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DETERMINACIÓN DEL GASTO HIDRÚLICO EN UNA TUBERÍA

Miguel Cano

DETERMINACIÓN DEL GASTO HIDRÚLICO EN UNA TUBERÍA INTRODUCCIÓN Durante el desarrollo de la siguiente practica que lleva por nombre “DETERMINACIÓN DEL GASTO HIDRÚLICO EN UNA TUBERÍA” buscaremos encontrar el gasto hidráulico de una toma de agua dentro de nuestra casa, de esta forma entenderemos de manera practica y teórica que es el concepto de gasto hidráulico MARCO TEÓRICO Flujo hidráulico Se define como la cantidad de masa del líquido a través de una tubería en un segundo. Par algunas aplicaciones prácticas es mejor conocer la cantidad de masa que circula con un conducto o tubo en la unidad de tiempo, como, por ejemplo, el flujo de agua en una manguera. Hidrodinámica, gasto, flujo y ecuación de continuidad. (2015, 13 septiembre).

m f= t

f : flujo

( Kgs )

m: masa( Kg ) t :tiempo(s)

Gasto hidráulico Es la relación entre el volumen del líquido que fluye por un conducto y el tiempo que tarda en fluir. volumen Gasto= tiempo 3 m en SI (Sistema internacional) Sus unidades son: s Existe otra forma de calcular el gasto o caudal cuando se conoce la velocidad del líquido y el área de la sección transversal de la tubería por la cual circula; de tal forma que: gasto=(area de la secciontranversal de la tuberia)(velocidad delliquido ) Tubo de Venturi El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor. Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Efectivamente, conociendo la velocidad antes del estrechamiento y midiendo la diferencia de presiones, se halla fácilmente la velocidad en el tramo de medición. López. G., F. A. (2016). -Tubo Venturi

Tubo de Venturi

Partes del tubo de Venturi

Principio de Bernoulli El principio de Bernoulli es un enunciado que parece ir en contra de la intuición, acerca de cómo la velocidad de un fluido se relaciona con la presión del fluido. Muchas personas sienten que el principio de Bernoulli no debería de ser correcto, pero esto se debe a un mal entendimiento de lo que dice el principio. El principio de Bernoulli establece lo siguiente: “El principio de Bernoulli: dentro de un flujo horizontal de fluido, los puntos de mayor velocidad del fluido tendrán menor presión que los de menor velocidad”. ¿Qué es la ecuación de Bernoulli? (artículo). (2015).

Sabemos que el agua debe acelerar (debido a la ecuación de continuidad), por lo que una cantidad neta positiva de trabajo se realiza sobre ella. Así, la cantidad de trabajo que realiza la fuerza debida a la presión en el lado izquierdo debe ser más grande que la cantidad de trabajo que realiza la fuerza debida a la presión en el lado derecho. Esto significa que la presión en el lado ancho y lento P1 tiene que ser mayor que la presión en el lado angosto y rápido P2. Ecuaciones de continuidad La ecuación de Bernoulli o ecuación de continuidad es esencialmente una manera matemática de expresar el principio de Bernoulli de forma más general, tomando en cuenta cambios en la energía potencial debida a la gravedad. Derivaremos esta ecuación en la siguiente sección, pero antes de hacerlo miremos cómo es la ecuación de Bernoulli, desarrollemos una idea de lo que dice y veamos cómo podemos usarla. La ecuación de Bernoulli relaciona la presión, la velocidad y la altura de dos puntos cualesquiera (1 y 2) en un fluido con flujo laminar constante de densidad ρ. Usualmente escribimos la ecuación de Bernoulli de la siguiente manera:

Las variables P1, v1, y h1 se refieren a la presión, la velocidad y la altura del fluido en el punto 1, respectivamente, mientras que las variables P2, v2, y h2 se refieren a la presión, la velocidad y la altura del punto 2, como se muestra en el diagrama a continuación. En este podemos ver una

elección particular de los dos puntos (1 y 2) en el fluido, pero la ecuación de Bernoulli es válida para cualesquiera dos puntos en el fluido.

