aforador parshall
TRANSCRIPT
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”AMPLIACIÓN MARACAIBOESCUELA DE INDUSTRIAL
PRÁCTICA Nº 1
FENÓMENOS DE TRANSPORTE
REALIZADO POR:
FRANCYS MEDINA C. I.: 18.007.346
MARACAIBO, OCTUBRE DE 2013
INTRODUCCIÓN
Efectivamente, la expresión fenómenos de transporte refiere al estudio
sistemático y unificado de la transferencia de momento, energía y materia. El
transporte de estas cantidades guardan fuertes analogías, tanto físicas como
matemáticas, de tal forma que el análisis matemático empleado es
prácticamente el mismo. Los fenómenos de transporte pueden dividirse en
dos tipos: transporte molecular y transporte convectivo. Estos, a su vez,
pueden estudiarse en tres niveles distintos: nivel macroscópico, nivel
microscópico y nivel molecular. Cabe mencionar, el estudio y la aplicación de
los fenómenos de transporte es esencial para la ingeniería contemporánea,
principalmente en la ingeniería química.
Es por ello, que en esta cátedra se va la práctica en el laboratorio de la
institución, donde se da a conocer los diversos aparatos con los que se
trabaja, con el objetivo de familiarizar al estudiante con dichos equipos y de
esta manera, manejarlos adecuadamente. Dicho de otro modo, al comienzo
de dicho laboratorio además se dan a conocer las consideraciones
necesarias para conseguir tal magnitud. Indudablemente, se inicia esta
práctica considerando los conceptos de dichos aparatos y las
ejemplificaciones que ayudan a ampliar nuestros conocimientos.
1. Aforador Parshall
Es un aparato calibrado para medir el agua en los canales abiertos. Es de
forma abierta, tiene una sección convergente, una garganta, y una sección
divergente. Este tipo de aforador ofrece varias ventajas tales como:
Pérdida de carga menores.
No influye la velocidad con que el agua aproxima la estructura
Tiene la capacidad a medir tanto con flujo libre como moderadamente
sumergido.
El agua tiene velocidad suficiente para limpiar los sedimentos.
Opera en un rango amplio de flujos.
También el aparato tiene unas desventajas que son:
Más caros debido a la fabricación requerida
La fabricación e instalación es crítica para que funcionen como se debe.
Los aforadores se clasifican en forma general según el ancho de la gar-
ganta como sigue:
Los tamaños pequeños pueden ser portátiles y fabricados de hierro,
lámina galvanizada, fibra de vidrio, o madera para instalaciones permanentes
y para los tamaños grandes, concreto es el material más común. Las
dimensiones de los aforadores Parshall se determinan según el ancho de la
garganta, W. Los aforadores deben ser construidos cuidadosamente según
las dimensiones de la tabla. La instalación y nivelación, tanto longitudinal
como transversal, también es importantes. En el caso que el aforador nunca
opera a más del límite de sumergencia de 0.6 no es necesario construir la
sección divergente aguas abajo de la garganta. La ecuación para el caudal
bajo condiciones de flujo libre (no sumergido) es de la forma:
Q = KHna
Donde:
Q = caudal en m3/seg.
K = Carga medida aguas arriba de la garganta en metros
n = exponente que varia de 1.52 a 1.60
K = factor que depende del ancho de la garganta
Medidor Parshall: Es una estructura de aforo diseñada por el Ingeniero
R. L. Parshall quien ideó algunas modificaciones para el medidor Venturi
para no tener azolves y cuya precisión de aforo es tan buena como la de un
vertedor. El medidor consta de tres partes fundamentalmente que son la
entrada, formada por dos paredes verticales simétricas y convergentes y de
una plantilla horizontal, la garganta (W) que está formada por dos paredes
verticales y paralelas con la plantilla inclinada hacia abajo, por último la
salida que está formada también por dos paredes verticales pero divergentes
y la plantilla ligeramente inclinada hacia arriba.
La arista formada por la unión de las plantillas de la entrada y de la
garganta se llama “Cresta del Medidor” y a su longitud, o sea, la distancia
entre las paredes de la garganta se le llama “Tamaño del Medidor”. La
estructura tiene dos pozos amortiguadores para medir las cargas “Ha” y “Hb”,
antes y después de la cresta, colocados en los lados de la estructura y
comunicados a ella por tubería que se conecta a puntos bien definidos de la
entrada y la garganta. Si el medidor trabaja a descarga libre basta medir
únicamente la carga “Ha” para calcular el gasto, utilizando la siguiente
expresión.
Q=[4 (Wa )(Ha )1.522(Wa )0.036]b
Siendo: Q en m3/s, W y H en cm, a = 30.48; y b = 0.02831685 (ambos
factores son para cambiar unidades).
