Ensayos Realizados en Laboratorio

Tema : Ensayos realizados en laboratorio

Asignatura : Laboratorio de Mecánica De Fluidos E Hidráulica

Catedrático : Dr. HUATUCO GONZALES, Mario

Ciclo : VII-C2

“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”

UNIVERSIDAD PERUANA

LOS ANDES

ENSAYO DE PÉRDIDAS DE CARGAS LOCALES

I. DATOS GENERALES

1.1 Universidad : Universidad Peruana Los Andes

1.2 Facultad : Ingeniería

1.3 Carrera : Ingeniería civil

1.4 Asignatura : Laboratorio De Mecánica De Fluidos e Hidráulica

1.5 Docente : Dr. HUATUCO GONZALES, Mario

1.6 Responsables : CRUZ TOSCANO, EdwinCUILLAR PARDO, Pavel

II. Introducción

La presente información sobre perdidas secundarias es con el objetivo de desarrollar nuevos diseños, en abastecimientos de agua con tuberías, accesorios como vienen a ser los codos y las válvulas o cambien de diámetro donde también se suscitan perdidas de presión, y en consecuencia disminuyen las pérdidas de energía, es necesario entender que los diseños con accesorios adecuados ayuda a mejorar las calidades hidráulicas para los diferentes abastecimientos ya sea por gravedad o por bombeo, aquí se pone en conocimiento algunos alcances necesarios como los valores adecuados de las pérdidas de carga o energía.

III. EQUIPOS Y/O MATERIALES

FME 05

Este módulo puede trabajar con el Banco Hidráulico (FME00) o con el Grupo de Alimentación Hidráulica Básico (FME00/B).

El módulo dispone de 2 manómetros, tipo Bourdon: 0 – 2,5 bar y de doce tubos manométricos de agua presurizada.

ELEMENTOS

- Inglete (ángulo de 90º).

- Curva de 90º.

- Codo mediano de 90º.

- Codo corto de 90º.

- Codo largo 90º.

- Ensanchamiento de 25/40.

- Estrechamiento 40/25.

- Válvulas:

- Válvulas de membrana. Diámetro de 25mm.

- Anti – retorno: 6mm.

- Sistema de conexión rápida incorporado.

- Estructura de aluminio anodizado y panel en acero pintado.

IV. PROCEDIMIENTO PARA TOMA DE DATOS

Medición de Presión.

Con el manómetro doble pueden medirse en milímetros (mm) de columna de agua tanto las presiones diferenciales como también las sobrepresiones, que pueden convertirse en función de la presión de aire atmosférica en las presiones absolutas.

El rango de medición asciende de 0 a 1000 mm de columna de agua. Ambos tubos de nivel están unidos entre sí en su extremo superior y

tienen una válvula de purga común. Con la válvula de purga cerrada se mide la presión diferencial, con la

válvula de purga abierta se mide la sobrepresión. Los puntos de medición se conectan a los acoplamientos rápidos de

manguera autoblocantes en los extremos inferiores de los tubos de nivel.

Fórmulas usadas.La ecuación de Darcy

Para perdidas lineales

hl=f∗LD

∗( V 22g )Para perdidas singulares (locales o menores)

hs=K s∗( V 22 g )Dónde:f coeficiente de fricciónL,D longitud / diámetro tubería

K s coeficiente de perdidas singulares

Para los casos experimentales en el laboratorio de fluidos se van a ver la diferencia que se presenta por cada accesorio (codos). Cada uno de los codos presenta una distinta pérdida de carga, perdida menor o pérdida secundaria

V. TABLA DE REGISTRO DE DATOS

N° ENSAYO

ENSANCHAMIENTO (mm.c.a)

CONTRACCION (mm.c.a)

CODO LARGO

(mm.c.a)

CODO MEDIO

(mm.c.a)

CODO CORTO

90° (mm.c.a)

INGLETE (mm.c.a)