MATERIALES Una toma de agua. Un recipiente de un litro. Un cronometro. PROCEDIMIENTO  Se abrió la toma de agua completamente, se midió el tiempo que tardo en llenar el recipiente con un litro de agua, se repitió el proceso tres veces.  Se aplico el procedimiento anterior con la toma de agua abierta solo un poco. RESULTADOS

( ) 3

TUBERIA

100 % ABIERTA

25 % ABIERTA

TIEMPO(S )

VOLUMEN (m3 )

5.27 5.94 5.46 11.94 12.67 13.52

0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001

m s 1.8975 x 10−4 −4 1.6835 x 10 −4 1.8315 x 10 −5 8.3752 x 10 7.8926 x 10−5 −5 7.3152 x 10 GASTO

Análisis de resultados Dado lo anterior podemos decir que el gasto hidráulico en la toma de agua suele variar en menor medida al estar completamente abierto que al estar solo una pequeña parte abierta, de igual manera podemos decir que el objetivo de la practica se cumplió de manera parcial ya que de manera teórica se pudo entender los conceptos fundamentales, pero a falta de un tubo de Venturi no se pudo realizar la practica como se había planeado.

APLICACIONES EN LA INGENIERÍA CIVIL El gasto y flujo hidráulico, así como en general la mecánica de fluidos tiene amplios rangos de aplicación dentro de la ingeniería civil que van en beneficio del hombre, sus construcciones y el medio ambiente. Dichas aplicaciones van desde la distribución del agua tanto para el riego como para el consumo humano además de la disposición de los desechos, producción de energía eléctrica, disposición de transporte de fluidos que no solamente incluye en el agua sino también petróleo y gasolina: Hidráulica de Canales

En cuanto a la hidráulica de canales, la mecánica de fluidos influye en el escurrimiento del agua de todos los conductos que son abiertos a la atmósfera como por ejemplo los acueductos permitiendo hacer el diseño de canales para purificación y potabilización del agua. Hidráulica de tuberías Esa aplicación de la mecánica de fluidos implica el cálculo de transporte de los mismos en los conductos a presión que incluyen redes de distribución de agua y oleoductos Máquinas hidráulicas El diseño de turbinas hidráulicas, bombas, cavitación, ventiladores y tanto el flujo bifásico como el flujo no permanente pueden tener su aplicación cuándo en los diseños de ingeniería civil se van a apuntar las máquinas hidráulicas, lo que hace que se produzca un gran complejo de construcción como es el caso de las represas. Hidráulica marítima En las ciudades que quedan cerca del mar la mecánica de fluidos permite a los ingenieros civiles diseñar protecciones de línea costera, puerto rompeolas estuarios y diferentes estructuras mar adentro que protejan las costas. Hidráulica urbana Una de las mayores aplicaciones en ingeniería civil de la mecánica de fluidos es cuando se trabaja con la hidráulica urbana qué tiene que ver con el suministro del agua potable, el tratamiento de las aguas residuales, alcantarillado y por supuesto el control de la contaminación. Eco-hidráulica Por supuesto dentro de las aplicaciones de la mecánica de fluidos no podíamos dejar de lado la Eco hidráulica ya que está estudia el efecto de los trabajos de ingeniería en los diversos ecosistemas naturales que hoy en día propenden mantener la calidad del agua y protegerla como un recurso natural no renovable evitando su contaminación al máximo posible. Gutiérrez, M. (2020, 10 agosto). Mecánica de fluidos en la ingeniería civil

Conclusión Para concluir puedo afirmar que esta practica me ayudo a entender de una manera teórica y practica que es el gasto hidráulico y cual es su importancia en el estudio de la física y general en la ingeniería civil, por otro lado, a través de este experimento pude comprender como funciona las tuberías que llevan agua hasta una casa. BIBLIOGRAFÍA Hidrodinámica, gasto, flujo y ecuación de continuidad. (2015, 13 septiembre). fisica2hidrodinamica.blogspot.com. http://fisica2hidrodinamica.blogspot.com/2015/09/hidrodinamicagasto-flujo-y-ecuacion-de.html Bueche, J.F. (1993). “Física general” Octava edición. Mc. Graw Hill. México, D.F Pérez, M. H. (2006). “Física General” Tercera edición. Publicaciones Culturales. México, D.F. López. G., F. A. (2016). -Tubo venturi. facultad-ingenieria. https://instrumentacionuc.wixsite.com/facultad-ingenieria/copia-de-flujo-2

¿Qué es la ecuación de Bernoulli? (artículo). (2015). Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/physics/fluids/fluid-dynamics/a/what-is-bernoullis-equation Gutiérrez, M. (2020, 10 agosto). Mecánica de fluidos en la ingeniería civil | Transdinamic. Transdinamic | Soluciones en Ingeniería. https://transdinamic.com/importancia-de-la-mecanica-defluidos-en-la-ingenieria-civil/...