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Uso y manejo del banco hidráulico ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARGUA EN MANAGUA UNAN-MANAGUA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN

INGENIERIA CIVIL Uso y manejo del banco hidráulico PRATICA NO. 4 PROFESOR TEORICO: Ing. Héctor Mayorga Pauth PREFESOR DE PRÁCTICA: Ing. Izamara Carolina Vega Aguirre INTEGRANTES:    

Ever Antonio Aragón Jirón Jilvert Jeison Hernández Sequeira Omar Ismael Pérez García Luis Aníbal Guevara López

15040271 15042735 15041910 15042955

GRUPO: II Fecha de Realización: lunes 04 de agosto del 2017 Fecha de Entrega: lunes 11 de septiembre del 2017

INDICE INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................3 OBJETIVOS.....................................................................................................................................4 GENERALIDADES.........................................................................................................................5 DESARROLLO DEL LABORATORIO.........................................................................................8 MATERIALES Y EQUIPOS...........................................................................................................8 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..........................................................................................9 DATOS RECOPILADOS DEL LABORATORIO.......................................................................10 CÁLCULOS MATEMÁTICOS.....................................................................................................11 TABLAS DE RESULTADOS.......................................................................................................15 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS....................................................16 CUESTIONARIOS........................................................................................................................16 GRAFICOS....................................................................................................................................24 ANÁLISIS DE RESULTADOS NUMÉRICOS Y GRÁFICOS..................................................25 CONCLUSIONES..........................................................................................................................26 RECOMENDACIONES................................................................................................................27 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................................28 ANEXOS.........................................................................................................................................29

INTRODUCCIÓN El caudal de un fluido (generalmente de agua) es grandiosa importancia al momento de establecer un sistema de potabilización de agua, un pozo de agua, cantidad de masa de agua de un cuerpo de agua en función de las necesidades del cliente, etc. El presente laboratorio consiste en la utilización del banco hidráulico para la determinación del caudal en diferentes turbulencias en determinados intervalos de tiempo. Es una práctica hidráulica relativamente sencilla pero de mucha aplicación a la realidad de los sistemas de agua. Se presentan los instrumentos y materiales a ocupar para la realización de la práctica, posterior un sustancioso conocimiento de la funcionalidad del banco hidráulico, y se proceden a realizar el cálculo de los luego de realizar la práctica para determinar el caudal. Al final se presentan se presentan los análisis de los resultados de dicho laboratorio. Dicha práctica contribuye al desarrollo del conocimiento del estudiante, además de asimilar posibilidades de ideas innovadoras en función de las condiciones de la este laboratorio.

OBJETIVOS Objetivo General. Conocer el uso y manejo del banco hidráulico que se encuentra en el Recinto Universitario Ricardo Morales Avilés (RURMA), UNAN Managua. Objetivo Específico. Describir las condiciones previas necesarias antes de proceder a la puesta en marcha del equipo. Dar unas breves generalidades sobre la función del banco hidráulico en el campo de la ingeniería y para la utilización de modelos hidráulicos. Medir el caudal ejercido por medio de la presión aplicada al banco hidráulico, determinando así los tipos de caudales que serán obtenidos por un tiempo promedio de subida del caudal.

GENERALIDADES

Banco hidráulico básico F1-10 El banco está fabricado en un ligero plástico resistente a la corrosión, y está montado sobre ruedas para facilitar su transporte. La parte superior del banco incorpora un canal abierto con canales laterales para apoyar el accesorio que se está probando. La medición volumétrica es integral, y se ha optado por ella sobre otros métodos de medición del flujo por su facilidad de uso, precisión y seguridad de uso (el estudiante no tiene por qué manipular pesos pesados). El depósito de medición volumétrica está escalonado para poder dar cabida a medidas de flujo tanto elevadas como reducidas. El deflector de calma reduce las turbulencias, y el tubo de visión remota con escala ofrece una indicación instantánea del nivel de agua. En el conjunto se incluye un cilindro de medición para la medición de medidas de flujo muy reducidas. La válvula de descarga que se encuentra en la base del depósito volumétrico se controla mediante un accionado remoto. La apertura de la válvula de descarga devuelve el volumen de agua medido al sumidero que se encuentra en la base del banco, para posibilitar su reciclaje. El desbordamiento del depósito volumétrico evita reboses. El agua se recoge del sumidero mediante una bomba centrífuga, mientras que una válvula de control montada en panel regula el flujo. El conector de tubo de liberación rápida de fácil uso, situado en la parte superior del banco, permite el cambio rápido de accesorios sin necesidad de tener que utilizar herramientas manuales. Cada uno de los accesorios se suministra como un dispositivo completo, que no necesita ningún tipo de elemento de servicio aparte del banco hidráulico. Cuando se acoplan al banco, pueden utilizarse de forma inmediata.