CAUDAL PROMEDIO

1

h1 370 366 371 368 376 374

0.000243

h2 352 352 358 358 366 367

2 h1 352 352 358 358 366 367 0.000224

h2 364 361 367 364 372 371

3

h1 363 359 366 352 372 372

0.000189

h2 273 284 297 309 322 338

4

h1 273 284 297 309 322 338

0.000214

h2 262 275 288 304 317 332

5h1 238 258 264 288 303 323

0.000183h2 207 227 245 268 284 311

6h1 63 106 134 174 203 253

0.000133h2 21 66 103 149 184 237

VI. TABLA DE DATOS PROCESADOS

1° muestra

N° he (m) hs (m) hps(m) Q (m3/s) K

1 0.37 0.352 0.018 0.000243

1.44

2 0.352 0.364 -0.012 0.000243

0.37

3 0.363 0.273 0.09 0.000243

2.43

4 0.273 0.262 0.011 0.000243

0.88

5 0.238 0.207 0.031 0.000243

2.48

6 0.063 0.021 0.042 0.000243

30.47

2° muestra


1 0.366 0.352 0.014 0.000224

1.32

2 0.352 0.361 -0.009 0.000224

0.37

3 0.359 0.284 0.075 0.000224

2.43

4 0.284 0.275 0.009 0.000224

0.85

5 0.258 0.227 0.031 0.000224

2.92

6 0.106 0.066 0.04 0.000224

34.15

3° muestra


1 0.371 0.358 0.013 0.000189

1.72

2 0.358 0.367 -0.009 0.000189

0.37

3 0.366 0.297 0.069 0.000189

2.43

4 0.297 0.288 0.009 0.000189

1.19

5 0.264 0.245 0.019 0.000189

2.51

6 0.134 0.103 0.031 0.000189

37.18

4° muestra


1 0.368 0.358 0.01 0.000214

1.03

2 0.358 0.364 -0.006 0.000214

0.37

3 0.352 0.309 0.043 0.000214

2.43

4 0.309 0.304 0.005 0.000214

0.52

5 0.288 0.268 0.02 0.000214

2.06

6 0.174 0.149 0.025 0.000214

23.39

5° muestra


1 0.376 0.366 0.01 0.000183

1.41

2 0.366 0.372 -0.006 0.00018 0.37

3

3 0.373 0.322 0.051 0.000183

2.43

4 0.322 0.317 0.005 0.000183

0.71

5 0.303 0.284 0.019 0.000183

2.68

6 0.203 0.184 0.019 0.000183

24.31

6° muestra


1 0.374 0.367 0.007 0.000133

1.87

2 0.367 0.371 -0.004 0.000133

0.37

3 0.372 0.338 0.034 0.000133

2.43

4 0.338 0.332 0.006 0.000133

1.6

5 0.323 0.311 0.012 0.000133

3.2

6 0.253 0.237 0.016 0.000133

38.75

VII. GRÁFICO

1° muestra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

Relación entre hps - k

Series2Exponential (Series2)

k

hps (

m)

2° muestra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04



k

hps (

m)

3° muestra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04



k

hps (

m)

4° muestra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04



k

hps (

m)

5° muestra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04



k

hps (

m)

6° muestra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04



k

hps (

m)

VIII. CONCLUSIONES

Las pérdidas de carga locales son diferentes para cada tipo de

accesorio.

IX. RECOMENDACIONES

Estudiar sobre los instrumentos a usar en los ensayos para poder obtener una mejor interpretación de ellos.

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

I. DATOS GENERALES







II. OBJETIVO

Reconocer las formas en las que actúa la energía dependiendo del tipo de flujo obtenido (laminar – turbulento)

III. EQUIPOS Y/O MATERIALES

FME07: PERDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS

El modulo consta de los siguientes elementos que se emplean en

combinación con el banco hidráulico (FME00) o el grupo de alimentación

hidráulica básico (FME00/B):

IV. PROCEDIMIENTO PARA TOMA DE DATOS

Medición de Presión.

Con el manómetro doble pueden medirse en milímetros (mm) de columna de agua tanto las presiones diferenciales como también las sobrepresiones, que pueden convertirse en función de la presión de aire atmosférica en las presiones absolutas.

El rango de medición asciende de 0 a 1000 mm de columna de agua. Ambos tubos de nivel están unidos entre sí en su extremo superior y

tienen una válvula de purga común. Con la válvula de purga cerrada se mide la presión diferencial, con la

válvula de purga abierta se mide la sobrepresión. Los puntos de medición se conectan a los acoplamientos rápidos de

manguera autoblocantes en los extremos inferiores de los tubos de nivel.

