diseÑo de la estructura de funcionamiento del laboratorio...

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE FUNCIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE LA SEDE CIUDADELA UNIVERSITARIA EL PORVENIR

JONATHAN ANDRÉS GARCÍA HENAO

LAURA JULIETH AMADO ARIZA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA SANITARIA

BOGOTÁ D.C – 2018

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE FUNCIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE LA SEDE CIUDADELA UNIVERSITARIA EL PORVENIR

JONTAHNA NADRES GARCIA HENAO

20131181038

LAURA JULIETH AMADO ARIZA

20141181050

Trabajo de grado para obtener el título de Ingeniero Sanitario.

DIRECTOR: JORGE ALBERTO VALERO FANDIÑO

INGENIERO CIVIL, MSC.

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERIA SANITARIA BOGOTÁ D.C – 2018

"Las ideas emitidas por los autores son de su exclusiva responsabilidad

y no expresan necesariamente opiniones del director

del trabajo de grado o de la Universidad"

AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIA.

Primeramente, agradecemos a nuestros padres que han sido el apoyo en cada uno de nuestros pasos, y a todos aquellos que estuvieron presentes en el desarrollo de este proceso. Ha nuestros compañeros y docentes que han sido guías en nuestro ciclo de formación, en especial el profesor Jorge Alberto Valero Fandiño quien impulso la generación de este proyecto. A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas nuestra alma mater, quien ha fomentado en nosotros el compromiso profesional y personal en pro de mejorar las condiciones sociales y ambientales de nuestro país.

TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 3

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN .......................................................... 4

2.1 Pregunta de investigación ............................................................................................................. 4

3 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 5

3.1 Objetivo general .......................................................................................................................... 5

3.2 Objetivos específicos .................................................................................................................... 5

4 ESTADO DEL ÁRTE ................................................................................................................... 6

4.1 Antecedentes ............................................................................................................................. 6

4.1.1 Contextualización a nivel local, nacional e internacional .............................................................. 6

4.2 Funcionamiento de los laboratorios de la Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad

Distrital. .............................................................................................................................................. 8

4.3 Marco de referencia ..................................................................................................................... 9

4.3.1 Marco geográfico ................................................................................................................ 9

4.3.2 Marco conceptual.............................................................................................................. 11

5 METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 26

5.1 Fase I antecedentes y contextualización ......................................................................................... 26

5.1.1 Recopilación de información y referentes ............................................................................... 26

5.1.2 Evaluación de información recopilada .................................................................................... 27

5.2 Fase II estructuración académica del laboratorio .............................................................................. 28

5.3 Fase III diseño .......................................................................................................................... 28

6 RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS ...................................................................... 29

6.1 Fase I antecedentes y contextualización ......................................................................................... 29

6.1.1 Recopilación de información y referentes ............................................................................... 29

6.1.2 Evaluación de la información recopilada ................................................................................ 31

6.2 Fase II estructuración académica del laboratorio. ............................................................................. 39

6.2.1 Distribución de laboratorios por espacio académico. ................................................................. 39

6.2.2 Horarios de los espacios académicos .................................................................................... 44

6.2.3 Estructuración del funcionamiento del laboratorio de hidráulica ................................................... 45

6.3 Fase III diseño .......................................................................................................................... 46

7 CONLUSIONES ........................................................................................................................ 47

8 RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 48

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 49

Apéndice 1. Manual de operación y funcionamiento laboratorio de hidráulica sede Ciudadela Universitaria El

Porvenir. .................................................................................................................................... 52

Anexo 1. Traducción del manual del banco hidrodinámico p6100 de Cussons Technology. ................................ 53

LISTA DE FIGURAS

Figura 4. 1. Ubicación geográfica sede Ciudadela Educativa Porvenir de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas. .......................................................................................................... 9

Figura 4. 2. Localización y distribución espacial del laboratorio de hidráulica sede Bosa Porvenir. .. 10

Figura 4. 3. Distribución espacial del laboratorio de hidráulica Sede Bosa Porvenir. ........................ 11

Figura 4. 4. Diagrama Banco hidráulico Cussons Technology. .......................................................... 16

Figura 4. 5 Equipo adicional P6242 Banco hidrostático. .................................................................... 22

Figura 5. 1. Esquema fases de la metodología ................................................................................. 26

Figura 5. 2 Etapas para la evaluación de la información recopilada. ................................................. 27

Figura 6. 1. Normatividad Nacional, acreditación de laboratorios. ..................................................... 29

Figura 6. 2. Normatividad Internacional, acreditación de laboratorios. .............................................. 30

Figura 6. 3. Distribución porcentual de las prácticas de laboratorio por tema. ................................... 31

Figura 6. 4. Relación de número de prácticas de laboratorio que se pueden realizar por espacio

académico con los Banco Hidrodinámicos P6100. ................................................................... 42

LISTA DE TABLAS

Tabla 4. 1. Espacios académicos teórico prácticos en la FAMARENA. ............................................... 8

Tabla 4. 2. Accesorios de los Bancos Hidrodinámicos P6100. .......................................................... 17

Tabla 4. 3. Listado de equipos y elementos que componen el laboratorio de hidráulica. .................. 25

Tabla 6. 1. Prácticas de laboratorio ................................................................................................... 32

Tabla 6. 2. Espacios académicos seleccionados del pensum de Ingeniería Sanitaria ...................... 37

Tabla 6. 3. Espacios académicos seleccionados del pensum de Tecnología en Saneamiento

Ambiental. .......................................................................................................................................... 37

Tabla 6. 4. Espacios académicos seleccionados del pensum de Tecnología en Gestión Ambiental Y

Servicios Públicos. ............................................................................................................................. 38

Tabla 6. 5 Espacios académicos que harán uso del laboratorio ........................................................ 38

Tabla 6. 6. Relación experimentos de laboratorio con espacios académicos. ................................... 39

Tabla 6. 7. Posibles pruebas de laboratorio con Canal Hidráulico. .................................................... 43

Tabla 6.8 Horario, cursos y cantidad de estudiantes para los espacios académicos que harán uso del

laboratorio de hidráulica. .................................................................................................................... 44

Tabla 6. 9. Opción 1 vinculación del laboratorio en los espacios académicos. .................................. 46

de 53

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE FUNCIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE HIDRÁULICA

DE LA SEDE CIUDADELA UNIVERSITARIA ELPORVENIR

RESUMEN El presente proyecto se desarrolla con el fin de diseñar la estructura de funcionamiento del laboratorio de Hidráulica de la sede Ciudadela Universitaria El Porvenir de la Universidad Distrital para el año 2018, esto con el fin de vincular el laboratorio y los espacios académicos cuyos fundamentos teóricos son la Mecánica de Fluidos y la Hidráulica, sentando las bases de funcionamiento del mismo. Esto a partir de la revisión bibliográfica de referentes reglamentarios y normativos a nivel local, nacional e internacional, la evaluación de las estructuras académica de espacios académicos en tres proyectos curriculares: Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos, Tecnología en Saneamiento Ambiental e Ingeniería Sanitaria, la identificación de los servicios que oferta el laboratorio y la creación de documentos guía como manuales. A lo largo de este proyecto se identificó que, de los proyectos curriculares tenidos en cuenta, solo 5 espacios académicos se encuentran interconectados con el laboratorio de Hidráulica, los cuales están ceñidos a las prácticas que oferta el laboratorio hasta el momento. La organización de los grupos de trabajo en el laboratorio estará en función de la capacidad del mismo y del número de estudiantes por curso. Palabras clave: Laboratorio de hidráulica, prácticas de laboratorio, espacios académicos, Banco Hidrodinámico P6100, mecánica de fluidos, hidráulica.

de 53

ABSTRACT The present project is developed with the purpose of designing the operating structure of the laboratory of the El Porvenir Citizen University headquarters of the District University for the year 2018, in order to link the laboratory and the academic spaces whose theoretical foundations are the Mechanics of Fluids and Hydraulics, laying the foundations of its operation. This is, from the bibliographic review of normative and normative references at local, national and international level, the evaluation of the academic structures of academic spaces in three curricular projects: Technology in Environmental Management and Public Services, Technology in Environmental Sanitation and Engineering Sanitary, the identification of the services offered by the laboratory and the creation of guide documents such as manuals. Throughout this project it was identified that the curricular projects taken into account, only 5 academic spaces were interconnected with the Hydraulics laboratory, which are closed to the practices offered by the laboratory so far. The organization of the work groups in the laboratory will be based on the capacity of the same and the number of students per course. Key words: Hydraulics laboratory, laboratory practices, academic spaces, P6100 Hydrodynamic Bench, fluid mechanics, hydraulics.

de 53

1 INTRODUCCIÓN

La Mecánica de Fluidos y la Hidráulica, son una de las áreas de mayor importancia dentro de los proyectos curriculares que tienen como campo el manejo de aguas y demás fluidos como son la: Ingeniería Sanitaria, Tecnología en saneamiento ambiental y Tecnología en gestión ambiental y servicios públicos, ya que son herramientas básicas para comprender los fenómenos físicos que se presentan cotidianamente en los sistemas donde el transporte de fluidos es fundamental. Por sus características temáticas estas áreas del conocimiento requieren de bases conceptuales y prácticas que permitan comprender y dimensionar mejor los fenómenos a partir de modelos de simulación, como lo muestra (Sanint, 2004). Las técnicas de simulación son de gran importancia ya que permiten hacer representaciones simplificadas de la realidad, lo que genera un desarrollo en la capacidad intelectual del estudiante para la toma de decisiones, la comprensión del funcionamiento de los fenómenos. Entonces, el desarrollo de las actividades prácticas cumple un papel importante en el éxito del aprendizaje por parte de los estudiantes (Romero, s.f).

La existencia del laboratorio de hidráulica en la Universidad Distrital implica el desarrollo de metodologías que garanticen su efectivo funcionamiento para los proyectos curriculares mencionados anteriormente, permitiendo la mejorara continua de los procesos académicos en la institución y asegurar educación de alta calidad para aquellas personas que ingresan a estos proyectos curriculares. Por ello este trabajo de grado está dirigido a organizar y estructurar el esquema de funcionamiento de las prácticas de laboratorio dentro de los proyectos curriculares citados, esto a partir de la recopilación teórica en torno al laboratorio, incluyendo en esta la descripción y el funcionamiento tanto de las prácticas como de los equipos que lo componen, que permitirá desarrollar estrategias estructurales de funcionamiento dentro de los proyectos curriculares y definir su cronograma de ejecución a lo largo del semestre y las necesidades y requerimientos del espacio académico al que se asocie. Lo anterior, permitirá que el estudiante dimensione de manera más clara los temas que se abordan a lo largo del curso. El docente podrá integrar las bases teóricas de la materia con experimentación, a fin de que el estudiante pueda complementar por medio de las actividades de laboratorio los temas vistos en clase.

de 53

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN

La Universidad Distrital Francisco José de Caldas ha adquirido unos equipos destinados al funcionamiento del laboratorio de hidráulica para su uso en el desarrollo de actividades académicas de aprendizaje. Sin embargo, en la actualidad la universidad no cuenta con una metodología estructurada para hacer el uso del laboratorio dentro de los espacios académicos que constituyen los proyectos curriculares: Tecnología en Saneamiento Ambiental, Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos e Ingeniería Sanitaria, siendo imperativo la constitución de un sistema operacional que permita la pronta y adecuada utilización del laboratorio en los procesos académicos. Puesto que los laboratorios permite a los estudiantes poner en práctica conceptos teóricos y con esto interiorizar conocimientos (María et al., 2007). Esto se evidencia en los resultados obtenidos por (Bolaños, 2012) donde, se concluye que los temas relacionados con la mecánica de fluidos presentan mayor asimilación y apropiación de los conocimientos cuando la explicación o solución se da por medio de procesos de experimentación, contribuyendo con ello al desarrollo de los procesos de formación intelectual del estudiante y a la generación de hábitos para crear hipótesis que originan soluciones a problemas que se presenten en su entorno profesional (Gómez, 2006), incentivando su interés hacia la experimentación e investigación en el área de la ingeniería. 2.1 Pregunta de investigación ¿Cómo incorporar el uso del laboratorio de hidráulica en los espacios académicos de los proyectos curriculares de Ingeniería Sanitaria, Tecnología en Saneamiento Ambiental y Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos como una herramienta de profundización de aprendizajes?

de 53

3 OBJETIVOS

3.1 Objetivo general Diseñar la estructura de funcionamiento del laboratorio de hidráulica de la sede Ciudadela Universitaria el Porvenir, para el año 2018. 3.2 Objetivos específicos

Realizar el inventario de servicios a ofrecer por el laboratorio de hidráulica de la sede Bosa Porvenir a los proyectos curriculares Ingeniería Sanitaria, Tecnología en Saneamiento Ambiental y Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos.

Proponer mecanismos de vinculación de las prácticas de laboratorio con las asignaturas a ser beneficiadas por el laboratorio de hidráulica de la sede Ciudadela Universitaria el Porvenir.

