SECCIÓN DE HIDRÁULICA

Hidráulica Básica - 2015961-1 (2015-II)

Laboratorio No. 2 Análisis de la pérdida de energía causadas por accesorios de cambios (suaves) o

(Bruscos)

En esta práctica se debe presentar el análisis del funcionamiento de una tubería con aditamentos de cambios

suaves y bruscos por los cuales circula un flujo constante de agua. Las preguntas a resolver son las siguientes:

1. Determinar el coeficiente de fricción f experimental en cada uno de los tramos de la tubería. Analice el

comportamiento del coeficiente f en el diagrama de Moody. Igualmente, obtenga la gráfica de

y analice el comportamiento de los datos experimentales.

2. Obtenga el coeficiente de pérdida . Obtenga el (K) medio del respectivo accesorio.

3. Obtener la gráfica entre (K) y el número de Reynolds.

4. Compare todos los resultados con lo expuesto en libros y manuales, explicando el por qué de las

diferencias. Presente las conclusiones del caso debidamente argumentadas.

5. Dibujar la línea de energía. (No es necesario dibujarla encima del esquema).

El caudal se determina por la ecuación del vertedero:

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Ho (cm) Modelo con Accesorios de cambios (suaves) o (Bruscos)

Cambios Suaves

Cambios Bruscos

(

) LGH (cm de Hg)

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10

Hv (cm)

T T

1 25

2 26

3 27

4 28

5 29

6 30

7 31

8 32

9 33

10 34

11 35

12 36

13 37

14 38

19 43

20 44

S1 SB

Tanque

Boquilla

Venturi

Válvula

Codo de radio

grande

Codo de radio

Grande

Venturi

MODELO DE ACCESORIOS

Ø = 2” Ø = 4” Ø = 2” Ø = 2”

5.5 2.4 16.2

Ø = 2” Ø = 1 1/4”

4.1 Ø = 2”

7 8

16.6

Ø = 2”

16.6

Tanque Orificio

Válvula

Codo de radio

Pequeño

Orificio

Codo de radio

Pequeño

Ø = 2” Ø = 4” Ø = 2” Ø = 2”

5.3 Ø = 2”

Ø = 2” Ø = 1 3/8”

30 31 32

Ø = 2”

11.6

Ø = 2”

11.6

NOTA: - El caudal se determina mediante vertederos colocados al final de las tuberías

- Las medidas están en cm.

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GENERALIDADES

Las pérdidas de carga que se presentan en las tuberías por efecto de la presencia en ellas de accesorios (aditamentos) tales como válvulas, medidores, contracciones o expansiones, codos, Yes, Tés, entre otros, se denominan pérdidas locales, menores, secundarias o por aditamentos y generalmente se determinan experimentalmente, es decir, mediante ensayos de laboratorio. Estas pérdidas se expresan en función de la velocidad media del flujo en el conducto de acuerdo con la

siguiente ecuación:

Expresión en la cual:

El valor del coeficiente se determina usualmente en forma experimental y para los accesorios comerciales más utilizados en tuberías los valores aparecen tabulados en catálogos, manuales, libros e informes de laboratorio. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN La instalación consta de:

Dos líneas de tuberías: una con accesorios y cambios bruscos de sección y dirección y otra (paralela a la anterior) con accesorios y cambios suaves.

Serie de piezómetros a lo largo de cada uno de los conductos, conectados en un circuito de medición (múltiple) que se opera manualmente

Manómetro de mercurio en el cual se leen las presiones transmitidas desde cada uno de los puntos de instalación de los piezómetros

Válvulas de regulación de caudal y sistemas de purga (válvulas para extraer el aire que pueda quedar atrapado en los conductos)

Vertedero triangular patronado para determinar los caudales.

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MODO DE UTILIZACION DE LA INSTALACION DE ACCESORIOS A lo largo de cada uno de los conductos se encuentran una serie de piezómetros que permiten conocer los valores de presión en secciones transversales localizados antes y después de cada uno de los accesorios. Los piezómetros convergen en un “múltiple” cuya operación manual permite la transmisión del flujo al manómetro de mercurio (figs. 2 a y 2b). Para el adecuado funcionamiento del manómetro, la válvula marcada con la letra M en el múltiple debe permanecer abierta.

Fig1. Múltiple de piezómetros

En el ramal izquierdo del múltiple se leen las presiones registradas en la tubería de cambios suaves, mientras que en el ramal derecho se leen las correspondientes a cambios bruscos.

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Fig 2a. Manómetro de Mercurio Fig 2b. Columna de mercurio (lectura manómetro)

Para la medición de los caudales que circulan por los conductos se dispone de un vertedero triangular de pared

delgada, con abertura de 60° cuya ecuación es:

El vertedero se muestra en la fig. 3, en la cual se aprecian también el vaso medidor (piezómetro) y el medidor

“de gancho” con un nonio vertical para determinar el nivel del agua sobre la cresta del vertedero (H).

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Fig 3. Vertedero triangular para medición de caudales.

La ecuación de calibración del vertedero se muestra, junto con la respectiva curva, en la fig. 4. Una vez

determinado el valor de H, se remplaza en la ecuación (o se ingresa con él a la curva) para determinar el valor

del caudal.

Fig 4. Ecuación de calibración del vertedero

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La fig. 5 muestra un detalle del vaso medidor del vertedero, el cual es en realidad un piezómetro que utiliza un

medidor de gancho, que se sumerge en el agua hasta que la punta del gancho esté nivelada con la superficie

del agua en el vaso. En esta posición se lee la altura respectiva y se compara con el nivel que marca cuando no

hay flujo en el sistema (ese es el dato del NIVEL CERO). La diferencia de las dos lecturas permite conocer el

valor del H correspondiente.

Fig 5. Vaso medidor de niveles en el vertedero

Los caudales que circulan por el sistema se regulan con las válvulas mostradas en la fig. 6. La válvula más

cercana al muro (en la figura y en el laboratorio) regula los caudales del conducto denominado de cambios

bruscos, mientras la exterior regula los caudales del conducto de cambios suaves. El uso de las válvulas es

excluyente, es decir, una válvula debe estar cerrada mientras la otra permanece abierta para permitir el

flujo en el conducto respectivo.

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Fig 6. Válvulas reguladoras de caudal.