Ing. David

Hernndez Huramo

Laboratorio

de Hidrulica

Manual de prcticas

3 e r s e m e s t r e

Hidrulica bsica

Guillermo Benjamn Prez MoralesJess Alberto Rodrguez CastroJess Martn Caballero UlajeJorge Leonel Angel HurtadoJuan Pablo Molina Aguilar

Alejandro Ral Gutirrez ObregnElizabeth Pauline Carreo AlvaradoHctor Rivas HernndezRukmini Espinosa Daz

Autores:

Colaboradores:

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4. ECUACIN DE LA ENERGA

Objetivos

Comprender el significado fsico de los trminos que integran la ecuacin de la energa y poder identificar cada uno de ellos en diferentes dispositivos y conductos, partiendo del

conocimiento de que existen cinco tipos de energa asociados al fluido, a saber: energa

cintica, energa potencial, energa interna (ligada a la estructura y movimiento

moleculares), energa qumica, (asociada a la disposicin de tomos en molculas) y

energa nuclear (asociada a la estructura interna de los tomos), de las cuales las tres

primeras son las que integran la ecuacin de la energa. Se comentarn los tres tipos de

trabajo asociados al volumen de control, trabajo transmitido por dado a un eje, trabajo

debido a los esfuerzos cortantes que actan sobre las fronteras del volumen de control,

se estudiarn por separado cada uno de los trminos de trabajo y energa asociados al

fluido, viendo en que casos estos trminos son despreciables no.

Aplicacin La energa se define como la capacidad de desarrollar un trabajo y el agua ya sea en reposo

o en movimiento tiene esa capacidad de generar trabajo a travs de sus diferentes

componentes de energa, lo cual se ha demostrado desde los tiempos antiguos con los

molinos de agua, la facilidad o dificultad de navegar en arroyos, ros y canales, la generacin

de energa elctrica por medio de turbinas, etc., por lo que resulta de gran importancia en la

mayora de las aplicaciones de la hidrulica, el comprender e identificar los tipos de energa

que puede tener el agua y como se afectan entre s cada una de las partes que la

componen, as como entender como se disipan o transforman algunas de sas energas, lo

cual nos permitir definir el comportamiento hidrulico que tendr el agua en un depsito, en

un conducto o cuando se descarga a la atmsfera, para poder aprovecharlo en beneficio del

ser humano.

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Definiciones, frmulas y unidades a utilizar Energa.- Capacidad que tiene un cuerpo o elemento para realizar un trabajo.

Energa Hidrulica (H).-Trabajo por unidad de peso (en metros o metros columna de agua). Prdida de energa ( fh ).-Es la cantidad de energa o carga que se utiliza para que el lquido

fluya a travs de una tubera, canal o un dispositivo especial, como un orificio, vlvula,

codo, etc., y est relacionada directamente con la velocidad a la que fluye el lquido y

generalmente se divide en prdidas por friccin, que son las que se presentan al paso del

fluido contra las paredes del conducto y en prdidas locales, que son las que se originan

al paso del agua a travs de un dispositivo especial (m.c.a.).

Ecuacin de la energa en Hidrulica.- Es la ecuacin que contiene tres componentes

principales, que son la energa de posicin, energa de presin y energa cintica (m.c.a.).

La frmula anterior se define como:

af hhHH += 21 CINETICAPOTENCIAL HHH +=1 CINETICAPRESIONPOSICION HHHH ++=1

o tambin se puede expresar cada uno de los componentes anteriores respectivamente como:

g

vpzH2

2

++= 4.1

En la frmula anterior se tiene que:

H = Energa total disponible (m metros columna de agua [m.c.a.])

z = Carga de posicin (m.c.a.)

p

= Carga de presin (m.c.a.)

gv2

2

= Carga de velocidad (m.c.a.)

fh = Prdida de energa (m.c.a.)

ah = Carga aadida (m.c.a.)

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Procedimiento 1. En la mesa de trabajo (figura 4.1), se llena el tanque hasta un nivel de 30 a 40 cm sobre

el fondo. 2. Se mantiene cerrada la vlvula de control de flujo y se observa la altura que alcanza el

agua en los 6 piezmetros. 3. Se abre la vlvula de control y se mide el gasto (Q) en forma volumtrica con la probeta

y el cronmetro en tres ocasiones y se toma un promedio. 4. Se observan nuevamente los niveles del agua en los piezmetros. 5. Se repiten los pasos anteriores haciendo variar la altura de la carga en el tanque

reduciendo la misma para obtener otros dos gastos y observando igualmente las alturas del agua en los piezmetros de acuerdo con los pasos anteriores.

6. En la Tabla 4.1, se anotan las alturas piezomtricas medidas en las tres pruebas realizadas.

Actividades

1. Cmo es la relacin entre el gasto y las prdidas de energa por friccin?, graficar y explicar.

2. Cmo es la relacin entre longitud y las prdidas de energa por friccin?, graficar y explicar.

3. Si el tubo fuera ms largo, qu valores se obtendran en los piezmetros, en comparacin con los medidos y por que?

4. Si la prctica se desarrollara con una tubera de dimetro mayor que la existente, qu cambios habra en los valores medidos en los piezmetros, seran iguales, mayores o menores? Explique por qu.

FIGURA 4.1

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TABLA 4.1.

DATOS: Dimetro interior del tubo = 1.90 cm; Espesor = 3.2 mm; Material = Acrlico

(1)

N

(2)

Volumen

Vol

(m3)

(3)

Tiempo

t

(s)

(4)

Gasto

Q

(m3/s)

(5)

V2/2g

(m.c.a.)

(6)

Carga

H

(m)

(7)

piezmetro nmero

1 2 3 4 5 6

Hi hfi Hi hfi Hi hfi Hi hfi Hi hfi Hi hfi

1

2

3

Nota: iH en el caso de cada piezmetro ser: gVy

gVpH iiii 22

22

+=+= hfi se trata de la perdida de energa desde el tanque hasta el piezmetro Nombre del alumno: . Semestre: Seccin: N de equipo: Laboratorista:

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