Diseñar el manual de operación y funcionamiento del laboratorio de hidráulica.

de 53

4 ESTADO DEL ÁRTE

4.1 Antecedentes Con la entrada en funcionamiento de la sede Bosa Porvenir de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, los proyectos curriculares de la Facultad De Medio Ambiente Y Recursos Naturales (FAMARENA) que serán trasladados según lo establecido por el Consejo Superior Universitario (CSU), la Oficina Asesora De Planeación Y Control (OAPC) y la FAMARENA son: Ingeniería Sanitaria, Tecnología en Saneamiento Ambiental y Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos. Estos programas cuentan con espacios académicos cuyas bases teóricas involucran la mecánica de fluidos y la hidráulica, por la complejidad de los temas son de carácter teórico práctico como se establece en su contenido programático, es decir, que se requiere de actividades prácticas para contextualizar mejor los conceptos de los temas abordados en el aula de clase. Sin embargo, el componente práctico no se ha ejecutado a cabalidad debido a que la facultad donde funcionan actualmente, no ha contado con un espacio físico donde se puedan realizar estudios experimentales relacionados con estas áreas de la ingeniería. En aras de mejorar el desarrollo académico de los estudiantes, la Universidad Distrital reservó un espacio físico y adquirió unos equipos para la conformación del laboratorio de hidráulica, el cual funcionara en la sede Ciudadela Universitaria El Porvenir. Este espacio, será utilizado por la comunidad estudiantil como complemento de su formación académica y a su vez brindará diferentes servicios para que los estudiantes y/o docentes puedan realizar proyectos de investigación, y ampliar de este modo conocimientos que permitan fortalecer sus bases científicas. Cabe destacar que, aunque la universidad cuenta con un laboratorio de Mecánica de Fluidos y Bombas Hidráulicas los proyectos curriculares de la FAMARENA no tienen acceso, debido a que este pertenece a la facultad tecnológica. Proyectos como Tecnología En Construcción Civiles, Tecnología En Mecánica y Tecnología en Producción Industrial, son beneficiados con los servicios que ofrece este laboratorio. El funcionamiento está estructurado bajo las necesidades de los espacios académicos teórico prácticos que hacen uso habitual del mismo, sin embargo, el laboratorio brinda a los estudiantes la posibilidad de realizar prácticas libres, para esto se deben programar con antelación, la disponibilidad de este espacio estará sujeto a las clases y laboratorios programados en el semestre. 4.1.1 Contextualización a nivel local, nacional e internacional La preocupación de las universidades por la mejora continua de sus procesos académicos y su adaptación a las necesidades actuales de la educación en cuanto a competitividad e innovación, han promovido en estas, cambios en la dinámica de desarrollo de las clases e incorporación de espacios destinados al complemento de conocimientos de manera práctica (principalmente laboratorios), con el fin de incentivar la investigación y fortalecer a los estudiantes a las condiciones que demanda el sector productivo y profesional. Por esto, entidades de educación superior han buscado acoplar sus laboratorios para cumplir con las políticas vigentes de calidad para mejorar sus procesos internos y poder ofrecer servicios de evaluación, calibración e investigación, incorporando a sus estudiantes en estos procesos. Los laboratorios como bases de producción y desarrollo educativo, permiten afianzar conocimientos teóricos con los escenarios reales, siendo necesario su mantenimiento y actualización constante

de 53

conforme a los avances en las áreas del conocimiento para los que fueron conformados por cada institución de formación de educación superior, para ser empleados como herramientas que garanticen servicios educativos más completos y de alta calidad. En áreas de la ingeniería, donde el fundamento de estudio son los fluidos, se requiere de diferentes instrumentos y equipos que permitan entender mejor los principios y fenómenos de los mismos, por esto muchos de ellos cuentan con laboratorios de hidráulica dotados con: canales hidráulicos, analizadores de flujo y presión, bancos hidrodinámicos e hidrostáticos. Laboratorios de hidráulica a nivel local: A nivel local, tenemos como punto de referencia el Laboratorio de Mecánica de Fluidos y Bombas Hidráulicas de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, el cual está conformado por un banco hidrostático y propiedades de fluidos (BHI) y bancos de pruebas para: el estudio de impacto de un chorro de agua, evaluación de pérdidas de presión por fricción en tuberías y accesorios, y bombas de desplazamiento positivo. Laboratorios de hidráulica a nivel nacional: En el ámbito Nacional, se presenta el caso de tres universidades: La Universidad Industrial de Santander (UIS), tiene un laboratorio con canal hidráulico de vidrio templado con pendiente variable máxima de 6%. (Suárez, 2012). Este laboratorio basa su funcionamiento en el trabajo autónomo de los estudiantes, donde el docente con anterioridad, hace entrega de las guías de laboratorio, para que este se acerque a realizar la práctica en la franja de horario asignado, posteriormente el auxiliar de laboratorio entrega una calificación acorde a la práctica, para que el docente la vincule al proceso académico del estudiante. La Universidad Nacional de Colombia en la sede de Medellín, cuenta con un laboratorio bastante amplio con diferentes equipos para el análisis de los temas que giran en torno al agua. Dicho laboratorio está compuesto por: canal horizontal largo, canal de pendiente variable y un canal de oleaje, dispuesto para la Facultad de Minas (UNAL U. N., s.f.). La Universidad Santo Tomas posee un laboratorio de mecánica de fluidos e hidráulica, dotado con “un

banco hidráulico, equipos para medir propiedades de fluidos, manometría, presiones e hidrostática; un ariete

hidráulico, un banco de pérdidas, una mesa de flujo laminar y un canal hidráulico”. (Universidad Santo Tomas, 2017). Laboratorios de hidráulica a nivel internacional: A nivel Internacional, se evidencia el mismo interés por parte de las universidades para optimizar los elementos que conforman sus laboratorios, una de ellas es la Escuela Politécnica Nacional de Ecuador, esta adquirió el banco hidrodinámico, también de la marca Cussons Technology en el mes de mayo del año 2015, destinado para el laboratorio de la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental. (Nacional, 2015).

de 53

En conclusión, es posible establecer que muchas de las instituciones de educación superior ven la necesidad de contar con espacios físicos, donde se puedan realizar prácticas de laboratorio para fortalecer la formación profesional de sus estudiantes. Simultáneamente al servicio de aprendizaje, las universidades pueden ofrecer este espacio al servicio de la comunidad y la industria para: ensayos, diseños, estudios e investigación; ubicando a las mismas, en otros aspectos comerciales que pueden acarrear beneficios. 4.2 Funcionamiento de los laboratorios de la Facultad de Medio Ambiente y Recursos

Naturales de la Universidad Distrital. Como se mencionó anteriormente, en la FAMARENA, la mayoría de proyectos curriculares cuentan con espacios académicos cuyo desarrollo se fundamenta en un proceso teórico practico, es decir, que los espacios académicos no solo cuentan con un tiempo prudente para abordar las bases teóricas en el aula de clase, sino, también un componente práctico donde los estudiantes realizan actividades en el laboratorio, para profundizar conocimientos de acuerdo a los temas abordados. Sin embargo, uno de los inconvenientes que se presenta, es que suele inscribirse una cantidad elevada de estudiantes en cada espacio académico y esto implica que no se puedan realizar las actividades prácticas en un solo horario, por esta razón, los espacios académicos se ven en la necesidad de dividir sus estudiantes inscritos en varios grupos de trabajo (máximo dos), para hacer uso del laboratorio. Así que se distribuyen las horas correspondientes al espacio académico en: horas teóricas y horas de laboratorio (correspondiente a cada grupo), de este modo se organizan los espacios físicos para que los estudiantes puedan crear un ambiente adecuado que favorezca el aprendizaje. El estudiante debe realizar un pre informe con ayuda de la guía de laboratorio propuesta por el docente, la cual es entregada al estudiante días antes de realizar la práctica, en ella se especifica el procedimiento que debe realizar y los materiales que debe utilizar. Como referencia se presentan las siguientes materias cuyo funcionamiento se lleva a cabo con varios grupos de trabajo, debido al número de estudiantes que inscribe el espacio académico: ver Tabla 4. 1.

Tabla 4. 1. Espacios académicos teórico prácticos en la FAMARENA.

Espacio académico

Horas semanales

dictadas por el docente

Estudiantes

Observaciones Horas teóricas

Horas practicas

Grupo 1

Grupo 2

Química sanitaria

6 2 2 2

La distribución del laboratorio consiste en brindar una franja de dos horas a cada grupo de trabajo para realizar el proceso de su práctica, estas franjas en algunos casos se puede dar en el mismo día para ambos grupos.

Química orgánica

6 2 2 2

Biología 6 2 2 2

Microbiología 6 2 2 2

Biotecnología 6 2 2 2

Calidad del agua

6 2 2 2

Fuente. Procesamiento Syllabus espacios académicos facultad de medio ambiente UD 2017.

de 53

4.3 Marco de referencia A continuación, se presentan los aspectos que deben ser tenidos en cuenta en el presente proyecto.

4.3.1 Marco geográfico

La sede Ciudadela Universitaria El Porvenir de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, se encuentra ubicada en la Calle 52 Sur # 93 d – 39, al sur occidente de Bogotá en la localidad de Bosa, UPZ 86, en las coordenadas 4°38’12.52” Norte, y 74°11’8.54” Este. La sede limita al Norte con la carrera 95ª, al Oriente con la Calle 52 Sur, al Sur con la Carrera 92ª, y al Occidente con la calle 54 Sur. (Ver Figura 4. 1). El predio donde se encuentra localizada la sede, hace parte del plan parcial el Porvenir, tiene un área total aproximada de 30.148m2 y propende para el 2018 tener un área construida de 53.374 m2 aproximadamente. (Oficina Asesora de Planeación y Control, 2017).

Figura 4. 1. Ubicación geográfica sede Ciudadela Educativa Porvenir de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas.

Fuente. Autores.

BOSA UPZ 86

Sede Bosa Porvenir

de 53

La sede está distribuida en 3 bloques, constituidos por 6 edificios y un ágora, 52 aulas de clase, 13 laboratorios, 8 salas de sistemas, 2 cafeterías y una biblioteca (Oficina Asesora de Planeación y control, 2015). En el bloque 1, edificio de bienestar y laboratorios, se ubicará el laboratorio de hidráulica, exactamente en el aula 104. En la Figura 4. 2, se presenta la localización del laboratorio en el bloque, desde una vista en planta

Figura 4. 2. Localización y distribución espacial del laboratorio de hidráulica sede Bosa Porvenir.

Fuente. Procesamiento (Gustavo Perry Arquitectos, 2011).

El laboratorio de hidráulica, se encuentra localizado en la parte nor-oeste del edificio, linda hacia el norte con la zona de acceso vehicular y peatonal, al sur y oeste con el hall de entrada y salida y escaleras de ingreso al segundo nivel. Cuenta con un área total aproximada de 119 m2. En su interior se ubicarán los insumos y equipos necesarios para su funcionamiento. Estará constituido por tres bancos hidrodinámicos, un banco hidrostático, un molinete, y un canal hidráulico de flujo libre de 10 m de largo, como insumos iniciales para el desarrollo de prácticas. Se contempla la adquisición de más equipos y elementos a futuro que permitan un equipamiento completo del laboratorio. En la Figura 4. 3 se presenta la distribución espacial de equipos y elementos en el laboratorio de hidráulica.

LABORATORIO DE HIDRAULICA

AULA 104

ACCESOS EDIFICIO LABORATORIO Y

BIENESTAR

de 53

Figura 4. 3. Distribución espacial del laboratorio de hidráulica Sede Bosa Porvenir.

Fuente. Procesamiento (Gustavo Perry Arquitectos, 2011).

4.3.2 Marco conceptual

A continuación, se encuentran algunos conceptos de mecánica de fluidos e hidráulicas que ayudaran a entender mejor el funcionamiento de los elementos que lo componen. 4.3.2.1 Conceptos básicos de hidráulica. Se presenta una lista de conceptos básicos de mecánica de fluidos e hidráulica, elementales dentro de las ensayos y experimentos contemplados para el laboratorio de hidráulica de la Universidad Distrital sede Ciudadela Universitaria El Porvenir. Si se requiere una mayor profundización de los temas relacionados con las prácticas de laboratorio y sus principios de funcionamiento, remitirse el Anexo 1. Traducción del manual del banco hidrodinámico p6100 de Cussons Technology.

Mecánica de fluidos: Rama de la mecánica que se aplica al estudio del comportamiento de los fluidos ya sea en reposo o en movimiento. (Ortiz, 2006).

Propiedades de los fluidos: Características implícitas de los fluidos (líquidos y gaseosos), las cuales condicionan el comportamiento del mismo frente a determinados fenómenos físicos. Las propiedades de principal estudio en la mecánica de fluidos son:

Densidad: Relación que existe entre la cantidad de masa por unidad de volumen de

una sustancia. Las unidades de la densidad son Kilogramo por metro cubico, en el Sistema Internacional (S.I.) (Mott, 2006).

de 53

Viscosidad: La viscosidad de un fluido indica el movimiento relativo entre sus moléculas, debido a la fricción o rozamiento que se puede presentar entre ellas, esta propiedad determina la cantidad de resistencia a las fuerzas cortantes de un fluido, y está directamente relacionada con la temperatura. Otra de las maneras de expresar la viscosidad de una sustancia, es la viscosidad cinemática, que relaciona la viscosidad absoluta con la densidad. (Ortiz, 2006)

Capilaridad: Capacidad que tiene una columna de un líquido para ascender y descender de un medio poroso. La capilaridad está influenciada por la tensión superficial, y depende de las magnitudes relativas entre las fuerzas de cohesión y adhesión del líquido y las paredes del medio. (Ortiz, 2006)

Tensión superficial: Corresponde a la cantidad de trabajo por unidad de área que

se requiere para llevar las moléculas de la parte inferior, hacia la superficie del líquido. La tensión superficial actúa como una película en la interfaz entre la superficie del agua líquida y el aire sobre ella. Las Moléculas de agua por debajo de la superficie se ven atraídas una por la otra y por aquellas que están en la superficie. (Ortiz, 2006)

Hidrostática: Rama de la física que estudia las propiedades de los líquidos en reposo. Etimológicamente el nombre está integrado por los vocablos “hidro” que significa agua o líquido y “estática” que representa equilibrio. (Nottoli, 2007)

Hidrodinámica: Es el área de la física que estudia el movimiento de los fluidos, el estudio es bastante complejo, debido a que cada región del fluido se puede mover y comportar de manera independiente a otra. Estos movimientos están regidos por las leyes de Newton y son de gran importancia en la hidráulica y la aerodinámica. (Cromer, 2006)

Golpe de ariete: Consiste en la transformación alternativa de energía cinética que arrastra el líquido, en energía potencial elástica que almacena tanto el fluido como las propias paredes de la tubería (Khouri, s.f.). Este fenómeno se presenta cuando hay un cambio brusco en el movimiento de un fluido dentro de un conducto cerrado, produciendo variaciones de presión. Dicho cambio puede ser provocado por una restricción o reducción de sección, cambio de dirección brusco ó cierre de una válvula. (López, 2005).

Flujo laminar: El flujo laminar describe un fluido que fluye en láminas o capas, en este caso las partículas fluidas se mueven según trayectorias paralelas. Este tipo de flujo, está gobernado por la ley de viscosidad de Newton, y la viscosidad del fluido es la magnitud física predominante, siendo su acción una forma de amortiguamiento para cualquier forma o tendencia a la turbulencia. (Vicentes et.al, 2004)

Flujo turbulento: En el flujo turbulento las partículas fluidas se mueven en forma desordenada o caótica. El esfuerzo de corte en el flujo turbulento está en función de la viscosidad dinámica, la densidad del fluido y las características del movimiento. (Vicentes et.al, 2004).

de 53

Numero de Reynolds: Numero adimensional que permite realizar una verificación experimental y analítica del carácter del flujo (laminar o turbulento) en un conducto, este valor depende de cuatro variables, la densidad del fluido (ρ), la viscosidad del fluido (µ), el diámetro del conducto (D), y la velocidad promedio del flujo (v) y se define como, el cociente de la fuerza de inercia sobre un elemento del fluido, entre la fuerza viscosa. (Mott, 2006). Si el número de Reynolds es menor de 2000, el flujo es laminar, mientras que si es mayor a 4000, el flujo es turbulento. En el intervalo de numero de Reynolds comprendido entre 2000 y 4000, es imposible definir qué tipo de flujo se presenta, por lo tanto se define como la zona critica. (Mott, 2006).

