofrece menor resistencia al ujo.


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F$5. 1. M$")--0$(#

M E DICIN DE LA P R E SION

A+#))*P$#4-;)$"*:

7ermite determinar la presin esttica de un uido en mo!imiento es decir

cuando la !elocidad no (a sido perturbada por la medicin.i el ujo es paralelo como la gura 8.H9, la !ariacin de la presin es

(idrosttica normal a las lneas de corriente, si se mide la presin en la

pared es posible determinar la presin en cual"uier otro punto de la seccin

trans!ersal. La abertura piezom'trica debe ser pe"ue/a, con una longitud

de abertura por lo menos el doble dimetro debe encontrarse normal a

la supercie sin asperezas en sus orillas a "ue estas causaran remolinos

"ue distorsionan la medicin. )l anillo piezom'trico constitue la unin de

!arias aberturas piezom'tricas entre s. )ste instrumento se utiliza cuando

e$iste cual"uier deslizamiento o rugosidad de la abertura "ue puede causar

errores en la medicin.

F$5. 1. B*)%#()-

F$5. 1.10 M*&%#()-


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P$#4%#)-:

Constitue el manmetro ms elemental, mide la presin de un l"uido cuando

est arriba del cero manom'trico. e monta !erticalmente un tubo de !idrio de

manera "ue est' conectado al espacio dentro del recipiente. )l l"uido se

ele!a en el tubo (asta lograr el e"uilibrio. La presin se determina como ladistancia !ertical ( entre el menisco 8supercie l"uida9 el punto donde se

medir la presin, e$presada en unidades de longitud del l"uido en el

recipiente. )l piezmetro no funciona para presiones de manmetro negati!as,

ni para medir grandes presiones en 6, a "ue el tubo !ertical necesitara ser

ms largo. 8Fig. .9

F$5. 1.11 M*&%#()-/ /$.0#/

7ara la determinacin de pe"ue/as presiones manom'tricas positi!as o

negati!as en un l"uido, el tubo puede tomar la forma mostrada en la gura

8.b9, con este arreglo el menisco puede llegar a reposar abajo de 6. La

presin en el menisco es el cero manom'trico.

7ara presiones manom'tricas negati!as o positi!as se emplea un segundo

l"uido de maor densidad relati!a 8Fig. .c, consolidacin9. )ste debe ser

inmiscible con el primer uido, "ue puede ser un gas.

F$5. 1.12 P$#4%#()- #& /#)$#

D ETER M IN A C I O N D E LC A U D A L


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)l gasto en la seccin de una tubera se puede determinar indirectamente

con dispositi!os de aforo, en el sitio en el cual se desea conocer su magnitud.


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@eneralmente se utilizan !enturmetros, toberas diafragmas "ue se

adaptan a tuberas de medianas grandes dimensiones donde es necesario

conocer el control de los gastos.

VENTUR?MET

RO:*n!entado por ersc(el, se compone de una bo"uilla redondeada, de la

garganta o parte estrec(a de un difusor de ngulo con!eniente para unirse a

la ca/era en "ue se !a a situar. u funcin bsica consiste en producir un

estrangulamiento en la seccin trans!ersal en la tubera, el cual modica las

presiones. ;ediante la !ariacin de estas presiones es posible conocer el gasto

"ue circula por seccin.

La gura . representa el corte longitudinal de un !enturmetro para una

tubera, con algunos detalles de su geometra.

F$5. 1.13 V#&)@#)- #& &*

(2+#)@*

F$5. 1.18V#&(2)@#()-


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DIAFRAGMAS

)n tuberas donde se permita una gran p'rdida de energa para efectuar

el aforo se puede utilizar un diafragma para estrangular la seccin 8Fig. .39.

F$5. 1.19 D$*)*5* #& &*(2+#)@*

Consiste en una placa, donde se encuentra un orificio de rea 6o, la cual

se inserta dentro de la tubera en la seccin deseada. La modificacin en las

!elocidades ocasiona un cambio en las presiones, antes despu's del diafragma

cuo !alor determina el gasto.

F$5. 1.1 D$*)*5* #& &*(2+#)@*

ORIFICIOS:


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)l orificio como dispositi!o de medicin en una tubera, consiste en un agujero

circular conc'ntrico de bordes rectangulares, en una placa delgada, "ue se

sujeta entre las bridas de un tubo 8Fig..H9.


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F$5. 1.1< D$*5)** '# '#$&$"$%& *)* # -)$$"$-'# #'$"$%&

Las caractersticas de flujo del orificio dieren de las de la tobera en "ue la

seccin mnima del tubo de corriente ocurre, no dentro del orificio, sino

corriente abajo de este debido a la formacin de una !ena contrada en la

seccin 4.