Datos técnicos F1-10 Tipo centrífugo carga hidrostática máx 21m H 2O

Bomba:

flujo máx 1.35 l/s

Potencia del motor:

0.37kW

Capacidad del sumidero:

250l

Depósito

volumétrico

de

volumétrico

de

gran flujo: Depósito bajo flujo: Altura de la superficie de trabajo:

40l

6l

1m sobre el nivel del suelo

Curva de característica de la bomba hidráulica

En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal, etc.) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Expresión del caudal m3 dia

El caudal de un riachuelo o rio es de tantos metros cúbicos por día

El caudal de una tubería es de tantos litros cúbicos por segundo El caudal de un pozo o mina es de tantos metros cúbicos por día

L s L min

La entrada de un caudal a una planta de tratamiento, a un afluente, es de tantos litros por minutos

L min

La salida de un caudal a una planta de tratamiento, a un afluente, es de tantos 3

metros cúbicos por día

m dia

DESARROLLO DEL LABORATORIO MATERIALES Y EQUIPOS Banco hidráulico. Cronometro. Agua.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Primeramente, se verificó el estado del equipo para garantizar un buen funcionamiento de este y se conectó a una fuente de energía eléctrica 110V.

2. Luego se suben los breakers y se procede a encender el banco.

3. Se realizó la modificación de caudal a través de la llave del banco.

4. Se realizó la lectura a través dela escala del banco hidráulico, la escala que se utilizaba estaba en dependencia del caudal, si la cantidad de agua que se está expulsando es mayor se utiliza la escala de arriba y si la cantidad de agua es menor se utiliza la escala de abajo.

5. La lectura se realizaba respecto al volumen y al tiempo, es decir, se empezaba la lectura a partir de un punto determinado en la escala desde el cual se empezaba la medición en el cronometro y se finalizaba hasta la obtención de volúmenes que establecíamos a preferencia.

6. De forma sucesiva se realizó lectura de (2, 5, 10, 15, 20) litros para los cuales se medían 6 tiempos en cronómetros distintos.

7. Se recopilaron los datos en una tabla con la finalidad de utilizarlos para los cálculos requeridos en el informe.

DATOS RECOPILADOS DEL LABORATORIO Nº

Volumen (lts)

T1

T2

T3

T4

T5

T6

1

2

9.67

9.7

9.54

9.5

8.97

8.6

2

5

3.8

3.88

3.93

4.7

4.72

4.60

3

10

7.72

7.66

7.77

7.30

7.33

7.25

4

15

9.98

9.99

9.88

10.53

10.54

10.45

5

20

12.45

12.55

12.45

12.43

12.58

13.71

CÁLCULOS MATEMÁTICOS Cálculos de los tiempos promedios para sus respectivas lecturas Para determinar el tiempo promedio se tomaran en cuenta 5 tiempos para cada lectura eliminando el que este más alejado.  Tiempo promedio de la primer lectura, en este caso se eliminara el tiempo de 8.6 s T pro −1=

9.67 s+9.7 s +9.54 s+ 9.5 s+8.97 s 5

T pro −1=9.476 s  Tiempo promedio de la segunda lectura, se elimina el tiempo de 4.72 s T pro −2=

3.8 s+3.88 s+ 3.93 s+4.7 s+4.60 s 5

T pro −2=4.182 s

 Tiempo promedio de la tercer lectura, se elimina el tiempo de 7.25 s T pro −3=

7.72 s+7.66 s+ 7.77 s+ 7.30 s + 7.33 s 5

T pro −3=7.556 s  Tiempo promedio de la cuarta lectura, se elimina el tiempo de 10.54 s

T pro −4=

9.98 s+ 9.99 s+ 9.88 s+ 10.53 s+10.45 s 5

T pro−4=10.166 s

 Tiempo promedio de la cuarta lectura, se elimina el tiempo de 13.71 s T pro −5=

12.45 s+12.55 s+12.45 s + 12.53 s+12.54 s 5

T pro−5=12.504 s

Calculo de los caudales Consideraciones 1lit = 0.2642 gal = 0.001 m 3 1 s = 1.1574 *

−5

10 dia

Caudal respecto a la primer lectura Q 1=

2 lit 9.576 s

Q 1=0.211

lit s gal dia

Caudal en unidades

Q 1=0.211

(

lit 0.2642 gal s 1 lit

Q 1=4816.502

1s ) ( 1.1574∗10

gal dia 3

m s

Caudal en unidades

Q 1=0.211

(

lit 0.001m s 1lit

3

)

−5

dia

)

−4

Q 1=2.11∗10

m3 s

Caudal respecto a la segunda lectura Q2=

5 lit 4.182 s

Q 2=1.1956

lit s

Caudal en unidades

Q 2=1.1956

(

lit 0.2642 gal 1lit s

Q 2=27291.9924

−5

dia

)

(

m3 s

3 lit 0.001 m 1lit s

−3

Q 2=1.1956∗10

1s ) ( 1.1574∗10

gal dia

Caudal en unidades

Q 2=1.1956

gal dia

m s

)