Medición de caudal: Acción de medir la velocidad, el flujo volumétrico o el flujo másico de cualquier liquido o gas por unidad de tiempo, la medición del flujo se puede realizar empleando instrumentos destinados para ello, (rotámetro, Venturi, vertederos, etc.). Las unidades de medida se expresan en m3/s, según S.I. (Khouri, s.f.).

Bombas centrifugas: La bomba centrifuga es una máquina que contiene un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una coraza. Las paletas se encargan de proporcionar energía al fluido, el cual es impulsado por la fuerza centrífuga hacia la coraza, en donde gran parte de la energía en movimiento es transformada a presión. Las bombas centrifugas son uno de los dispositivos más utilizados en los sistemas donde se requiere mover o desplazar fluidos por tuberías o canalizaciones. (Cruz, 1996)

Conservación de la energía: La ley de la conservación de la energía, se basa en el principio de que la energía no puede ser creada ni destruida, si no que esta puede ser transformada de un tipo a otro. (Mott, 2006)

Usualmente cuando se realizan análisis de flujo en conductos, hay tres formas de energía que deben ser consideradas.

Energía potencial: Hace referencia a la energía que posee un cuerpo (Muñoz et.al, 2005)

Energía cinética: Hace referencia a velocidad que posee un cuerpo. (Muñoz et.al, 2005)

Energía de presión o de trabajo de flujo: Representa la cantidad de trabajo

necesario para mover el elemento de fluido a través de una sección en contra de la presión. (Mott, 2006).

Pérdidas: Reducción en la energía que se evidencia en la disminución de altura de la lámina de agua, esta es expresada en términos de energía por unidad de peso de fluido circundante. Generalmente se presentan por: fricción, accesorios, expansiones, contracciones, entradas y salidas en tuberías. . (Khouri, s.f.).

de 53

Prensa hidráulica: Consiste en dos cuerpos de bomba de diámetros distintos, donde se mueven los émbolos correspondientes. Al ejercer una presión en uno de ellos, esta se trasmitirá a lo largo del fluido, ocasionando el movimiento del segundo embolo. Se basa en el principio de Pascal, sobre la transmisión de la presión en los líquidos. (Negrete, 2005).

Impacto de chorros: Consiste en un ensayo que permite identificar la fuerza de reacción producida en las paletas por el impacto del chorro de agua sobre las mismas. El estudio de estas fuerzas de reacción es un elemento esencial en la mecánica de fluidos y en maquinaria hidráulica como, rueda de Peltón y turbina de impulsión. (Coeuret, 1992).

4.3.2.2 Descripción de los equipos actuales y futuros del laboratorio de hidráulica El laboratorio de hidráulica adquirió en el 2017, tres (3) bancos hidrodinámicos con sus diferentes aditamentos y sistema de adquisición de datos con equipo de cómputo portátil. Además, como complemento un Banco hidrostático con sus accesorios. Actualmente se halla en proceso de licitación la compra de un correntómetro o molinete y un canal de flujo libre. Las condiciones y especificaciones previstas para cada uno de estos equipos, se exponen en la convocatoria pública número 9, Anexo 3 del 20 de octubre de 2016 Propuesta económica “Contratación, adquisición, instalación y configuración de equipos de laboratorio del grupo de robustos con destino a los laboratorios de las facultades de Ingeniería, Tecnológica, Ciencias y Educación, Medio Ambiente y Recursos Naturales y Artes-ASAB de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas”. Donde se indica que los bancos hidrodinámicos deberán cumplir con las siguientes condiciones: Características de los bancos hidrodinámicos:

“Tres bancos hidrodinámicos (3 bancos gravimétricos o volumétricos). Con bomba centrífuga o sumergible con un caudal mínimo de 40 L/min y con altura dinámica mínima de 1,2m. Potencia mínima de 0,2Kw. El rodete de las bombas deberá tener un material que evite la corrosión. El depósito debe tener una capacidad mínima de 100 litros. Debe permitir la medición del caudal ya sea por experimentación o por medio de: un caudalimetro o un módulo medidor de flujo, el cual puede ser integrable al banco. Debe tener válvulas de regulación. El equipo deberá permitir la experimentación en: medición de flujo, medición de presión, medición de flujo mediante venturi. Comprobación del Número de Reynolds. Pérdidas por fricción experimentación de rugosidad en tuberías, golpe de ariete, calibración medición de flujo, tubo Pitot. Placa de orificio. Chorros de impacto con diferentes superficies de impacto. Son tres bancos gravimétricos o volumétricos aislados e independientes, que permitan el acoplamiento o integración de los siguientes módulos o accesorios: Uno (1) Medición de flujo. Uno (1) Medición de presión. Uno (1) medición de flujo con venturi. Uno (1) Reynolds flujo laminar, turbulento y transición. Uno (1) Medición de fricción. Uno (1) bomba de golpe de ariete. Uno (1) calibración de flujo. Uno (1) Tubo Pitot. Uno (1) Placa de orificio. Uno (1) Chorro de impacto. En total son tres (3) bancos gravimétricos o volumétricos independientes para intercambiar los diferentes módulos. Son diez (10) módulos en total. Deberá funcionar a 120

de 53

V 60 Hz o 240 V 60 Hz. Deberá contar con manuales del equipo y guías de experimentación de cada uno de los módulos.” (Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2016)

La licitación la gano la empresa ICL Didáctica, quien suministro un banco hidrodinámico-Cussons P6100. El cual está constituido por un marco de acero que soporta una placa de plástico reforzado con fibra de vidrio y madera de balsa, diseñados para proporcionar un área que permita el montaje de aparatos experimentales. Se sostiene sobre un sistema de ruedas, que permite su fácil manejo. Este equipo, cuenta con un tanque de medición volumétrica, que presenta una división escalonada con una porción inferior de 10 litros y una porción superior de 35 litros. El tanque de medición se descarga en un tanque de sumidero de fibra de vidrio de aproximadamente 120 L de capacidad, a través de una tubería de PVC que posee una válvula de esfera de acción rápida. Sobre el extremo de descarga del canal del dique se ubica un vertedero en V en plástico acrílico con una báscula calibrada en litros por minuto, para realizar lectura continua del caudal. (Technology, Banco hidraulico, 2015). En la placa base, se ubica una bomba centrifuga fija y una bomba centrifuga auxiliar, que son accionadas por motores eléctricos y pueden funcionar de manera fija o variable. Estas entregan agua a la salida, en la superficie de trabajo para la conexión a los experimentos individuales. El flujo está regulado por una válvula de latón y fluye a través de una tubería de succión transparente. Los puntos de toma de presión se encuentran en la succión de la bomba, la entrega y en un punto inmediatamente anterior al experimento, para la medición, se proporciona un medidor de presión con escala de 0-4 barómetros, acoplado a un interruptor giratorio, junto con un medidor de succión de la bomba. (Technology, Banco hidraulico, 2015). En la Figura 4. 4 se presenta el diagrama del banco hidrodinámico y se especifican cada una de sus partes y accesorios.

de 53

Figura 4. 4. Diagrama Banco hidráulico Cussons Technology.

Fuente. Procesado (Technology Cussons, 2014)

de 53

El banco hidrodinámico P6100 está constituido por un conjunto de accesorios que le otorgan una amplia versatilidad funcional. En Tabla 4. 2, se presenta la descripción básica de los accesorios que lo componen y los detalles del equipo adicional, banco hidrostático P6242. Si se desea profundizar en el funcionamiento, montaje y descripción detallada de los equipos, puede remitirse al Anexo 1. Traducción del manual del banco hidrodinámico p6100 de Cussons Technology. Realizada por los autores de este proyecto.

Tabla 4. 2. Accesorios de los Bancos Hidrodinámicos P6100.

Accesorio

Descripción Ilustración Código De ref.

Nombre

P6103 Depósito de

entrada de carga constante

Esta unidad es la encargada de suministra una cantidad constante de agua para los experimentos que lo requieren; cuenta con un desbordamiento de dos posiciones para garantizar una cabeza hidráulica de 250 mm o 500 mm y satisfacer los requisitos experimentales. El tanque está equipado con dos puntos de conexión atornillada, uno en la base y otro en el lateral, para la ubicación de los accesorios (P6223 y P6224) incluidos dentro del experimento de orificios.

Fuente. (Technology Cussons, 2014)

P6104 Depósito de salida

de cabeza variable

El tanque de salida se emplea junto con el tanque de entrada para montar varios experimentos y proporcionar una cabeza total constante. El cabezal de salida se puede ajustar a cualquier valor entre 50 y 300 mm por encima de la altura de la línea central del experimento.


P6106M Manómetro:

Este elemento es necesario para aquellos experimentos en los que se requiere la determinación de la caída de presión o la pérdida de carga. La unidad consta de cuatro tubos de manómetro verticales abiertos y un tubo en U, que permiten realizar mediciones en cuatro puntos simultáneamente.


P6105 Bloque

Realimentación

Este accesorio se emplea como elemento alterno, para uso en lugar del tanque de entrada de cabeza constante, en aquellos experimentos que requieren un cabezal de entrada superior a los 500 mm. El bloque de alimentación puede suministrar la cabeza completa disponible desde la (s) bomba (s).


P6108 Rotámetro

Es un medidor de flujo de área variable montado junto al panel frontal, permite lecturas directas del caudal total de la bomba o bombas, se pueden medir velocidades de 0.4 - 4.0 m³ / h.


de 53

Accesorio Descripción Ilustración Código

De ref. Nombre

P6239 Aparato de

medición del flujo del agua

Consiste en un sistema que permite la visualización de los tres (3) regímenes de flujo en conductos a presión: laminar, turbulento y transición, esto mediante la inyección de tinta dentro de una tubería de vidrio con entrada acampanada. Así como la comprensión de las velocidades criticas inferiores y superiores y la determinación del número de Reynolds.


P6227 Medidor de

Venturi

El medidor Venturi, está fabricado con material acrílico transparente, sigue el diseño convergente-divergente clásico de 21°-10°. El diámetro de la garganta es de 11 mm y los diámetros de la tubería aguas arriba y aguas abajo son ambos de 21 mm. Emplea el principio de perdida de carga y se utiliza para la medición del flujo y la evaluación de la recuperación de la presión.


P6220 Aparato de flujo

laminar

Consiste en una sección de prueba tubular de 3 mm de diámetro interno y 508 mm de largo, que incluye una entrada de campana de 13 mm, que se sostiene dentro de un tubo exterior protector de 25 mm y termina en cada extremo en uniones con casquillo. Permite la experimentación para identificar las regiones de flujo laminar y turbulento que implican las ecuaciones de Poiseuilles y Darcy-Weisbach, valores críticos superiores e inferiores del número de Reynolds y factores de fricción para el flujo de fluido en una tubería.


P6248 Aparato de

Osborne Reynolds

El equipo de Osborne-Reynolds, consiste en un sistema que permite la visualización de los tres (3) regímenes de flujo en conductos a presión: laminar, turbulento y transición, esto mediante la inyección de tinta dentro de una tubería de vidrio con entrada acampanada. Cuenta con: un tanque de almacenamiento de tinta; un tubo de vidrio con entrada acampanada; una válvula para controlar la velocidad del flujo y un mecanismo para la inyección de tinta dentro del tubo de vidrio. Se debe garantizar un volumen de cinco (5) litros de tinta para la apropiada operación del mismo. El agua que circulará por el interior del tubo de vidrio será suministrada por el banco hidráulico.


de 53


De ref. Nombre

P6221 Perdida en tubos

fijos

Consta de un conjunto de 6 secciones de prueba, cada una de 464 mm de largo con orificios nominales y características de forma diferentes. Pueden ser empleadas de manera individual y permiten la determinación de la caída de presión a través de varias tuberías y accesorios a diferentes tasas de flujo, estimar el coeficiente de pérdida (K), determinar la relación caudal/diámetro para flujo de fluido en tuberías y el 'Factor de Fricción' para el flujo de fluido en tuberías lisas.


P6222

Perdida en entradas, salidas,

expansiones y contracciones

Consta de un conjunto de dos secciones de prueba cada una de 464 mm de longitud y cuatro piezas de prueba adaptadoras. Las dos secciones de prueba consisten en un tubo de agujero nominal de 10 mm en un extremo y un tubo de agujero nominal de 20 mm en el otro extremo, una de las secciones de prueba tiene una transición repentina o escalonada entre los dos diámetros, mientras que la otra sección de prueba tiene una 30 ° incluye ángulo de transición gradual entre las dos secciones. Las cuatro piezas de prueba del adaptador se pueden usar con la sección de 10 mm. Fuente. (Technology Cussons, 2014)

P6515 Oscilación de

presión y Golpe de ariete

El accesorio consta de dos tubos de acero inoxidable, compatibles con marcos, utiliza abrazaderas de tornillo manual para conectar los componentes de sobretensión y martillo. Este accesorio, se utiliza para pruebas de sobretensión o golpe de ariete, a través de él es posible visualizar y analizar los efectos del golpe de ariete (velocidad, presión, oscilaciones y perdidas de carga) causado por una válvula de cierre rápido.


P6516 PC

Este accesorio es para uso con P6515, permite la instalación de software para la medición y registro de los reportes del equipo P6515.

Fuente. (hp, s.f)

de 53


De ref. Nombre

P6230 Tubo pitot

El tubo estático de pitot, está montado en una pieza central en forma de T y está dispuesto de modo que puede atravesarse en un solo diámetro del tubo para permitir la determinación del perfil de velocidad a través de este. Todo el conjunto se puede girar en cualquier ángulo, para permitir que las travesías se realicen en otros planos diametrales. Comprende, un tubo acrílico de 20 mm de diámetro, con un tubo estático Pitot de 2,3 mm de diámetro, con una nariz elíptica NPL modificada. Utiliza el principio de velocidad, permite hacer demostración del coeficiente de flujo del tubo y verificación de la relación donde el flujo es proporcional a la diferencia de altura entre la cabeza total y la cabeza estática, y determinación del perfil de velocidad


P6228 Placa de orificios

Consiste en un tubo acrílico de 22 mm de diámetro, con dos placas de orificio afiladas intercambiables de 8 mm y 12 mm de diámetro. El orificio aguas abajo de cada orificio, está achaflanado a 40° para proporcionar un espesor de placa de orificio efectivo de 0,35 mm. Este accesorio utiliza el principio de pérdida de carga, y permite hacer la demostración del uso de la placa de orificio como medidor de flujo de agua; determinación del coeficiente de flujo y establecer la relación donde el flujo es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de presión a través de la placa de orificio.