Figura 1. Aforador Parshall
h = Carga a la entrada del aforador Parshall… m
Q = Gasto aforado… m3/s
Valida en descarga libre y pendiente longitudinal S = 0.0001 (hfinal =
1.023m)
Los aforadores Parshall, son instrumentos calibrados para la medida del
caudal en cauces abiertos. Se describe técnicamente como un aforador de
profundidad crítica. Sus principales ventajas son que sólo existe una
pequeña pérdida de carga a través del aforador, que deja pasar fácilmente
sedimentos o desechos, que no necesita condiciones especiales de acceso o
una poza de amortiguación y que tampoco necesita correcciones para una
sumergencia de hasta un 60%. En consecuencia, es adecuado para la
medición del caudal en canales de riego o en corrientes naturales con una
pendiente suave. El medidor consiste en una sección convergente con el
fondo a nivel, una sección de garganta con el fondo con pendiente
descendente y una sección divergente con el fondo con pendiente
ascendente. Gracias a ello el agua escurre a velocidad crítica a través de la
garganta.
BANCO HIDRÁULICO
El banco hidráulico está diseñado como mesa de trabajo, sobre la que se
pueden utilizar una gran variedad de equipos didácticos, en los que sea
necesario un aporte de caudal. Cuenta con dos depósitos volumétricos de
diferentes tamaños, para la medida de pequeños y grandes caudales con
gran exactitud. El banco cuenta con conexiones mediante tuercas de unión y
un enchufe rápido (suministrado con 2 metros de manguera flexible), de
forma que la instalación de los diferentes equipos de trabajo es ágil y
sencilla. El banco cuenta además con un tramo intercambiable, donde se
pueden acoplar gran cantidad de equipos DIKOIN.
Es de notar que con el propio equipo, banca hidráulica, se pueden realizar
entre otras, las siguientes prácticas: calibración de un depósito volumétrico y
medida de caudales con depósito volumétrico.
SISTEMAS DE BOMBEO
Estos sistemas (conformados principalmente por bombas y otros equipos)
tienen la finalidad de distribuir agua de un lugar a otro. El fluido debe vencer
una serie de factores (por ejemplo, la altura y las pérdidas por fricción) desde
un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. Las Estaciones de
Bombeo que ofrece Caspian Ingeniería son las siguientes:
Hidroneumáticos: este sistema de bombeo está conformado por un
tanque de alta presión y generalmente por dos bombas donde con la ayuda
de un compresor se mantiene la presión dentro del tanque, con el objetivo de
surtir agua a una pequeña comunidad. Este sistema es comúnmente
utilizado en edificios y conjuntos de casas. Una de las ventajas que posee es
el ahorro de energía eléctrica.
Presión Constante: sistema que consta de tres bombas, dos de las
cuales son de alta potencia y la tercera de menor potencia. Esta última
permanece siempre encendida para suplir pequeñas demandas. Al aumentar
la demanda, el sistema la detecta y automáticamente enciende una de las
bombas de alta potencia hasta que la demanda disminuye, cuando esto
ocurre el sistema recupera su configuración inicial. El sistema de bombeo de
Presión constante se utiliza para un alto número de personas que conforman
una comunidad.
Tanque a Tanque: este sistema se recomienda para comunidades
mayores a mil personas, el agua es recolectada en un tanque subterráneo y
se bombea a un tanque elevado (a una altura mayor de 15 m).
Posteriormente, el agua cae por gravedad y se distribuye a la tubería de
aducción.
Un sistema de bombeo es la alimentación de fluido de un sitio bajo a un
sitio alto, en el caso de cisternas son generalmente alimentadas por las
tomas domiciliarias, la cisterna es un tanque de almacenamiento para tener
reserva de agua para "x" días, el tinaco (tanque de almacenamiento)
regularmente es de capacidad pequeña, el sistema de bombeo sirve para
alimentar el "tinaco" desde la cisterna. Se compone de una bomba eléctrica o
autocebante que tiene una entrada de diámetro mayor a su salida, mediante
el giro de una turbina impulsa el agua en "x" dirección.
VERTEDOR RECTANGULAR
Los vertederos de paredes delgadas son vertederos hidráulicos,
generalmente usados para medir caudales. Para obtener resultados fiables
en la medición con el vertedero de pared delgada es importante que:
tenga la pared de aguas arriba vertical,
esté colocado perpendicularmente a la dirección de la corriente, y,
la cresta del vertedero sea horizontal o, en el caso de que esta sea
triangular, la bisectriz del ángulo esté vertical.
Además, debe cuidarse de mantener la presión atmosférica debajo de la
lámina vertida; el canal aguas arriba debe ser recto y estar desobstruido. La
carga h, sobre la cresta del vertedero debe ser medida a una distancia
suficiente, aguas arriba, para no tener influencia de la curvatura de la
superficie líquida en la proximidad del vertedero. Para mantener la presión
del aire, y evitar que este se vea succionado, acercando la lámina de agua al
aliviadero, se instalan sistemas e aireación (generalmente tubos a los lados
por donde entra el aire).