Mediciones

V. TABLA DE REGISTRO DE DATOS

Temperatura Peso Especifico Viscosidad Dinámica25°C 997.07 kg/m3 9.12 x 10−5kg.s/m2

27°C 996.519 kg/m3 8.74 x 10−5kg.s/m2

30°C 995.68 kg/m3 8.17 x 10−5kg.s/m2

El volumen tomado para el caudal fue de 0.2 L = 0.0002 m3

Para flujo laminar:

Muestra He hs hlVol Tiempo

(s)Q

(m3/s)

1 0.342 0.148 0.194 0.0002 87 2.30 x 10−6

2 0.319 0.252 0.067 0.0002 48 4.17 x 10−6

3 0.349 0.271 0.078 0.0002 43 4.65 x 10−6

4 0.454 0.301 0.133 0.0002 30 6.67 x 10−6

5 0.458 0.291 0.167 0.0002 29 6.89 x 10−6

6 0.477 0.283 0.197 0.0002 26 7.69 x 10−6

Para el flujo turbulento

Muestra BAR 1 BAR Equivalencia en m.c.a.

1 2.48 68 16.8642.45 68 16.66

2 2.35 68 15.982.25 68 15.3

3 2.24 68 15.2522.09 68 14.212

4 2.16 68 14.6881.95 68 13.26

5 2.26 68 19.1082.06 68 14.008

6 1.65 68 11.221.19 68 8.092

VI. TABLA DE DATOS PROCESADOS

FLUJO LAMINAR

Muestra He hs hlQ

(m3/s)Re

1 0.342 0.148 0.194 2.30 x 10−6 851.1212 0.319 0.252 0.067 4.17 x 10−6 544.1043 0.349 0.271 0.078 4.65 x 10−6 1720.8454 0.454 0.301 0.133 6.67 x 10−6 2469.6455 0.458 0.291 0.167 6.89 x 10−6 2548.7116 0.477 0.283 0.197 7.69 x 10−6 2846.370

FLUJO TURBULENTO

Muestra

He hs hlQ

(m3/s)Re Fr

1 0.342 0.148 0.194 2.30 x 10−6 6850.82 0.1482 0.319 0.252 0.067 4.17 x 10−6 10253.213 0.2183 0.349 0.271 0.078 4.65 x 10−6 4934.639 0.1424 0.454 0.301 0.133 6.67 x 10−6 14236.306 0.2395 0.458 0.291 0.167 6.89 x 10−6 15462.494 0.0736 0.477 0.283 0.197 7.69 x 10−6 23133.740 0.0498

VII. GRÁFICO

Flujo laminar

2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Relación entre hl y Q


Q (caudal) *10-6

Hl (v

acria

ción

de a

ltura

)

Flujo turbulento

0 5000 10000 15000 20000 250000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Relación entre Re - ft


Re

ft

VIII. CONCLUSIONES

Las pérdidas por fricción dependerán de las características del fluido al

cual realicemos los ensayos.

El estudio realizado dependerá del tipo de fluido con el cual se trabaje y

sus condiciones usadas.

IX. RECOMENDACIONES

Tener siempre en cuenta un buen análisis de los resultados obtenidos debido al ensayo para una buena interpretación de estos.

A realización constante del ensayo variando de condiciones ayudara al alumno a comprender mejor los resultados obtenidos

RESALTE HIDRÁULICO

X. DATOS GENERALES







XI. OBJETIVO

Aplicar los conocimientos obtenidos en cátedra que relacionan el tema de Resalto Hidráulicos en un modelo real de escurrimiento.

Analizar el número de froude y determinar el tipo de salto Analizar la disipación de energía que ocurre con la formación de

un resalto y verificar las expresiones de alturas conjugadas. Ubicar la posición del eje hidráulico Graficar el eje hidráulico

XII. EQUIPOS Y/O MATERIALES

FME09: VISUALIZACIÓN DE FLUJO EN CANALES

El módulo consiste en un canal transparente de metacrilato dotado de un

rebosadero en la parte superior y una placa regulable en el extremo de

descarga.

Dicha placa permite regular el nivel del flujo.

El agua es suministrada al canal desde la boca de impulsión dl banco

hidráulico (FME00) o del grupo de alimentación hidráulica básica (FME00/B),

mediante una tubería flexible, pasando a través de un depósito de

amortiguamiento que elimina las turbulencias.

POSIBLES PRÁCTICAS

1. Derrame de líquidos por vertederos de pared delgada.

2. Derrame de líquidos por vertederos de pared gruesa.

3. Modelos con perfil de ala sumergidos en una corriente fluida.

4. Modelos circulares sumergidos en una corriente fluida.

5. Demostración del fenómeno asociado con el flujo en canales

abiertos.