P6233 Aparato de impacto de

chorros

Este accesorio permite llevar a cabo experimentos sobre la reacción de un chorro de agua en paletas de varias formas. El aparato se apoya en una base de PVC en la que se instala una tubería de suministro de agua vertical. Alrededor de la tubería de suministro hay una pantalla de plástico transparente equipada con un conjunto de tapa con brida de PVC superior. Tres tipos diferentes de paleta de reacción se suministran con el aparato y los tipos son: planos, copa semiesférica y forma de cono de 45°. Cada paleta se puede asegurar al brazo de pivote mediante un tornillo de fijación. Se suministran dos boquillas intercambiables para el tubo de suministro, una de 8 mm y otra de 5 mm de diámetro.


de 53


De ref. Nombre

P6234 Calibrador y medidor de

presión

Consiste en una base de válvula y un cilindro de bronce que tiene un agujero mecanizado de precisión en el que se ajusta un pistón de acero inoxidable. El pistón está equipado con una plataforma que puede llevar pesos de calibración. Se emplea para la calibración del manómetro de tipo Bourdon suministrado con el Banco hidráulico de Cussons y otros medidores de clasificación similar utilizando el método del peso muerto.


P6235/P6236 Altura

metacéntrica

Este accesorio está fabricado con materiales no ferrosos y tiene una pieza de puente desmontable y un sistema de carga. La pieza del puente se puede usar con otras secciones del casco para que las características de flotación se puedan comparar directamente. Se toman medidas para alterar el peso de la quilla y el peso del mástil para obtener una variedad de condiciones de carga. Permite lustrar las características de flotación de un buque de fondo plano (pontón) y determinar la altura metacéntrica para un piso buque de fondo.


P6237 Centro de presiones

Consiste en un cuadrante toroidal de 100 mm de radio interno por 200 mm de radio exterior y 75 mm de ancho, que se encuentra pivotado por un brazo equilibrio, sobre la línea central de un recipiente o tanque de agua. Permite reconocer las fuerzas hidrostáticas que actúan sobre un objeto sumergido y visualizar un momento.


P6243 Barómetro

Un barómetro aneroide se suministra con soportes de montaje para la fijación al bastidor de la banqueta hidrostático, para realizar medidas de presión.


Fuente. Procesamiento manuales (Technology Cussons, 2014).

Además, se adquiere un equipo adicional, correspondiente a banco hidrostático P6242 (Ver Figura 4. 5) que hace juego con el Banco Hidrodinámico P6100, es una unidad completamente autónoma y está diseñado para ofrecer una gama de experimentos para evaluar las propiedades de los fluidos y su comportamiento en estado de reposo como: Botella de gravedad específica, medición de densidad relativa Hidrómetro, variación de presión con la cabeza, manometría y el tubo de Hare, medida de presión, demostración de la ley de Pascal, medida de la viscosidad: capilar, medición de la viscosidad - Esfera que cae, capilaridad, medición de la tensión superficial, principio de Arquímedes, uso de un medidor de nivel Vernier, prensa hidráulica. (Technology Cussons, 2014)

de 53

Figura 4. 5 Equipo adicional P6242 Banco hidrostático.


En proceso de licitación se encuentra: un correntómetro o molinete de eje horizontal y un canal de flujo libre. En el formato para “requerimiento/adquisición de equipos año 2018-Convenio Sede Bosa Porvenir”, se hace especificación de los requerimientos y características mínimas de cada uno de estos equipos. Características del correntómetro o molinete: El correntómetro o molinete es empleado para realizar la medición de la velocidad del agua horizontal en canales abiertos naturales y/o artificiales, y presenta las siguientes especificaciones:

“El equipo debe estar conformado por: Hélice; Eje del molinete; varilla vertical graduada en g centímetros con pie de apoyo; cables; mando o caja registradora; caja robusta para el transporte del equipo y kit de herramienta: Las especificaciones del equipo se citan en los siguientes literales: A) La hélice debe ser soportada por un eje horizontal paralelo a las líneas del flujo del agua. Con dicha hélice se debe poder realizar mediciones de la velocidad del agua de hasta 3m/s. Se deberá entregar ecuación de la hélice. La hélice debe contar con certificado de calibración. B) El eje del molinete debe contar con tornillo de sujeción, o similar, que permita variar la posición vertical del eje del molinete a lo largo de la varilla. El eje del molinete soportará la hélice y el eje del molinete se debe apoyar sobre la varilla vertical. C) La varilla vertical debe ser graduada en centímetros y debe contar con pie de apoyo de modo que durante la realización de un aforo la barra siempre este en contacto con el fondo del canal. La varilla debe contar con una longitud mínima de 1.5m.

de 53

D) Los cables deben permitir la transmisión de los impulsos entre el eje y el mando. Se deberán entregar dos (2) cables con las siguientes longitudes: Cable 1 de longitud mínima 1.5m y Cable 2 de longitud mínima 4.0m. E) El mando o caja registradora debe ser digital y capaz de registrar los impulsos generados por el giro de la hélice durante determinado tiempo, de modo que estos se puedan transformar en frecuencia (revoluciones por unidad de tiempo) y en velocidad en metros por segundo. Las mediciones se deben realizar con una precisión igual o superior al 2%. El mando debe ser portátil e independiente de un computador para la toma de datos. Adicionalmente, el mando debe contar con puerto USB para la trasferencia de datos. El mando debe ser alimentado por baterías de fácil consecución en el mercado. F) Deben ser resistentes a la corrosión especialmente en las áreas en contacto con el agua los siguientes componentes del molinete: Hélice; Eje del molinete; varilla vertical graduada en centímetros con pie de apoyo; cables; mando o caja registradora. G) Tanto el eje del molinete como la varilla vertical graduada con pie deben estar construidos en bronce o acero. Otros materiales serán aceptados para los componentes antes mencionados siempre y cuando la literatura científica (entiende por literatura científica: libro con ISBN o artículo en revista indexada) soporte que las características del material son iguales o superiores a las del bronce o acero en cuanto a: resistencia a la corrosión y resistencia a la flexión. H) La caja para el transporte del equipo debe ser robusta y con secciones independientes para albergar cada componente del equipo, de modo que todos los componentes del equipo se hallen protegidos de golpes e impactos que puedan causar su avería o daño. I) El kit de herramienta debe permitir el mantenimiento básico del equipo. J) En caso de requerirse, se deberá entregar software para realizar la descarga y análisis de los datos del mando a un computador. K) Se deberán entregar guías de prácticas de laboratorio, y manuales de cada uno de los módulos y/o componentes del equipo. L) Se deberá incluir capacitación certificada por la compañía fabricante del equipo para cuatro (4) profesores. M) Los equipos deberán entregarse a cero (0) metros, en el laboratorio especificado por la Universidad.” (Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2016)

Características del canal de flujo libre: “Canal de sección transversal rectangular para el estudio del movimiento del agua a flujo libre, conformado por: canal, estructura de soporte, almacenamiento, sistema de bombeo, recirculación y accesorios. Las especificaciones del equipo se citan en los siguientes literales:

A) La máxima longitud total del sistema debe ser 10m; y el ancho máximo del sistema debe ser 1.5m. Los 10 metros hacen alusión a la longitud máxima que debe ser ocupada por la

de 53

totalidad del equipo, incluyendo canal, estructura de soporte, almacenamiento, sistema de bombeo y recirculación. Dicha condición es establecida en función del espacio disponible. B) Todos los elementos: canal, estructura de soporte, almacenamiento, sistema de bombeo, recirculación y accesorios, deben ser resistentes a la corrosión especialmente en las áreas en contacto con el agua. C) El canal, estructura de soporte, almacenamiento, sistema de bombeo y recirculación deben estar localizados en un solo nivel para no tener la necesidad de utilizar tanques elevados.

D) La mínima longitud de la sección de ensayo debe ser 5m. Entiéndase por sección de ensayo el espacio que alberga el canal rectangular por el cual circulará el agua. Los 5m no incluyen el mecanismo para la estabilización del flujo a la entrada del canal.

E) El ancho mínimo del canal debe ser 85mm, para que al cambiar la rugosidad del fondo del canal, con un aditamento (accesorio), la escasa separación entre las paredes verticales no afecte la medición de la rugosidad del fondo del canal. El ancho de la sección transversal del canal debe garantizar la cómoda instalación de diferentes accesorios por lo cual el ancho del canal debe permitir el ingreso con facilidad de una (1) mano humana, con la palma de la mano transversal al flujo del agua.

F) La altura mínima de las paredes del canal debe ser 250mm.

G) El material de las paredes del canal debe ser vidrio templado transparente. Otros materiales serán aceptados para las paredes del canal siempre y cuando la literatura científica (entiéndase por literatura científica: libro con ISBN o artículo en revista indexada) soporte que las características del material son iguales o superiores a las del vidrio en cuanto a: Transparencia; Color; resistencia a la opacidad; resistencia a la deformación; resistencia al desgaste y resistencia a las ralladuras cuando se transporta agua.

H) La pendiente del fondo del canal debe variar de forma gradual al menos en un rango de 0 % al 3% mediante el uso de tornillo graduado.

I) La estructura de soporte debe estar elaborada en acero, aluminio pesado o poliéster reforzado con fibra de vidrio.

J) Por el canal deberá circular un rango de caudales superior a 5.5 L/s. Con un caudal mínimo de 5.5L/s se busca garantizar que la mínima profundidad normal para el canal definido (ancho 85mm, en vidrio o equivalente) en la condición más crítica (pendiente máxima del 3%) sea de al menos 47mm.

K) El sistema deberá contar con mecanismo de regulación de caudal y con mecanismo para la estabilización del flujo a la entrada del canal con el fin de minimizar la turbulencia; y con mecanismo para la medición del caudal. L) El mecanismo de medición de caudal debe permitir realizar mediciones al menos entre un rango de 0 L/s a 10 L/s.

M) El sistema de bombeo deberá contar con bomba centrífuga de mínimo 0,35 Kw, con altura dinámica mínima de diez (10) metros y con caudal mínimo de 5.5L/s. El rodete debe ser de acero inoxidable.

N) El almacenamiento de agua debe tener una capacidad mínima de 250 litros. Adicionalmente, el canal deberá contar con los siguientes accesorios:

de 53

Ñ) Dos (2) compuertas verticales de admisión inferior con mecanismo que permita variar de forma gradual su posición. O) Una (1) compuerta curva de admisión inferior con mecanismo que permita variar de forma gradual su posición. P) Un (1) juego de vertederos de cresta delgada que incluya los vertederos: Rectangular, triangular, trapezoidal y proporcional o Sutro.

Q) Un (1) vertedero de cresta ancha.

R) Un (1) vertedero tipo Spillway.

S) Una (1) Canaleta parshall.

T) Dos (2) medidores del nivel de la lámina del agua.

U) El sistema deberá funcionar a 120 V 60 Hz o 240 V 60 Hz en red monofásica y/o trifásica.

V) Se deberán entregar guías de prácticas de laboratorio, y manuales de cada uno de los módulos y/o componentes del equipo.

W) Se deberá incluir capacitación certificada para dos (2) profesores.

X) Los equipos deberán entregarse a cero (0) metros, en el laboratorio especificado por la Universidad.” (Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2016)

En la Tabla 4. 3, se presenta el inventario de los equipos y elementos que conforman y conformarán el laboratorio de hidráulica de la sede Ciudadela Universitaria El Porvenir.

Tabla 4. 3. Listado de equipos y elementos que componen el laboratorio de hidráulica.

ELEMENTO CANTIDAD ESTADO

Banco hidrodinámico 3 Adquirido

Banco hidrostático 1 Adquirido

Pupitres 20 Adquirido

Sillas de oficina 3 Adquirido

Tablero inteligente digital 1 Adquirido

Televisor 1 Adquirido

Canal de flujo libre 1 Proceso de licitación

Molinete 1 Proceso de licitación Fuente. Autores.

de 53

5 METODOLOGÍA

En la Figura 5. 1, se presenta las fases de desarrollo incluidas en la metodología del presente trabajo de grado.

Figura 5. 1. Esquema fases de la metodología

Fuente. Autores.

5.1 Fase I antecedentes y contextualización La fase I, antecedentes y contextualización se compone de las siguientes subfases: 5.1.1 Recopilación de información y referentes

En esta fase, se realizó una consulta de los aspectos normativos a nivel nacional e internacional y los requerimientos de la Universidad Distrital para la incorporación del laboratorio de hidráulica dentro de los espacios académicos de los proyectos curriculares: Ingeniería Sanitaria, Tecnología en

METODOLOGÍA

FASE I ANTECEDENTES Y

CONTEXTUALIZACIÓN

FASE II ESTRUCTURACIÓN

FASE III DISEÑO

Recopilación de información y referentes teóricos.

Contextualización de información.

Matriz de relación entre las prácticas de laboratorio y espacios académicos.

Formular las alternativas de vinculación del laboratorio a los espacios académicos.

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE FUNCIOANMIENTO DEL LABORATORIO DE HIDRAULICA DE LA SEDE

CIUDADELA UNIVERSITARIA EL PORVENIR

Diseño del “manual de operación y funcionamiento del laboratorio de hidráulica, sede Ciudadela Universitaria El porvenir de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, año 2018”.

Traducción y reorganización de los manuales del equipo, manual de prácticas de laboratorio banco hidrodinámico P6100, de Cussons Technology.

de 53

Saneamiento Ambiental y Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos, con la observación de los pensum y los temas asignados en el contenido programático descritos en los syllabus. Posteriormente, se efectuó una revisión de los manuales de funcionamiento de los equipos adquiridos para el laboratorio de hidráulica, entregados directamente por el proveedor de cada equipo de acuerdo a las condiciones establecidas en la licitación pública.

De igual forma, se realizó una valoración del funcionamiento de los laboratorios de algunos espacios académicos existentes en la FAMARENA, y se reunió información en cuanto a la conformación y aplicación de los laboratorios de hidráulica, tanto en la universidad, como en universidades a nivel nacional e internacional. 5.1.2 Evaluación de información recopilada Una vez recopilada la información, se efectuó un proceso de valoración de la misma para: Identificar los servicios que el laboratorio de hidráulica puede ofrecer, los espacios académicos que harán uso de este y la forma de vincular el laboratorio en los espacios académicos asignados. En el Figura 5. 2 se encuentra la relación de la información y referentes consultados con la finalidad de cada una de ellas.

Figura 5. 2 Etapas para la evaluación de la información recopilada.

Fuente. Autores.

A continuación se presenta la metodología a seguir para el cumplimiento de cada una de las etapas expuestas en la Figura 5. 2.

Definir los espacios académicos a ser incorporados, para uso del laboratorio en función

del Pensum actual de cada proyecto curricular.

Establecer las prácticas que se pueden realizar, con los equipos actuales que posee el laboratorio de hidráulica de la Sede Ciudadela Universitaria

El Porvenir

Consultar referentes de norma a nivel nacional y requerimientos para

laboratorios a nivel Universidad Distrital.