3

Caudal respecto a la tercera lectura Q3=

10 lit 7.556 s

Q 3=1.3234

lit s

Caudal en unidades

gal dia

Q 3=1.3234

(

lit 0.2642 gal 1 lit s

Q 3=30209.2863

−5

dia

)

gal dia

Caudal en unidades

Q 3=1.3234

1s ) ( 1.1574∗10

m3 s

(

lit 0.001m 3 1lit s

)

3

Q 2=1.3234∗10

−3

m s

Caudal respecto a la cuarta lectura Q4 =

15lit 10.166 s

Q 4 =1.4755

lit s

Caudal en unidades

Q 4 =1.4755

(

lit 0.2642 gal 1 lit s

Q 4 =33681.277

1s ) ( 1.1574∗10

−5

dia

gal dia

Caudal en unidades

Q 4 =1.4755

gal dia

(

m3 s

lit 0.001 m3 1lit s

Q 4 =1.4755∗10−3

)

m3 s

Caudal respecto a la quinta lectura

)

Q5=

20 lit 12.504 s

Q 5=1.5995

lit s

Caudal en unidades

Q 5=1.5995

(

lit 0.2642 gal 1lit s

Q 5=36511.8282

gal dia

Caudal en unidades

Q 5=1.5995

gal dia

(

m3 s

3 lit 0.001 m 1 lit s

)

1s ) ( 1.1574∗10

−5

dia

)

Q 4 =1.5995∗10−3

m3 TABLAS DE RESULTADOS s

Volumen

Tiempo

Caudal

Caudal

Caudal

Recolectado (lit)

Promedio (s)

(lit/s)

(gal/día)

(m3/s)

1

2

9.476

0.211

4816.502

2.11∗10−4

2

5

4.182

1.1956

27291.9924

1.1956∗10

3

10

7.556

1.3234

30209.2863

1.3234∗10−3

4

15

10.166

1.4755

33681.277

1.4755∗10

5

20

12.504

1.5995

36511.8282

1.5995∗10

LECTURA #

−3

−3

−3

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS CUESTIONARIOS 1) ¿Cuáles son las fuentes de error? 

Las lecturas que el operador realiza en cada una de las condiciones de perturbación del fluido.



El desnivel del banco hidráulico.



La forma de obstruir la purga.



La sigiles o pausa de tomar el tiempo de fluido.



El no agacharse a la altura de la regleta graduada, no tener los ojos fijamente en la regleta graduada, no poner la manguera justo en la boquilla donde entra el agua y el no tener la habilidad de usar el cronometro.

2) ¿Cuál es la capacidad del banco hidráulico de medir caudales bajos y caudales altos? El caudal alto es de 6 litros y el caudal mayor es de 40 litros 3. ¿Qué tipos de aparatos de laboratorio se pueden emplear haciendo uso del banco hidráulico? Los aparatos que se pueden utilizar en un banco hidráulico son los siguientes: medidor de la velocidad de corriente, manómetro digital y manómetro tipo bourdon, inferencial de múltiples de flujos, giratorio helicoidal, caja de alimentación auxiliar, placa de orificio, venturi, tubo de pitot, vertedero de pared gruesa, vertedero crítico, canal de flujo en H, una estación limnimetrica 4. ¿Cómo determinaría usted el caudal máximo de la bomba? Al abrir la válvula de control de flujo completamente abierta, tomar una cantidad de litros N en un tiempo M, y el caudal máximo de la bomba estará dado por N/M.

5. Describa seis factores que deben considerarse cuando se especifique un sistema de medición de flujo. Calibración: debido a la gran variedad de medidores, en ciertos de ellos se requiere de la calibración. Algunos fabricantes proporcionan una calibración en forma de una gráfica o esquema del flujo real versus indicación de la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en forma directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se deseen. En el caso del tipo más básico de los medidores, tales como los de cabeza variable, se han determinado formas geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con una variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión o un nivel de fluido. Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido. Una consideración básica es si el fluido es un líquido o un gas. Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la temperatura, la corrosión, la conductividad eléctrica, la claridad óptica, las propiedades de lubricación y homogeneidad. Pérdida de presión: debido a que los detalles de construcción de los distintos medidores son muy diferentes, éstos proporcionan diversas cantidades de pérdida de energía o pérdida de presión conforme el fluido corre a través de ellos. Excepto algunos tipos, los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo, causando así la pérdida

de

energía.

Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medición de flujo instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayoría de los medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos dicen tener una exactitud de más del 0.5%. El costo es con frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de una gran exactitud. Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s), para experimentos precisos de laboratorio

hasta varios miles de metros cúbicos por segundo (m 3/s) como por ejemplo en los sistemas de irrigación de agua o agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalación de medición en particular, debe conocerse el orden de magnitud general de la velocidad de flujo así como el rango de las variaciones esperadas.

6. Describa cuatro tipos de medidores de cabeza variable y cómo se utilizan: el tubo Venturi, la boquilla de flujo, el orificio y el tubo de flujo. El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de presión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal. Boquilla de flujo: es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacerse notorias. Al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho más exactas. Además este tipo de medidor es útil para fluidos con muchas partículas en

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