6. Visualización de las líneas de flujo alrededor de distintos modelos

hidrodinámicos sumergidos.

ESPECIFICACIONES

- Capacidad del depósito de colorante: 0,31.

- Anchura /longitud del canal, aprox. 15/630mm.

- Profundidad del canal: 150mm. Aprox.

- Depósito de amortiguamiento que elimina las turbulencias.

- Modelos hidrodinámicos:

a. Dos alargados.

b. Dos circulares de 25 y 50mm de diámetro.

c. Rectángulo con aristas redondeadas.

d. Cuñas.

e. Sistema de conexión rápida incorporado.

f. Estructura de aluminio anodizado.-

El resalto hidráulico es una sobreelevación de la superficie liquida, el cual se presenta al pasar de una profundidad menor a mayor, a la cual se le llama profundidad crítica o energía mínima. El resalto hidráulico ocurre cuando se pasa de un flujo rápido a uno tranquilo es decir pasa de un tirante menor al crítico mayor.

Tipos de resalto hidráulico

Resalto claro. Se presenta con gran turbulencia, el cual hace que cierta porción del líquido retorne contra la corriente.

Resalto barrido. Se presenta como una superficie agitada pero sin remolinos y sin retorno del líquido.

XIII. PROCEDIMIENTO PARA TOMA DE DATOS

1. Determinar las características geométricas del canal.2. Colocar la pendiente del canal en cero.3. Abrir la válvula para permitir el flujo en el canal.4. Instalar correctamente el obstáculo en el canal.5. Manipular la compuerta al final del canal, para formar el resalto

hidráulico aguas arriba6. Medir la altura de carga de agua sobre el vertedero triangular, localizado

aguas abajo del canal rectangular.7. Registrar los datos correspondientes a, Y1, Y2 y L8. Esto es usado para el régimen laminar

Mediciones

1. Determinar el caudal a partir de la altura de carga de agua medida en el vertedero.

Q=13.824 x H 2.51

2. Calcular la velocidad media del flujo para cada caudal antes y después del resalto.

3. Calcular el tirante conjugado aguas abajo (Y2) en función del Y1 medido y comprará con la medida realizada en el laboratorio.

4. Calcular la perdida de la energía teórica y experimental.5. Calcular la eficiencia teórica y experimental.6. Calcular la longitud del resalto y comparar con la longitud medida en el

experimento7. Determinar el número de Froude y a partir de este clasificar el tipo de

resalto que se presentó y comparar con la clasificación cualitativa realizada durante la experiencia.

8. Para diferentes valores de Y, dibujar las curvas de E vs Y y M vs Y para el último caudal aforado y ubicar los valores correspondientes al resalto hidráulico.

XIV. TABLA DE REGISTRO DE DATOS

L teórico Y1 (m) Y2 (m) A (constante)0.0103 0.018 0.037 5

Cálculo del “L”

L=A∗(Y 2−Y 1)L=5∗(0.037−0.018)

L=0.095mCálculo del “Q1”

Q 1=1.83∗b∗H32

Cálculo del “Q2; Q3; Q4; Q5”

Qn=1.83∗b∗[ (H+h0 )32−h0

32 ]

Cálculo del “Vo”

Vo=QA

Cálculo del “ho”

h0=V 02

2 g

XV. TABLA DE DATOS PROCESADOS

Muestra

Q V0 h0

1 4.95*10−4 0.121 7.5*10−4

2 0.0002003 0.125 0.0007983 0.0002011 01253 0.00080044 0.0002011 0.1253 0.0008004

Al obtener que los Q4 =Q3 son iguales se termina el cálculo.

# de Froude

Fr= V

√g∗y

V= Qb∗Y 1 V= 0.0002011

0.015∗0.018=0.745 m

s

Fr= 0.745

√9.806∗0.018=1.77

Obtenemos que el tipo de resalte basándonos en la cantidad de Froude sea de “TIPO DÉBIL”

XVI. GRÁFICO

XVII. CONCLUSIONES

Se comprobó que al modificar la altura de una compuerta en un canal se provocan distintas configuraciones en el escurrimiento del agua, dándose lugar en algunos casos y dependiendo de la apertura que tenga la compuerta a un resalto hidráulico de distinto tipo.

XVIII. RECOMENDACIONES

Tener un mayor conocimiento de la teoría de los tipos de resalto hidráulico para una mejor interpretación de los datos obtenidos.

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