Ceñir el laboratorio acorde a las normas aplicables y los requerimientos establecidos por

la Universidad Distrital.

Revisión de los manuales de funcionamiento de los equipos y prácticas

de laboratorio.

Revisión de pensum de los proyectos curriculares de interés en el presente

proyecto.

Revisión del contenido programático de los espacios académicos que

desarrollaran prácticas en el laboratorio de hidráulica de la Sede Ciudadela

Universitaria el Porvenir

Identificar en los espacios académicos los temas relacionados con los servicios que ofrece el

laboratorio, según identificación anterior.

de 53

5.1.2.1 Requerimientos para el laboratorio.

Una vez consultados los referentes normativos y protocolarios relacionados con la implementación y funcionamiento de los laboratorios, se realizó un listado de los requerimientos que debe seguir y acoplar el laboratorio de hidráulica para su operación. 5.1.2.2 Listado de ensayos del laboratorio de Hidráulica.

Se generó una clasificación de los temas centrales que comprende la mecánica de fluidos y la hidráulica. Simultáneamente, se analizaron detenidamente los manuales de funcionamiento del equipo BANCO HIDRODINÁMICO P6100 y sus accesorios, para determinar las prácticas que se pueden realizar en el laboratorio de hidráulica. Posteriormente se generó un cuadro donde se relacionan los ensayos de laboratorio, y el número de pruebas y experimentos con el tema al que corresponden según principio de funcionamiento. 5.1.2.3 Preselección de espacios académicos a vincular al laboratorio de Hidráulica

Se realizó la consulta de los planes de estudio o pensum de cada uno de los proyectos curriculares de atención en el presente proyecto, mencionados en apartados anteriores, con el fin de establecer de forma cualitativa los espacios académicos cuyas bases teóricas involucren temas relacionados con la mecánica de fluidos y la hidráulica y su base de aplicación sea teórico-práctica, para identificar su posible vinculación con los servicios del laboratorio de hidráulica. 5.1.2.4 Selección de espacios académicos a vincular al laboratorio de Hidráulica.

Se consultaron los Syllabus y se realizó una revisión del contenido programático de los espacios académicos seleccionados en el punto anterior, con el fin de establecer definitivamente cuáles de ellos van a estar vinculados al laboratorio de hidráulica de la Sede Ciudadela Universitaria El Porvenir.

5.2 Fase II estructuración académica del laboratorio

A partir de los resultados obtenidos en la etapa de evaluación de información recopilada, se estructuró una matriz de relación entre las prácticas de laboratorio que se pueden realizar, los espacios académicos y sus contenidos programáticos.

Una vez definida la matriz, se plantean las posibles formas de vinculación del laboratorio de hidráulica, a partir de la identificación de prácticas de laboratorio y los tiempos definidos para cada una de estas.

5.3 Fase III diseño

Una vez se cuenta con la estructura académica de funcionamiento del laboratorio de hidráulica y teniendo los resultados de las fases precedentes a esta, se diseña el esquema de funcionamiento del mismo y se incluye dentro del “Manual de operación y funcionamiento del laboratorio de hidráulica, sede Ciudadela Universitaria El Porvenir”. Adicionalmente, se presenta, “Traducción del Manual del banco hidrodinámico P6100, de Cussons Technology”, el cual se obtuvo a partir de la traducción de los manuales del equipo.

de 53

6 RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS

6.1 Fase I antecedentes y contextualización Los resultados de la fase de antecedentes y contextualización se presentan a continuación, por etapas: 6.1.1 Recopilación de información y referentes La etapa de recolección de información y referentes se encuentra dividida en tres aspectos, requerimientos normativos, manuales de funcionamiento de equipos y contexto de laboratorios a nivel local, nacional e internacional, los resultados de estos se presentan en los numerales 6.1.1.1, 6.1.1.2, y 6.1.1.3. 6.1.1.1 Requerimientos normativos Según Acuerdo 004 de 1996 estatuto académico emitido por (CSU) “los laboratorios están adscritos a las facultades y corresponde al decano expedir la reglamentación respectiva”, teniendo en cuenta esto, se identifica que la facultad FAMARENA y la sede Ciudadela Universitaria El Porvenir, no cuentan con una metodología definida de estructuración e incorporación de los laboratorios. Por este motivo se contemplan como elementos guías para el acondicionamiento a futuro del laboratorio de hidráulica, referentes normativos vigentes relacionados con acreditación de laboratorios a nivel nacional e internacional. En la Figura 6. 1, se relaciona la normatividad guía a nivel nacional para los laboratorios que desean certificarse:

Figura 6. 1. Normatividad Nacional, acreditación de laboratorios.

Fuente. Autores.

Resolución 0176 de 2003

•"Por la cual se derogan las resoluciones 0059 de 2000 y 0079 de 2002 y se establece el nuevo procedimiento de acreditación de laboratorios ambientales en Colombia".


•Por la cual se adiciona la Resolución 0176 de 2003.


•Por lo cual se modifica la Resolución 0176 de 2003.

IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología

y Estudios Ambientales)


y Estudios

Ambientales)


y Estudios

Ambientales)

de 53

En la Figura 6. 2, se presenta el resumen de normas internacionales aplicables, a las cuales puede acogerse una entidad para mejor sus procesos y certificarse para la prestación de servicios:

Figura 6. 2. Normatividad Internacional, acreditación de laboratorios.

Fuente. Autores.

6.1.1.2 Manuales de funcionamiento de equipos El manual de funcionamiento consultado, corresponde al equipo Banco Hidráulico P6100 de Cussons Technology, ya que es el único equipo que a la fecha ha sido adquirido por la institución para el laboratorio de Hidráulica. El manual está orientado a realizar una descripción del equipo, de sus accesorios y el equipo experimental adicional. Se encuentra dividido por partes según la totalidad de accesorios, en cada una de ellas se expone la descripción, el principio teórico y los ensayos y experimentos posibles. La parte 1 se enfoca en la descripción general del equipo banco hidráulico P6100 y sus accesorios. La parte 2 establece las pruebas de bombas. La parte 3 el flujo en tuberías y accesorios, la parte 4 orificios de flujo, la parte 6 medición de flujo, la parte 9 Impacto de chorros, la parte 10 calibración de los medidores de presión, la parte 11 altura metacéntrica de los cuerpos flotantes y la parte 12 centro de presión. Las partes 5, 7, 8, 13, 14 y 15, no se encuentran disponibles debido a que hacen referencia a accesorios no adquiridos por la Universidad. 6.1.1.3 Contexto de laboratorios a nivel local, nacional e internacional Se realizó la revisión de bibliografía de Universidades que cuentan con laboratorios certificados que prestan servicios adicionales al de formación académica, así mismo se indagó acerca de las Universidad que poseen laboratorios de hidráulica o relacionados con la mecánica de fluidos a nivel

NTC

-ISO

90

01

DEL

20

15

"Se establecen los requisitos

para los sistemas de gestión de calidad". N

TC-I

SO 1

90

11 "Directrices

para la auditoria de

los sistemas de gestión de la

calidad Ambiental". N

TC-I

SO 1

00

12

"Sistemas de gestión de la

medición. Requisitos

para los procesos de medición y los equipos

de medición".

ON

AC

-ISO

/IEC

17

01

1

"Evaluación de la

Conformidad Requisitos

generales para los organismos

de acreditación

que realizan la acreditación

de organismos de evaluación

de la conformidad

de laboratorios"

NTC

-ISO

/IEC

17

02

5

"Requisitos generales para la competencia

de los laboratorios de

ensayo y calibración".

de 53

distrital, nacional e internacional y se exponen los escenarios de estado actual de los mismos, esto se encuentra desplegado en el marco de referencia numeral 4.1.1.

6.1.2 Evaluación de la información recopilada

Los resultados de esta etapa se presentan a continuación. 6.1.2.1 Requerimientos para conformación del laboratorio Teniendo en cuenta los resultados presentados en el numeral 6.1.1.1, no se puede establecer una relación de ajuste del laboratorio con los requerimientos de la Universidad y normatividad legal vigente, debido a que no se cuenta especificaciones claras y definidas en ningún documento. 6.1.2.2 Lista de ensayos del laboratorio de hidráulica Como punto inicial, se determinaron 7 temas de clasificación, los cuales involucran las principales áreas de estudio en la mecánica de fluidos y la hidráulica. Estos son: Propiedades de los fluidos, estática de fluidos, medición de caudal, impacto de chorros, dinámica de fluidos, golpe de ariete y bombas centrifugas. En general se estableció que, el equipo Banco hidrodinámico P6100, con los accesorios adquiridos y su equipo complementario Banco hidrostático P6242, ofrece un total de 25 pruebas o ensayos de laboratorio, que se distribuyen en 43 experimentos. En Tabla 6. 1, se presenta el listado de ensayos y experimentos, ubicados estratégicamente dentro de cada uno de los temas de clasificación establecidos. A partir de dicha tabla se elaboró la Figura 6. 3 en la cual se determina que del total de las prácticas que se pueden realizar (25), el 20% se encuentran ubicadas en el tema propiedades de los fluidos, el 28% están relacionadas con el tema de la estática de fluidos, el 24% de las practicas se vinculan al tema medición de caudal, mientras que el 16% se asocian al estudio de la dinámica de fluidos, el 12% restante distribuido en porcentajes del 4% se encuentran articuladas con los temas golpe de ariete, impacto de chorros y bombas centrifugas.

Figura 6. 3. Distribución porcentual de las prácticas de laboratorio por tema.

Fuente. Autores.

de 53

Tabla 6. 1. Prácticas de laboratorio

Clasificación Accesorio

Prueba o ensayo Descripción Experimento Objetivo del experimento Ref. Nombre

Propiedades De Fluidos

P6242 Banco

hidrostático

La densidad y densidad relativa

Se compone de tres experimentos para determinar la gravedad específica de los líquidos.

Botella de gravedad específica Determinar la densidad del agua.

Tubo de Hares (tubo liebre) Determinar la densidad relativa del agua

respecto a otro fluido.

Hidrómetro Determinar la densidad relativa de un

líquido.

Viscosidad

Se compone de dos experimentos para identificar el movimiento de deslizamiento relativo o esfuerzo

cortante entre las capaz adyacentes.

Viscosímetro capilar

Determinar el valor de la viscosidad cinemática de un líquido.

Caída de Esfera viscosímetro

Capilaridad Se compone de dos experimentos

para identificar el fenómeno de capilaridad del agua.

Orificio tubos cilíndricos

Medir el ascenso del agua en los tubos por encima del nivel superficial del agua.

Placas de vidrio paralelas

Tensión superficial

Se compone de dos experimentos para identificar las fuerzas de atracción que existen entre las

moléculas de un líquido y medir esta fuerza por unidad de longitud.

Placa de Wilhelmy Determinar la superficie de equilibrio o la

tensión interfacial en una interfaz aire-líquido o líquido-líquido

Du Nouy Ring Determinar la fuerza máxima interfacial o

tensión superficial de un líquido.

P6243 Barómetro Presión

atmosférica

Se compone de un experimento para determinar la presión

atmosférica Barómetro aneroide

Determinar la presión atmosférica en hekto-pascal (hPa), milímetros Hg (mmHg)

de 53



Estática De Fluidos

P6242 Banco

hidrostático

Demostración del principio de Arquímedes

Se compone de un experimento para la determinación del principio

de Arquímedes


Determinar que la aparente pérdida de peso de un cuerpo total o parcialmente

sumergido en un líquido, es igual al peso del líquido desplazado.

Efecto de la presión del fluido en el cambio de

nivel.

Se proporcionan tres experimentos para determinar los efectos de la presión del fluido, la

medición de los cambios en el nivel del fluido y la presión.

Nivel del líquido de Pascal Demostrar que la presión del líquido está en función de la profundidad y no la forma del

recipiente.

Mirilla con gancho calibrador Vernier

Determinar los cambios en el nivel del fluido

Manómetro Determinar la presión de los fluidos.

Bramah, prensa hidráulica

Se compone de un experimento para identificar el principio de la

prensa hidráulica Bramah, prensa hidráulica

Demostrar transmisibilidad de la presión del fluido, identificar cómo obtener ventaja

mecánica, usando cilindros interconectados de diferentes diámetros.

P6237 Aparatos de

centro de presión

Centro de presión

Se compone de un experimento para identificar la presión sobre superficies sumergidas y centro

de presión.

Centro de presión Determinar la presión que actúa sobre una

superficie sumergida y la posición del centro de presión.

P6236 Flotación con

cascos

Características de flotación con diferentes secciones de cascos

Se compone de un experimento para identificar las características

de flotaciones para diferentes tipos de cascos.

Características de flotación con diferentes secciones de

cascos

Determinar las características de flotación de las diferentes secciones de cascos, bajo

diversas condiciones de carga.

P6235 Características de flotación en

buques

Aparato de altura metacéntrica

Se compone de tres experimentos para determinar la posición de la

altura metacéntrica y las características de carga y

descarga flotación

Características de flotación para el pontón descargado

Determinar la posición de la altura metacéntrica y las características de carga

y descarga flotación

características de flotación para el pontón cargado

Efecto de las características de flotación, alteración del centro de gravedad del pontón, con carga total.

P6234 Calibración de indicadores de

presión

Calibración de la presión

Se compone de un experimento para calibrar el manómetro del

banco de hidráulica. calibración de la presión

Calibrar el tubo de tipo Bourdon y determinar los errores de medición de

presión realizando curvas de calibración del equipo.

de 53



Medición De Caudal

P6108 Rotámetro Rotámetro

Se compone de un experimento para la medición de caudal volumétrico empleando un

rotámetro.

Experimento Medición del caudal con un Rotámetro

Investigar la medición del caudal volumétrico utilizando un rotámetro y obtener una calibración del medidor.

P6227 Medidor Venturi medidor Venturi Se compone de un experimento

para la medición de caudal empleando un medidor Venturi

Experimento Medición de flujo usando un medidor Venturi

Investigar la medición de la tasa de flujo volumétrico con un medidor Venturi.

P6228 Placas |de

orificio placa de orificio

Se compone de un experimento para la medición de caudal, empleando placas de orificio

Experimento Medición de flujo utilizando una placa de orificio

Investigar la medición del caudal volumétrico utilizando placas de orificio.

P6229 Caudalimentro

de turbina caudalímetro de turbina

Se compone de un experimento para la medición de caudal con

turbina

Experimento Medición de flujo usando un medidor de turbina

Investigar la medición del caudal volumétrico utilizando un medidor de

turbina.

P6230 Tubo pitot estático

tubo pitot estático Se compone de un experimento

para la medición de caudal empleando un tubo pitot

Experimento Medición de flujo usando un tubo pitot estático

Investigar la medición de la tasa de flujo volumétrico usando un tubo pitot-estático.