La fórmula fundamental de caudal vertido en vertederos de
sección rectangular, sin contracción, también conocido como vertedero
de Bazin, es:
Donde:
Q = caudal en m3/s
= es un coeficiente indicador de las condiciones de escurrimiento del
agua sobre el vertedero
L = longitud de la solera del vertedero en m
h = altura de la lámina vertiente sobre la cresta en m
g = aceleración de la gravedad, en m/s2
V0 = velocidad de llegada de la corriente inmediatamente aguas arriba del
vertedero, en m/s
Si el vertimiento fuera de lámina contraída, se debe hacer una corrección,
substrayendo: 0.1 h del valor de L por cada contracción.
Cuando la velocidad de aproximación es baja se puede simplificar la
ecuación de la siguiente forma:
Donde:
- además de otros factores considera la velocidad de aproximación.
Las características del tipo de flujo que afectan pueden ser definidas
por h y
Donde:
= altura del vertedero en m
Para este tipo de vertederos se recomienda que la cresta del vertedero
sea perfectamente horizontal, con un espesor no mayor a 2 mm en bisel y la
altura desde el fondo del canal 0.30 m w 2h.
APARATO DE REYNOLDS
El Aparato de Reynolds ha sido ideado con el propósito de servir como
ayuda didáctica para el estudiante de temas relacionados al transporte de
líquidos en conductos cerrados. El aparato permite reproducir el experimento
mediante el cual Osborne Reynolds pudo observar la existencia del flujo
laminar y el flujo turbulento para un mismo fluido que es transportado bajo
diferentes condiciones.
La realización de este experimento le permitirá al estudiante observar el
aspecto de un flujo laminar y uno turbulento y podrá asociar la experiencia
observada con los conocimientos teóricos previa o posteriormente
adquiridos. Sus especificaciones son:
Alto: 2.00 m
Largo: 0.70 m
Ancho: 0.61 m
Peso aproximado: 35.0 Kg.
Consumo máximo de agua aproximado: 1.8 lts/min
Diámetro interior del tubo de prueba: 13.0 mm
Y se encuentra estructurada de la siguiente manera:
- Estructura tubular de fierro.
- Tubo de prueba de acrílico protegido por sección tubular de fierro.
- Inyector de tinta construido en tubo de cobre.
- Cilindro de columna constante construido en tubo acrílico de 6 pulg, con
bridas metálicos en ambos extremos.
- Difusor y tubo para desalojo de excedentes construidos en tubo de
cobre.
- Válvulas de agua para la dosificación de tinta y agua.
- Acabado de cromo y níquel para las piezas metálicas.
APARATO BERNOULLI
El Aparato Bernoulli está compuesto por:
Tubo horizontal de diámetro variable calibrado con conectores y tubos de
entrada y salida de agua
Tubos manométricos verticales de presión estática con válvula de purga
Sonda hipodérmica horizontal de inoxidable para medida de presión total
Llaves reguladoras de entrada y salida del agua
Caudalímetro
Depósito y bomba de agua para circuito de circulación cerrado
Al acabar de usar el aparato de Bernoulli, es importante dejar el sistema
con el interruptor de la bomba desconectado, con objeto de evitar que se
queme la bomba y que se produzcan inundaciones. Como aplicaciones de la
fórmula de Bernoulli, tenemos:
se determina la altura a que debe instalarse una bomba.
es necesaria para el cálculo de la altura útil o efectiva en una bomba.
se estudia el problema de la cavitación con ella.
se estudia el tubo de aspiración de una turbina.
interviene en el cálculo de tuberías de casi cualquier tipo.
Permite calcular las velocidades y presiones en distintos tramos.
sirve para evaluar las pérdidas de presión, y simular la distribución de
caudales en cañerías y sistemas hidráulicos.
Una evaluación que suele hacerse es evaluar la fuerza de
sustentación sobre las alas de un avión. Se basa en despreciar la
diferencia de alturas geométrica entre las caras superior e inferior del
ala, pero considerando la diferencia de velocidades y la superficie alar.
Otra aplicación es el tubo Venturi, que sirve para medir caudales y
velocidades de fluidos en cañerías por diferencia de presiones entre
dos puntos en uno de los cuales hay una restricción a la circulación.
Se usa en sistemas de distribución de agua como sistemas de riego.
Ejemplo con un Ala de avión
El teorema de Bernoulli dice que "cuando aumenta la velocidad, se reduce
la presión". En consecuencia, la presión desde abajo hacia arriba del ala
supera la opuesta, de arriba hacia abajo. Eso se llama sustentación. En otras
palabras, el avión "viaja colgado" gracias al perfil del ala y la velocidad
otorgada por el motor y su potencia.
CONCLUSIÓN
Finalmente, la práctica aquí desarrollada es de gran interés para nosotros
como estudiantes de dicha materia “Fenómeno de Transporte”, ya que es la
mejor manera de aprendizaje con respecto a la familiarización del laboratorio
y sus componentes.