F$5. 1.1= O)$$"$-/ *)*(2+#)@*/

MEDIDORES DECODO:

F$5. 1.1> T-+#)*/

e aplica a la medicin de ujo en tuberas, utiliza la lnea de cada de

gradiente (idrulico entre el e$terior el interior de un doblez regular

para tubo. )stos dispositi!os se calibran determinando e$perimentalmente la

relacin entre el descenso de la lnea de gradiente (idrulico el r'gimen de

ujo. 8Fig. .419


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F$5. 1.20 M#'$'-) '#"-'-


19/27

F$5. 1.21 M#'$'-) '#"-'-

MTODOS DEDILUCIN:

Consiste en introducir una sustancia e$tra/a 8a un r'gimen estable9 concentrada

en el ujo, medir la concentracin de la sustancia despu's de "ue (a tenidolugar un mezclado total calcular a partir de la dilucin de la sustancia, el

r'gimen de ujo "ue (a lle!ado a cabo esta dilucin.

VERTEDEROS:

Cuando la descarga del l"uido se efectGa por encima de un muro o una placa

a superficie libre, la estructura (idrulica en la "ue ocurre se llama

!ertedero, este puede presentar diferentes formas. Cuando la descarga se

efectGa sobre una placa con perl de cual"uier forma, pero con arista aguda,

el !ertedero se denomina de pared delgada% cuando el contacto entre la pared

la lmina !ertiente es ms bien toda una supercie, el !ertedero es de pared

gruesa. 6mbos tipos pueden utilizarse como dispositi!os de aforo en el

laboratorio o en canales de pe"ue/as dimensiones.

F$5. 1.22 V#)#'#)-T)$*&520*)


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F$5. 1.23 V#)#'#)- R#"(*&520*) "-&C-&()*""$-/

)l !ertedero de pared gruesa puede emplearse como obra de control o de

e$cedencia en una presa tambi'n de aforo en canales grandes. 8Fig. .42a9

F$5. 1.28 V#)#'-) '# *)#' '#5*'* '# -)*5#)*0

D ETER M IN A C I N D E LC A L A DO

7ara la determinacin del calado se utiliza el instrumento denominado

limnmetro, el cual consta de una regleta graduada en mm de 4 seguros para

sujetarlo sobre los bordes del canal.

La lectura se efectGa al poner contacto la parte inferior del limnmetro con la

supercie libre del agua. )ste contacto debe ser mnimo, luego se procede a

realizar las lecturas con una apro$imacin de mm.


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1.8 ACTIVIDADES POR DESARROLLAR

M#'$"$-/ '# "*'*

;'todos !olum'tricos

La forma ms sencilla de calcular los caudales pe"ue/os es la medicin directadel tiempo "ue se tarda en llenar un recipiente de !olumen conocido. Lacorriente se des!a (acia un canal o ca/era "ue descarga en un recipienteadecuado el tiempo "ue demora su llenado se mide por medio de uncronmetro. 7ara los caudales de ms de 2 l=s, es adecuado un recipiente de 1litros de capacidad "ue se llenar en 4K segundos. 7ara caudales maores, unrecipiente de 411 litros puede ser!ir para corrientes de (asta 31 =s. )l tiempo"ue se tarda en llenarlo se medir con precisin, especialmente cuando sea deslo unos pocos segundos. La !ariacin entre di!ersas mediciones efectuadassucesi!amente dar una indicacin de la precisin de los resultados.

i la corriente se puede des!iar (acia una ca/era de manera "ue descargue

sometida a presin, el caudal se puede calcular a partir de mediciones del c(orro.i la ca/era se puede colocar de manera "ue la descarga se efectGe!erticalmente (acia arriba, la altura "ue alcanza el c(orro por encima dele$tremo de la tubera se puede medir el caudal se calcula a partir de unafrmula adecuada tal como se indica en la Figura 5. )s asimismo posibleefectuar estimaciones del caudal a partir de mediciones de la traectoria desdetuberas (orizontales o en pendiente desde tuberas parcialmente llenas, perolos resultados son en este caso menos conables 8cott ouston 5359.

;'todo !elocidad=supercie

)ste m'todo depende de la medicin de la !elocidad media de la corriente delrea de la seccin trans!ersal del canal, calculndose a partir de la frmula&

-8m=s9 ? 68m49 $ M8m=s9

La unidad m'trica es m=s. Como m=s es una unidad grande, las corrientesmenores se miden en litros por segundo 8=s9.

#na forma sencilla de calcular la !elocidad consiste en medir el tiempo "ue tardaun objeto otante en recorrer, corriente abajo, una distancia conocida. La!elocidad no es

FIGURA 1> C6"- '# * "-# #& "*#)@*/ * *)$) '# * *)* '#& "-))- 7#)$"* (B-/ 1>


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N?3,2HD,43,38 9N en metros cGbicos por segundo% D en metros.i O 1,2 D utilcese la ecuacin 89i P ,2 D utilcese la ecuacin 849i 1,2D O O ,2D calcGlense ambas ecuaciones tmese la media

+! C-))-

N ? ,3D,55 1,3 849

FIGURA 20 V*)$*"$%& '# * 7#-"$'*' #& &* "-))$#

-tro m'todo consiste en !ertir en la corriente una cantidad de colorante muintenso medir el tiempo en "ue recorre aguas abajo una distancia conocida. )lcolorante debe a/adirse rpidamente con un corte neto, para "ue se desplaceaguas abajo como una nube colorante. e mide el tiempo "ue tarda el primercolorante el Gltimo en llegar al punto de medicin aguas abajo, se utiliza lamedia de los dos tiempos para calcular la !elocidad media.