P6239 Equipo de

medición de flujo Equipo de medición de

flujo del agua

Se compone de un experimento para la comparación en la

medición de flujo al paso de diferentes dispositivos

(Incorporados en P6239).

Experimento medición flujo del agua

Realizar una comparación de la medición del flujo al paso de los siguientes

dispositivos:

-Medición del flujo mediante una ampliación repentina.

-Medición de flujo con un medidor Venturi. -Medición de flujo usando una placa de

orificio. -Medición de flujo usando un codo.

-Medición de flujo usando un rotámetro.

Impacto De Chorros

P6233 Impacto de

chorros Impacto de los chorros

de agua

Se compone de un experimento para la determinación de la

velocidad y fuerza de impacto de chorros.

Experimento de impacto de chorro de agua

Investigar la fuerza de reacción producida por el impacto de un chorro de agua en

varias paletas de destino.

de 53



Dinámica De Fluidos

P6220 Flujo laminar y turbulento en

tubos

Flujo laminar y turbulento en tuberías

Se compone de un experimento con el cual se busca observar:

flujo laminar y flujo turbulento en tuberías.

Experimento de Flujo laminar y turbulento.

Demostrar los regímenes de flujo laminar y turbulento de un líquido en tuberías y determinar los números críticos más bajos y superiores de Reynolds.

P6248 Osborne Reynolds

aparato de Osborne Reynolds

Se compone de un experimento el cual permite demostrar

visualmente la transición de flujo laminar a turbulento a una

velocidad particular

Experimento Osborne Reynolds

Demostrar la diferencia entre flujo laminar y turbulento

P6221 Perdidas en

tubería y accesorios

Perdidas en tuberías y accesorios

Se compone de tres experimentos para determinar las pérdidas en tuberías y pérdidas dadas por

accesorios.

Experimento de Pérdidas por fricción en tuberías.

Investigar la pérdida de presión debido a la fricción en una tubería, y comparar la

relación entre el factor de fricción y número de Reynolds con

datos empíricos.

Experimento de Pérdidas de fricción en curvas y codos.

Investigar la pérdida de carga debido a la fricción a través de las curvas y los codos.

Experimento de Caída de presión a través de las válvulas.

Investigar la caída de presión a través de las válvulas y las características de flujo de

las válvulas.

P6222

Perdidas en contracciones, expansiones,

entradas y salidas

Perdidas en contracción, expansión,

entradas y salidas

Se compone de dos experimentos para determinar las pérdidas de carga dadas por contracciones,

expansiones, entradas y salidas.

Experimento pérdidas de cabeza en las ampliaciones y contracciones

Investigar la pérdida de carga debido a la fricción en las ampliaciones y contracciones

en una tubería.

Experimento pérdida en las entradas y salidas de tuberías

Investigar la pérdida de carga debido a la fricción en la entrada y salida de las

tuberías.

de 53



Golpe De Ariete P6515 Montaje completo para análisis del golpe de ariete

Oscilación de presión y Golpe de ariete

Se compone de cuatro experimentos para analizar los

efectos del golpe de ariete

Entrada de alta presión del martillo de tubo

Investigar las oscilaciones de presión en la tubería, con ayuda del software picoscopio para determinar velocidad del sonido en el

agua.

El martillo del tubo caudal cero

Examinar el trazado formado en el software picoscopio y determinar cómo se ha

formado esa onda de presión.

La tasa de cierre de la válvula

analizar la tasa de cierre de la válvula, verificando los rastros de presión en el

software picoscopio

El Experimento de bombeo Calcular el período de tiempo y la altura de

la oleada esperada y compararla con la teoría.

Bombas Centrifugas

P6100-01 Banco hidráulico

Banco hidráulico con pruebas de bomba de velocidad variable en bombas centrífugas

Se compone de cuatro experimentos para ensayos con

bombas.

Características de la bomba centrifuga

Determinar las características totales de descarga de cabeza, potencia hidráulica y

eficiencia de una bomba centrífuga a velocidad constante.

Cavitación en bombas centrifugas

Estudiar la formación de la cavitación y el efecto de la cavitación sobre el rendimiento

de una bomba centrífuga.

Características de bombas en serie

Determinar las características totales de descarga de la cabeza de dos bombas

centrífugas idénticas que funcionan en serie y comparar con los resultados de una

bomba individual.

Características de dos bombas en paralelo

Determinar las características totales de descarga de la cabeza de dos bombas centrífugas idénticas que funcionan en

paralelo y comparar con los resultados de una bomba individual.

Fuente. Autores.

de 53

6.1.2.3 Preselección de espacios académicos de vinculación al laboratorio de Hidráulica Se realizó la consulta de los planes de estudio de los proyectos curriculares, Ingeniería Sanitaria, Tecnología en Saneamiento Ambiental y Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos, a partir de una observación cualitativa a estos se seleccionaron los espacios académicos para cada carrera, los cuales se presentan y resaltan en rojo en las Tabla 6. 2, Tabla 6. 3 y Tabla 6. 4. respectivamente.

Tabla 6. 2. Espacios académicos seleccionados del pensum de Ingeniería Sanitaria

Fuente. Adaptado (Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, s.f.)

Tabla 6. 3. Espacios académicos seleccionados del pensum de Tecnología en Saneamiento Ambiental.

Fuente. Adaptado (Universidad Distrital Francisco Jose De Caldas, s.f.)

SEMESTRE 1 2 3 4 5 6 7 8 9

BIOLOGIA GENERALFUNDAMENTOS DE

ECOLOGIAMICROBIOLOGIA FISICOQUIMICA BIOTECNOLOGIA QUIMICA SANITARIA

PROCESOS

UNITARIOS I

PROCESOS

UNTARIOS II

FUNDAMENTOS DE

QUIMICAQUIMICA ORGANICA BIOQUIMICA

MECANICA DE

FLUIDOSHIDRAULICA ACUEDUCTOS ALCANTARILLADOS

PLATAS DE AGUA

POTABLE

ALGEBRA LINEALCALCULO

DIFERENCIALCALCULO INTEGRAL

ECUACIONES

DIFERENCIALESHIDROLOGIA

EMISIONES

ATMOSFERICASCALIDAD DEL AIRE

MODELACION

SANITARIA

PRODUCCION Y

COMPRENSION DE DIBUJO TECNICO

FISICA

ONDULATORIA

CATEDRA DE

CONTEXTO

METODOLOGIA DE

LA INVESTIGACIONRESIDUOS SOLIDOS

TRATAMIENTO Y

DISPOSICION DE

PLANTAS DE AGUA

RESIDUAL

FISICA MECANICATOPOGRAFIA Y

CARTOGRAFIAESTADISTICA ECOLOGIA HUMANA

ELECTIVA

INTRINSECA

ELECTIVA

INTRINSECA

PRESUPUESTO Y

CONTRATACION

CATEDRA

FRANCISCO JOSE

SOCIEDAD Y

AMBIENTE

CATEDRA DE

DEMOCRACIA Y

ORGANIZACIÓN

COMUNITARIA

ELECTIVA

INTRINSECAPOLITICA SANITARIA

FORMULACION Y

EVALUACION DE

SEGUNDA LENGUA ISEGUNDA LENGUA

II

SEGUNDA LENGUA

III

ELECTIVA

INTRINSECA

ELECTIVA

EXTRINSECA

ELECTIVA

EXTRINSECA

ELECTIVA

INTRINSECA

ELECTIVA

EXTRINSECA

ELECTIVA

INSTRINSECA

INTRODUCCION ING

SANITARIA

ZOONOSIS Y

EPIDEMIOLOGIA

ADMINISTRACION

MUNICIPAL

ASANEAMIENTO

URBANO Y RURALSALUD PUBLICA

SALIDA INTEGRAL

DE ING SANITARIA

COMPONENTE BASICO COMPONENTE BASICO PROFESIONAL COMPONENTE PROFESIONAL

ESPACIOS

ACADEMICOS

OPCION DE GRADO

SEMESTRE 1 2 3 4 5 6

CÁLCULO DIFERENCIAL SEGUNDA LENGUA I SEGUNDA LENGUA ELECTIVA INTRINSECA SEGUNDA LENGUA III ELECTIVA EXTRINSECA

FÍSICA I: MECÁNICA

NEWTONIANACÁLCULO INTEGRAL CÁTEDRA DE CONTEXTO ZOONOSIS ELECTIVA EXTRINSECA ELECTIVA INTRINSECA

CÁTEDRA FRANCISCO JOSÉ

DE CALDASESTADÍSTICA DESCRIPTIVA PRINCIPIOS DE ECONOMÍA

FUNDAMENTOS DE ACUEDUCTOS

Y ALCANTARILLADO

TRATAMIENTO DE AGUA PARA

CONSUMOELECTIVA INTRINSECA

CÁTEDRA DEMOCRACIA Y

CIUDADANÍAFUNDAMENTOS DE ECOLOGÍA

METODOLOGÍA DE LA

INVESTIGACIÓNEPIDEMIOLOGÍA MANEJO RESIDUOS LÍQUIDOS

SANEAMIENTO URBANO Y

RURAL

PRODUCCIÓN Y

COMPRENSIÓN DE TEXTOSTOPOGRAFÍA Y CARTOGRAFÍA HIDRÁULICA ORGANIZACIÓN COMUNITARIA EMISIONES ATMOSFÉRICAS

SALUD OCUPACIONAL Y

SEGURIDAD

FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ADMINISTRACIÓN GENERAL MICROBIOLOGÍA RESIDUOS SÓLIDOS ADMINISTRACION MUNICIPALSALIDA INTEGRAL DE

SANEAMIENTO

ESPACIOS ACADEMICOS

de 53

Tabla 6. 4. Espacios académicos seleccionados del pensum de Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos.

Fuente. Adaptado (Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, s.f.)

Se estableció para el proyecto curricular de Ingeniería Sanitaria la posible aplicabilidad de seis espacios académicos (Mecánica de fluidos, hidráulica, hidrología, acueducto, alcantarillado y plantas de agua potable), para el espacio Tecnología en Saneamiento Ambiental y Servicios públicos dos espacios académicos (hidráulica y fundamentos de acueducto y alcantarillado) y para el proyecto curricular de Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos cuatro espacios académicos (Mecánica de fluidos, operación de plantas y estaciones de bombeo, servicios públicos de acueducto y alcantarillado e introducción a las cuencas hidrográficas). Para un total de 12 espacios académicos seleccionados. 6.1.2.4 Selección de espacios académicos de vinculación al laboratorio de Hidráulica En la Tabla 6. 5 se presentan los espacios académicos seleccionados, cuyas bases teóricas se encuentran directamente relacionados con las prácticas presentadas en la Tabla 6. 1 del numeral 6.1.2.2, que a la fecha oferta el laboratorio de hidráulica.

Tabla 6. 5 Espacios académicos que harán uso del laboratorio

Ingeniería Sanitaria Tecnología en Saneamiento

Ambiental Tecnología en Gestión Ambiental y

Servicios Públicos

Mecánica de fluidos Hidráulica Mecánica de fluidos Mecánica de

fluidos Operación de plantas y estaciones de bombeo

Fuente. Autores.

Se identifica que, de un total de 12 espacios académicos preseleccionados en los tres proyectos curriculares evaluados, solo cinco (5) de ellos contemplan bases teóricas considerables con la mecánica de fluidos y la hidráulica, y contenidos programáticos acordes a los experimentos que a la fecha puede ofrecer el laboratorio. Por esta razón, son los únicos que serán tenidos en cuenta como punto de partida para el funcionamiento del laboratorio de hidráulica.


CÁLCULO DIFERENCIAL ELECTIVA EXTRÍNSECA I ELECTIVA SEGUNDA LENGUA II TRABAJO DE GRADO

FÍSICA I: MECÁNICA CÁLCULO INTEGRALCATEDRA DEMOCRACIA Y

CIUDADANIAGESTION AMBIENTAL

GESTION DE PLAZAS

MATADEROS Y CAMPOS

ORGANIZACIÓN Y

PARTICIPACION


DE CALDASCATEDRA DE CONTEXTO

PRODUCCION Y

COMPRENSION DE TEXTOS

MANEJO INTEGRAL DE

RESIDUOS SOLIDOSPRESUPUESTO

INTRODUCCION A LAS

CUENCAS HIDROGRAFICAS

FUNDAMENTOS DE QUÍMICA MECANICA DE FLUIDOS ESTADISTICA DESCRIPTIVAFORMULACION Y EVALUACION

DE PROYECTOS AMBIENTALES

SERVICIO PUBLICO DE

ACUEDUCTO Y

GESTION COMERCIAL DE LOS

SERVICIOS PUBLICOS

BIOLOGIACARTOGRAFIA E

INTERPRETACION DE

MANEJO INTEGRAL DE

RESIDUOS LIQUIDOS

CONTABILIDAD Y ANALISIS

FINANCIEROSERVICIO PUBLICO DE GAS

SERVICIO DE

TELECOMUNICACIONES

ECOLOGIA CALIDAD DEL AGUAADMINISTRACION MUNICIPAL

Y DESARROLLO LOCAL

OPERACIÓN DE PLANTAS Y

ESTACIONES DE BOMBEO

SERVICIO PUBLICO DE

ENERGIA ELECTRICAELECTIVA INTRINSECA

INTRODUCCIÓN A LA

ADMINISTRACIÓN AMBIENTALECONOMIA

ADMINISTRACION DE

EMPRESAS DE SERVICIOS ENERGIAS RENOVABLES

SEMINARIO PROYECTO DE

GRADOSEGUNDA LENGUA III

ESPACIOS ACADEMICOS


CÁLCULO DIFERENCIAL ELECTIVA EXTRÍNSECA I ELECTIVA SEGUNDA LENGUA II TRABAJO DE GRADO

FÍSICA I: MECÁNICA CÁLCULO INTEGRALCATEDRA DEMOCRACIA Y

CIUDADANIAGESTION AMBIENTAL

GESTION DE PLAZAS

MATADEROS Y CAMPOS

ORGANIZACIÓN Y

PARTICIPACION


DE CALDASCATEDRA DE CONTEXTO

PRODUCCION Y

COMPRENSION DE TEXTOS

MANEJO INTEGRAL DE

RESIDUOS SOLIDOSPRESUPUESTO

INTRODUCCION A LAS

CUENCAS HIDROGRAFICAS

FUNDAMENTOS DE QUÍMICA MECANICA DE FLUIDOS ESTADISTICA DESCRIPTIVAFORMULACION Y EVALUACION

DE PROYECTOS AMBIENTALES

SERVICIO PUBLICO DE

ACUEDUCTO Y

GESTION COMERCIAL DE LOS

SERVICIOS PUBLICOS

BIOLOGIACARTOGRAFIA E

INTERPRETACION DE

MANEJO INTEGRAL DE

RESIDUOS LIQUIDOS

CONTABILIDAD Y ANALISIS

FINANCIEROSERVICIO PUBLICO DE GAS

SERVICIO DE

TELECOMUNICACIONES

ECOLOGIA CALIDAD DEL AGUAADMINISTRACION MUNICIPAL

Y DESARROLLO LOCAL

OPERACIÓN DE PLANTAS Y

ESTACIONES DE BOMBEO

SERVICIO PUBLICO DE

ENERGIA ELECTRICAELECTIVA INTRINSECA

INTRODUCCIÓN A LA

ADMINISTRACIÓN AMBIENTALECONOMIA

ADMINISTRACION DE

EMPRESAS DE SERVICIOS ENERGIAS RENOVABLES

SEMINARIO PROYECTO DE

GRADOSEGUNDA LENGUA III

ESPACIOS ACADEMICOS

de 53

6.2 Fase II estructuración académica del laboratorio. Los resultados obtenidos en esta fase, se presentan a continuación.

6.2.1 Distribución de laboratorios por espacio académico.

Con los resultados obtenidos en el numeral 6.1.2.2 Lista de ensayos del laboratorio de hidráulica y 6.1.2.4 Selección de espacios académicos de vinculación al laboratorio de Hidráulica, se procede a realizar una tabla de distribución de prácticas de laboratorio con cada asignatura, relacionando los temas de sus contenidos programáticos con el listado de prácticas y experimentos. En la Tabla 6. 6 se encuentran indicadas con una X, las prácticas de laboratorio que pueden ser desarrolladas para cada espacio académico. El montaje de los equipos y las guías de desarrollo de cada una de las prácticas se encuentra descritas en el Anexo 1. Traducción del manual del banco hidrodinámico p6100 de Cussons Technology.

Tabla 6. 6. Relación prácticas de laboratorio con espacios académicos.

TGA TSA IS

Cla

sifi

caci

ón

Ref

eren

cia

Accesorio Prueba o ensayo Experimento Tiempo

(hrs)

Mec

ánic

a d

e

flu

ido

s

Op

erac

ión

de

pla

nta

s

y es

taci

on

es d

e

bo

mb

eo

Hid

ráu

lica

Mec

ánic

a d

e

flu

ido

s

Hid

ráu

lica

Pro

pie

dad

es D

e F

luid

os

P62

42

Banco hidrostático

La densidad y densidad relativa

Botella de gravedad específica

1 X X X Tubo de Hares (tubo liebre)

Hidrómetro

Viscosidad

Viscosímetro capilar

1 X X X Caída de Esfera viscosímetro

Capilaridad

Orificio tubos cilíndricos

1 X X X Placas de vidrio paralelas

Tensión superficial Placa de Wilhelmy

1 X X X Du Nouy Ring

P62

43

Barómetro Presión atmosférica Barómetro aneroide 0.5

Est

átic

a D

e F

luid

os

P62

42

Banco hidrostático


principio de Arquímedes 1 X X X

Efecto de la presión del fluido en el

cambio de nivel.

Nivel del líquido de Pascal

1 X X X Mirilla con gancho calibrador Vernier

de 53

TGA TSA IS

Cla

sifi

caci

ón

Ref

eren

cia


(hrs)

Mec

ánic

a d

e

flu

ido

s

Op

erac

ión

de

pla

nta

s

y es

taci

on

es d

e

bo

mb

eo

Hid

ráu

lica

Mec

ánic

a d

e

flu

ido

s

Hid

ráu

lica

Manómetro

Bramah la prensa hidráulica

Bramah la prensa hidráulica

X X X

P62

37 Aparatos de

centro de presión

Centro de presión Centro de presión 1 X X X

P62

36

Flotación con cascos

Características de flotación con

diferentes secciones de

cascos

Características de flotación con diferentes secciones de cascos

1 X X

P62

35 Características

de flotación en buques

Aparato de altura metacéntrica

Características de flotación para el pontón descargado

1

X

Características de flotación para el pontón cargado

Características de flotación, alteración del centro de gravedad del pontón, con carga total dada.

P62

34 Calibración de

indicadores de presión

Calibración de la presión

Calibración de la presión 1 X

Med

ició

n D

e C

aud

al

P61

08

Rotámetro Rotámetro Experimento Medición del caudal con un Rotámetro

2

X

X X

P62

27

Medidor Venturi Medidor Venturi Experimento Medición de flujo usando un medidor Venturi

X X X

P62

28

Placas de orificio

Placa de orificio Experimento Medición de flujo utilizando una placa de orificio

X X X

P62

29

Caudalimentro de turbina

Caudalimetro de turbina

Experimento Medición de flujo usando un medidor de turbina

X X X

P62

30

Tubo pitot estático

Tubo Pitot estático Experimento Medición de flujo usando un tubo Pitot estático

X X X

P62

39 Equipo de

medición de flujo

Equipo de medición de flujo del agua

Experimento medición flujo del agua

1 X X X

de 53

TGA TSA IS

Cla

sifi

caci

ón

Ref

eren

cia


(hrs)

Mec

ánic

a d

e

flu

ido

s

Op

erac

ión

de

pla

nta

s

y es

taci

on

es d

e

bo

mb

eo

Hid

ráu

lica

Mec

ánic

a d

e

flu

ido

s

Hid

ráu

lica

Imp

acto

De

Ch

orr

os

P62

33

Impacto de chorros

Impacto de los chorros de agua

Experimento de impacto de chorro de agua

1 X

Din

ámic

a D

e F

luid

os

P62

20 Flujo laminar y

turbulento en tubos

Flujo laminar y turbulento en

tuberías

Experimento de Flujo laminar y turbulento.

1

X X X X

P62

48

Osborne Reynolds

aparato de Osborne Reynolds

Experimento Osborne Reynolds

X X X X

P62

21 Perdidas en

tubería y accesorios

Perdidas en tuberías y accesorios

Pérdidas por fricción en tuberías.

1

X X X Pérdidas de fricción en curvas y codos.

1

Caída de presión a través de las válvulas.

1

P62

22

Perdidas en contracciones, expansiones,

entradas y salidas

Perdidas en contracción, expansión,

entradas y salidas

pérdidas de cabeza en ampliaciones y contracciones 1 X X X

pérdida en entradas y salidas de tuberías

Go

lpe

De

Ari

ete

P65

15 Montaje

completo para análisis del

golpe de ariete

Oscilación de presión y Golpe de

ariete

Entrada de alta presión del martillo de tubo

2 X X

El martillo del tubo caudal cero

La tasa de cierre de la válvula

El Experimento de bombeo

Bo

mb

as C

entr

ifu

gas

P61

00-0

1

Banco hidráulico

Banco hidráulico con pruebas de

bomba de velocidad variable

en bombas centrífugas

Características de la bomba centrifuga

2 X X

Cavitación en bombas centrifugas

Características de bombas en serie

Características de dos bombas en paralelo

*Donde TSA= Tecnología en Saneamiento Ambiental, TGA= Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos y IS= Ingeniería Sanitaria.

de 53

A continuación, se presenta gráficamente, la cantidad de prácticas de laboratorio y numero de experimentos que puede realizar cada espacio académico. (Ver Figura 6. 4).

Figura 6. 4. Relación de número de prácticas de laboratorio que se pueden realizar por espacio académico con los Bancos Hidrodinámicos P6100.

* Donde MFTGA= Mecánica de fluidos de Tecnología en Gestión Ambiental, OPETGA= Operación de Plantas y Estaciones de Bombeo de Tecnología en Gestión Ambiental, HTSA= Hidráulica de Tecnología en Saneamiento Ambiental, MFIS=Mecánica de Fluidos de Ingeniería Sanitaria y HIS= Hidráulica de Ingeniería Sanitaria.

Fuente. Autores.

Según correlación con aspectos del contenido programático de cada espacio académico se identifica que del total de 25 prácticas que pueden realizarse con el banco hidrodinámico equivalentes a 43 experimentos, el proyecto curricular de Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos, puede ejecutar 17 prácticas (24 experimentos) para Mecánica de Fluidos, y 6 prácticas (15 experimentos ), para Operación de Plantas y Estaciones de Bombeo; 18 prácticas (28 experimentos) para Hidráulica de Tecnología en Saneamiento Ambiental; 19 prácticas (31 experimentos) para Mecánica de Fluidos y 5 practicas (11 experimentos) para Hidráulica de Ingeniería Sanitaria. Es importante aclarar, que el espacio académico de Hidráulica de Ingeniería Sanitaria, puede incorporar más pruebas de laboratorio que las asignadas, sin embargo, estas no fueron contempladas, debido a que los temas ya se encuentran incluidos en el espacio académico de Mecánica de Fluidos, el cual es prerrequisito de este. Se pretende realizar ampliación de la gama de laboratorios que se pueden llevar acabo, con la adquisición de otros equipos para el laboratorio de Hidráulica como el molinete y el canal de flujo libre. Como se evidencia en la Tabla 6. 6, se pueden desarrollar varias prácticas en una misma franja horaria, las horas de cada una de las practicas fueron establecidas según experiencia del docente Jorge Alberto Valero Fandiño en el desarrollo de prácticas de este tipo, no se establecieron los tiempos a partir de la realización de ensayos, debido a que los equipos no se encuentran montados para su funcionamiento.

de 53

Con base en referentes teóricos y especificaciones técnicas establecidas en el proceso licitatorio del Canal hidráulico, se proponen las posibles prácticas de laboratorio que se pueden realizar con este. Ver Tabla 6. 7.

Tabla 6. 7. Posibles pruebas de laboratorio con Canal Hidráulico.

Clasificación Ref. Accesorio Prueba o ensayo

Descripción Experimento Tiempo

(hrs)

Hidráulica De Canales Abiertos

Can

al d

el la

bora

torio

Variable Speed Pump

Tests on

Canal de laboratorio y

molinete

Se compone de un experimento en donde se busca halla el caudal de agua mediante la medición de

velocidad con molinete.

Aforo con molinete en el

canal del laboratorio

1

Centrifugal Pumps

Conservación de energía

Se compone de un experimento donde se observara los efectos que tiene en materia de energía frente a los obstáculos que se puedan presentar en el canal.

Conservación de energía

2

Sin ref. por licitación

Transición del flujo subcrítico

Se compone de un experimento en donde se buscara conocer analizar el comportamiento del

fluido ante una transición.

Transición del flujo subcrítico

2


Resalto hidráulico

Se compone de un experimento para analizar los fenómenos tras

un resalto hidráulico.

Resalto hidráulico

2


Flujo uniforme y flujo

gradualmente variado

Se compone de un experimento para analizar las condiciones de un flujo uniforme y gradualmente

variado.

Flujo uniforme y flujo

gradualmente variado

2


Descarga con salto de ky

Se compone de un experimento en donde se busca observar la

disipación de energía cinética con salto de sky.

Descarga con salto de sky

2


Estructuras de medición y

control

Se compone de un experimento donde se busca analizar las

estructuras como compuertas y vertederos.

Estructuras de medición y

control 2


Canaleta Parshall

Se compone de un experimento donde se busca conocer las

generalidades, partes y usos de la canaleta Parshall

Canaleta Parshall 2

Fuente. Procesamiento (Suárez, 2012)

de 53

6.2.2 Horarios de los espacios académicos

Se identificó que los espacios académicos seleccionados en el numeral 6.1.2.4, se desarrollan en diferente intensidad horaria, encontrando que la asignatura Mecánica de Fluidos de Ingeniería Sanitaria cuenta con 6 horas semanales, mientras que el resto de asignaturas se rigen bajo el factor común de 4 horas semanales. De igual forma sucede con la cantidad de cursos por asignatura, evidenciando que existe un espacio académico que abre más de un curso para el desarrollo de la asignatura, siendo este, Hidráulica del proyecto curricular Tecnología en Saneamiento Ambiental. En la Tabla 6.8 se presenta la distribución de horas, cursos y cantidad de estudiantes que usualmente inscriben estos espacios académicos. Dicha información fue brindada por las oficinas de los proyectos curriculares en el periodo 2017-II. Tabla 6.8 Horario, cursos y cantidad de estudiantes para los espacios académicos que harán uso del

laboratorio de hidráulica.

Proyecto curricular Código Materia Cursos Horarios No.

Estudiantes Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes

Ingeniería Sanitaria 11803 Mecánica de Fluidos 101 16-18 16-18 16-18 42

2506 Hidráulica 101 12 -14 14 - 16 35

Tecnología en Saneamiento

Ambiental 2506 Hidráulica

521 14 -16 14 - 16 26

522 16-20 32

Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios

Públicos 2317 Mecánica de Fluidos 482 14-18 32

Fuente. Procesamiento información Oficinas Proyectos curriculares U.D.

De acuerdo al acta de reunión del macro proceso: Direccionamiento Estratégico. Gestión Integrada del 2014, se manifiesta en la Tabla 4. 3 la capacidad máxima del laboratorio de hidráulica es de 20 estudiantes. Teniendo en cuenta que la cantidad promedio de estudiantes que generalmente inscribe estos espacios académicos supera dicha capacidad, es necesario distribuir los estudiantes inscritos en grupos de laboratorio, ya que no es posible atenderlos en un solo espacio. De acuerdo a lo anterior y con base en la Tabla 6.8, se realiza el cálculo de la cantidad de grupos que se deben abrir para el adecuado desarrollo de cada espacio académico en el laboratorio de hidráulica. Para la determinación de la cantidad de grupos se utilizó la siguiente expresión:

𝑪𝑮 =𝑬𝑰

𝑪𝑴𝑳

Ecuación 1

En donde

CG: cantidad de grupos EI: cantidad de estudiantes inscritos (personas) CML: capacidad máxima del laboratorio (personas)

de 53

Ingeniería Sanitaria

Mecánica de Fluidos

𝐶𝐺 =42

20 = 2,1 ≈ 2

Hidráulica

𝐶𝐺 =35

20 = 1,75 ≈ 2

Tecnología en Saneamiento Ambiental

Hidráulica Curso 521

𝐶𝐺 =26

20 = 1,3 ≈ 2

Hidráulica Curso 522

𝐶𝐺 =32

20 = 1,6 ≈ 2

Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos

Mecánica de fluidos

𝐶𝐺 =32

20 = 1,6 ≈ 2

Con base en los resultados obtenidos, ninguno de los espacios académicos vinculados al laboratorio pueden desarrollarse en un solo grupo, por esta razón se recomienda distribuir los estudiantes equitativamente en dos grupos para la realización de las prácticas.