)n las corrientes turbulentas la nube colorante se dispersa rpidamente no sepuede obser!ar medir% es posible usar otros indicadores, a sean productos"umicos o radioistopos% se conoce como el m'todo de la dilucin. #na solucindel indicador de densidad conocida se a/ade a la corriente a un ritmo constantemedido se toman muestras en puntos situados aguas abajo. La concentracinde la muestra tomada aguas abajo se puede comparar con la concentracin delindicador a/adido la dilucin es una funcin del caudal, la cual es posiblecalcular.

M#'$"$-/ '# 7#-"$'*'

Miscmetro De -stQald


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)s "uizs el modelo "ue ms se (a utilizado en la medida de !iscosidadesabsolutas relati!as en l"uidos puros biolgicos, en sus mezclas ,especialmente, en uidos neQtonianos.

e basa en la le de 7oisseuille "ue permite conocer la !elocidad de ujo de unl"uido a tra!'s de un tubo, en funcin de la diferencia de presiones bajo las "uese establece el desplazamiento. La simplicacin del tratamiento num'ricofacilita la e$presin "ue se aplica en la medida e$perimental.

Miscmetro #ni!ersal De abolt.La facilidad con "ue un uido ue a tra!'s de un oricio de dimetro pe"ue/oes una ubicacin de su !iscosidad, en este principio se basa el !iscmetrouni!ersal de abolt. La muestra de uido se coloca en un aparato.Despu's de "ue se establece el ujo, se mide el tiempo re"uerido para colectar01ml del uido. )l tiempo resultante se reporta como la !iscosidad de uido ensegundos uni!ersales abolt 8#, o en ocasiones #9. 7uesto "ue la medicinno esta basada en la denicin fundamental de !iscosidad.

La !entaja de este procedimiento es "ue es sencillo re"uiere un e"uiporelati!amente simple. e puede (acer la con!ersin de # a !iscosidadcinemtica.

Miscmetro De earle7ermite (acer una medida absoluta de la !iscosidad, por ejemplo las mejoresmedidas absolutas de la !iscosidad del aire se (an (ec(o con un aparato de estetipo, alcanzndose una gran precisin. in embargo un !iscosmetro como el deearle, para ciertas !elocidades de rotacin, el ujo puede llegar a ser inestablea "ue se forma un torbellino en forma de toros coa$iales a los dos cilindros8torbellinos de Aalor9 "ue pueden dar resultados errneos, por esto es preferibleusa el Couette.

e utiliza con frecuencia para las medidas relati!as de l"uidos mu !iscosos, desuspensiones, de pinturas, de productos alimenticios, etc.

M#'$"$%& '# "**'-

6siento& )s la diferencia de calados entre proa popa. +ormalmente los barcosno tienen el mismo calado a proa a popa, as "ue cuando el calado de popa esmaor "ue el de proa se dice "ue tiene asiento positi!o o apopante cuando elcalado de proa es maor "ue el de popa tiene asiento negati!o o aproante.6 ? Cpp R CprLa diferencia entre el asiento nal el asiento inicial se llama alteracin.a ? 6f R 6i

Los bu"ues con asiento negati!o tienen reducido la capacidad de gobierno a"ue el timn al estar ms ele!ado tiene menos supercie dentro del agua porello reduce su efecti!idad.

M#'$"$%& '# )#/$%&


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CALADOLa diferencia radica en el la dimension en la "ue se !a a medir a "ue senecesita de un mismo aparato !arias !ersions con o menos caliber de medicin.

PRESION)l barmetro de Aorricelli utiliza mercurio en su columna de !idrio paramedir la presin al contrario del barmetro aneroide "ue no utiliza

mercurio si no "ue utiliza las deformaciones para medir la temperaturadel ambiente.

1. RECOMENDACIONES

CAUDAL)l Menturi metro es un instrumento con alta e$actitud, del orden deS 1.H3T, la cada de presin es pe"ue/a, permitiendo la medicinc(e ujos 01 T maores "ue los de la placa de oricio con lamisma restriccin adems )l mantenimiento "ue re"uiere esmnimo.

VELOCIDAD)l tubo pitot esttico a "ue une la funcin de un tubo esttico un tubo pitot la Gnica !ariacin son en dos frmulas, pero el uso esel mismo, puede medir la !elocidad en tubos abiertos.

CALADOa "ue (a pocos m'todos para calcular el calado, se puede decir"ue el m'todo de asiento es uno de los ms comunes uno de losms fciles de usar con una e$actitud mu alta.PRESION7iezmetro (idrulico, la principal !entaja, un tiempo de lecturamenor "ue con piezmetros de tubo abierto, poseen capacidad8aun"ue limitada9 para medir presiones negati!as, menospropensos a da/os durante construccin.

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