6.2.3 Estructuración del funcionamiento del laboratorio de hidráulica

Para la estructuración del funcionamiento del laboratorio se plantearon 2 opciones de vinculación. La opción 1 consiste en la incorporación del laboratorio en el desarrollo de los espacios académicos existentes, con potestad del docente para seleccionar la cantidad de prácticas de laboratorios que desee realizar a lo largo del semestre. Ver Apéndice 1. Manual de operación y funcionamiento laboratorio de hidráulica sede Ciudadela Universitaria El Porvenir. Mientras la opción 2 consiste en la creación de un espacio académico que maneje su propio horario y número de créditos, ya que los tiempos establecidos de los espacios académicos actuales (Hidráulica, mecánica de fluidos, etc.), quedan limitados al abordaje teórico de los temas contemplados en el Syllabus.

de 53

6.2.3.1 Opción 1 vinculación del laboratorio a los espacios académicos actuales. Debido a que no hay forma de que los estudiantes puedan desarrollar prácticas de laboratorio en la misma semana con dicha disposición horaria, es necesario que estos sean divididos en dos grupos ver 6.2.2 . Es por eso que esta opción, busca que el docente pueda distribuir las horas del espacio académico equitativamente para los dos grupos, y de este modo que los estudiantes puedan recibir 2 horas teóricas y 2 horas prácticas, semanalmente. Tomando como base el funcionamiento de algunos espacios académicos teórico prácticos de la FAMARENA ver Tabla 4. 1.

Tabla 6. 9. Opción 1 vinculación del laboratorio en los espacios académicos.

Distribución de horas

Observación HDD HT

HP HRE

G1 G2

6 2 2 2 4 Brindar a cada grupo de laboratorio 4 horas semanales

(2 horas teóricas y 2 horas practicas)

Las horas teóricas serian desarrolladas en el aula de clase con todos los estudiantes inscritos en la asignatura, sin discriminación de grupos.

HDD Horas dictadas por el docente

HT Horas teóricas

HP Horas practicas

HRE Horas recibidas por el estudiante

Para el desarrollo de la opción 1 y la forma en que se sugiere la vinculación del laboratorio de hidráulica en cada espacio académico se encuentra descrita en el Apéndice 1. Manual de operación y funcionamiento laboratorio de hidráulica sede Ciudadela Universitaria El Porvenir. 6.2.3.2 Opción 2 creación de espacio académico Los espacios académicos en la actualidad cuentan con una disponibilidad horaria definida, sin embargo, se ha evidenciado que ésta es bastante reducida para el desarrollo de la totalidad de los temas previstos para el curso, por eso es necesario contemplar la apertura de un espacio académico que cuente con un horario independiente a los ya existentes, con el fin de no interferir en la intensidad horaria que estos manejan. Se sugiere que esta opción sea adoptada por el proyecto curricular de Ingeniería Sanitaria, puesto que los espacios académicos que actualmente maneja y la intensidad horaria en que se desarrollan, no se podría aplicar la opción 1 debido a que se reduciría el tiempo actual para abordar los temas y esto provocaría vacíos teóricos importantes, necesarios para el perfil profesional del Ingeniero Sanitario. 6.3 Fase III diseño En el Apéndice 1. Manual de operación y funcionamiento laboratorio de hidráulica sede Ciudadela Universitaria El Porvenir.se presenta la propuesta de funcionamiento y operación del laboratorio de Hidráulica el “Manual de operación y funcionamiento del laboratorio de hidráulica, sede Ciudadela Universitaria El porvenir”. Además, junto con este documento también se halla en el anexo 1 la traducción del manual del banco hidrodinámico P6100 de Cussons Technology.

de 53

7 CONLUSIONES

No se puede establecer una relación de ajuste del laboratorio con los requerimientos de la Universidad y normatividad legal vigente, debido a que no se cuenta con especificaciones claras y definidas en ninguno de los casos para este tema.

Se determina que los espacios académicos que emplearan el laboratorio de Hidráulica son: Mecánica de Fluidos e Hidráulica de Ingeniería Sanitaria, Mecánica de Fluidos y Operación de Plantas y Estaciones de Bombeo de Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos e Hidráulica de Tecnología en Saneamiento Ambiental.

El equipo banco hidrodinámico P6100 ofrece un total de 25 prácticas de laboratorio que equivalen a 43 experimentos, de los cuales se establece la aplicación de 17 prácticas de laboratorio para Mecánica de Fluidos, y 6 para Operación de Plantas y Estaciones de Bombeo del Proyecto curricular Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos.

Se identifican la posibilidad de efectuar 19 prácticas de laboratorios para Mecánica de Fluidos y 5 para Hidráulica, espacios académicos de Ingeniería Sanitaria.

Se propone la realización de 18 prácticas de laboratorio para el espacio académico Hidráulica y Mecánica de Fluidos del Proyecto Curricular Tecnología en Saneamiento Ambiental.

Atendiendo la capacidad del laboratorio es necesario que los cursos sean divididos en dos para el desarrollo de las prácticas de laboratorio.

Es importante la creación de un espacio académico (laboratorio de hidráulica) para el proyecto curricular Ingeniería Sanitaria, con el fin de garantizar que se complementen los temas teóricos con espacios prácticos, sin interferir en los tiempos necesarios para el desarrollo de los temas teóricos.

Se diseñó el “Manual de operación y funcionamiento del laboratorio de hidráulica, sede Ciudadela Universitaria El porvenir de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, año 2018”. Como propuesta para la vinculación del laboratorio de hidráulica en los proyectos curriculares Ingeniería Sanitaria, Tecnología en Saneamiento Ambiental y Tecnología en Gestión Ambiental y Servicios Públicos

Se elaboró la traducción del “Manual de prácticas de laboratorio banco hidrodinámico P6100, de Cussons Technology”. Dicho documento será básico para planificar la realización de las prácticas de laboratorio en las asignaturas, encontrando en éste, aspectos generales de los accesorios del equipo, principios teóricos y procedimiento experimental para las pruebas.

de 53

8 RECOMENDACIONES

Para aspectos prácticos se debe refinar los tiempos de laboratorio propuestos para la ejecución de las prácticas de laboratorio Hidráulica con equipo Banco Hidrodinámico P6100 de Cussons Technology.

Se debe generar por parte de la Sede Ciudadela Universitaria El Porvenir el reglamento de funcionamiento y operación de los Laboratorios adscritos a ella, ya que a la fecha tal reglamentación no existe.

Una vez adquiridos los equipos que se encuentran en proceso de licitación, se debe estudiar la incorporación de más espacios académicos y la redistribución de las prácticas que estos ofrecen para su vinculación con el laboratorio de Hidráulica.

de 53

BIBLIOGRAFÍA

Bolaños, F. A. (06 de 2012). Laboratorio de física mecánica de fluidos como herramienta pedagógica.

Recuperado el 20 de Agosto de 2017, de Ingeniería Solidaria. Caldas, U. D. (26 de Febrero de 1996). Consejo Superior Universitario. Obtenido de Estatuto

academico. Acuerdo 004: https://sgral.udistrital.edu.co/xdata/csu/acu_1996-004.pdf Coeuret, F. (1992). Introducción a la Ingeniería Electroquimica. Barcelona, España : Reverté S.A.

Recuperado el 26 de Junio de 2018 Cromer, A. (2006). Fisica, en la ciencia y en la industria. Barcelona, España: Reverte S.A. Recuperado

el 24 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=egCFOg6V2j0C&pg=PA228&dq=hidrodinamica+fisica&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjT3YGey_nbAhWyq1kKHcEGCkgQ6AEILTAB#v=onepage&q=hidrodinamica%20fisica&f=false

Cruz, J. J. (1996). Fundamentos sobre ahorro de energía. Yucatan, Mexico . Recuperado el 26 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=ewrmHThYQIUC&pg=SA3-PA1&dq=BOMBAS+CENTRIFUGAS&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwi_zOemzfnbAhWMmlkKHd65DDkQ6AEISzAG#v=onepage&q=BOMBAS%20CENTRIFUGAS&f=false

Gómez, M. M. (2006). Propuesta para la implementación del laboratorio de Mecanica de Suelos y Pavimentos al programa de Ingeniería Civil de la Universidad Tecnológica de Bolívar. Obtenido de Universidad Tecnológica de Bolívar : http://biblioteca.unitecnologica.edu.co/notas/tesis/0039464.pdf

Gustavo Perry Arquitectos. (01 de Noviembre de 2011). Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Sede el Porvenir Bosa. Obtenido de Planta Arquitectonica. Primer piso Niv.+1.50m Bloque 01, Edificio de Bienestar y Laboratorios.

hp. (s.f). Portátil HP 14-bs015la. Obtenido de https://www.hponline.com.co/p/porta-til-hp-14-bs015la-lgm297

Khouri, E. A. (s.f.). Apuntes de hidráulica para explotaciones forestales. Oviedo, España: Ediuno (Universidad de Oviedo Servicio de publicaciones). Recuperado el 24 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=-Vhqj-F4d34C&pg=PA133&dq=golpe+de+ariete&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjXxqzIw_fbAhWOxFkKHf01DFAQ6AEIPzAF#v=onepage&q=golpe%20de%20ariete&f=false

Lerma, H. D. (2004). Metodología de la Investigación: Propuesta, Anteproyecto y Proyecto. ECOE . López, R. G. (2005). Frío Industrial (1). España: Marcombo. Recuperado el 24 de Junio de 2018 María et al. (2007). La enseñanza de las buenas prácticas de laboratorio. México D.F., México. Mott, R. L. (2006). Mecánica de Fluidos. Mexico: Pearson Educación. Recuperado el 24 de Junio de

2018, de https://books.google.com.co/books?id=LbMTKJ4eK4QC&printsec=frontcover&dq=mecanica+de+fluidos&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwi8wr_vhvfbAhUPPK0KHfWEDIcQ6AEIJjAA#v=onepage&q=densidad%20&f=false

Mott, Robert L. (s.f). Mecanica de fluidos aplicada. Mexico: Pearson Educación. Recuperado el 23 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=xUavR0u66PEC&pg=PA219&dq=flujo+laminar&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiasq-52PfbAhVN2lMKHXl0AyQQ6AEIJjAA#v=onepage&q=flujo%20laminar&f=false

Muñoz et.al, R. T. (2005). Fisica. Mexico: Limusa S.A. Recuperado el 26 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=q3cV2W4rNA8C&pg=PA137&dq=energia+cinetica&hl

de 53

=es&sa=X&ved=0ahUKEwiO3pHJ4PnbAhUDvlkKHbxGDQoQ6AEIJjAA#v=onepage&q=energia%20cinetica&f=false

Nacional, E. P. (13 de Mayo de 2015). Escuela Politecnica Nacional. Obtenido de http://www.epn.edu.ec/laboratorio-de-hidraulica/

Negrete, J. P. (2005). Apuntes de fisica genetal. Mexico: Universidad Nacional Autonoma de Mexico. Recuperado el 24 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=1ShJLuv8IHIC&pg=PA54&dq=prensa+hidraulica&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiF3dnW5fnbAhWRrFkKHQl1DrsQ6AEIKjAB#v=onepage&q=prensa%20hidraulica&f=false

Nottoli, A. H. (2007). Física aplicada a la arquitectura. Buenos Aires, Argentina: Nobuko. Recuperado el 26 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=h6KKElBWRnIC&pg=PA25&dq=hidrostatica+fisica&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwj5jc6Wx_nbAhWBzVkKHbXgASUQ6AEIKzAB#v=onepage&q=hidrostatica%20fisica&f=false

Oficina Asesora de Planeación y control, U. D. (2015). Plan Maestro de Desarrollo Físico, La Consolidación de la Dispersión. Bogotá. Recuperado el 03 de Marzo de 2018, de http://planeacion.udistrital.edu.co:8080/documents/280760/a0726a74-f7e3-4d07-b518-4ff0025fc977

Oficina Asesora de Planeación y Control, U. D. (2017). Estado de avance de la Ciudadela Educativa El Porvenir Localidad de Bosa. Bogotá D.C.

Ortiz, J. E. (2006). Mecanica de fluidos e hidraulica. Calí, Colombia: Universidad del Valle. Recuperado el 25 de Junio de 2018, de https://books.google.com.co/books?id=3jHhWwwQqp4C&printsec=frontcover&dq=mecanica+de+fluidos+e+hidraulica&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiopKa_ivfbAhWkrFkKHe4aDgkQ6AEIJjAA#v=onepage&q=mecanica%20de%20fluidos%20e%20hidraulica&f=false

Romero, M. R. (s.f). La Contextualización De La Enseñanza Como Elemento Facilitador Del Aprendizaje Significativo.

Sanint, E. Á. (2004). Métodos cuantitativos para la toma de decisiones ambientales. Colombia: Universidad Nacional De Colombia.

Suárez, A. D. (2012). Elaboración de una guía metodológica para las prácticas del laboratorio de Hidráulica de la Universidad Industial de Santander. Bucaramanga. Recuperado el 12 de Noviembre de 2017

Technology Cussons. (23 de Marzo de 2014). Mechanics of Fluids. Recuperado el 2018 de Marzo de 19, de Hydraulics Bench and Accessories (P6101-P6109: http://www.cussons.co.uk/admin/resources/p6100-with-p6101-p6109-issue-8.pdf

Technology, C. (2014). Mechanics of Fluids. Recuperado el 23 de Abril de 2018, de Hydrostatics Experiments P6234/P6235/P6236/P6237: http://www.cussons.co.uk/admin/resources/p6234-p6235-p6236-p6237-issue-4.pdf

Technology, C. (Septiembre de 2015). Banco hidraulico. Gran Bretaña. Recuperado el 18 de Marzo de 2018

Technology, C. (2017). Mechanics of Fluids. Recuperado el 3 de Abril de 2018, de Osborne Reynolds Apparatus: http://www.cussons.co.uk/admin/resources/p6248-issue-5.pdf

UDNET, R. d. (Diciembre de 2017). Universidad Distrital Francisco Jose De Caldas. Obtenido de Universidad Distrital Francisco Jose De Caldas: http://planeacion.udistrital.edu.co:8080/proyecto-ciudadela-el-porvenir

de 53

UNAL, U. N. (2012). Acreditación, certificación, habilitación, registro ICA para los laboratorios sede Bogotá. Recuperado el 03 de Julio de 2018, de http://www.laboratorios.bogota.unal.edu.co/userfiles/images/que_es_ACREDITACION.pdf

UNAL, U. N. (s.f.). Universidad Nacional de Colombia. Obtenido de https://minas.medellin.unal.edu.co/laboratorios/index.php/laboratorios/laboratorio-de-hidraulica-y-mecanica-de-fluidos

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. (2014). Macroproceso: Direccion Estratégico. Gestión Integrada. Bogotá. Recuperado el 15 de Diciembre de 2017

Universidad Distrital Francisco José de Caldas. (20 de 10 de 2016). Contratación, adquisición, instalación y configuración de equipos de laboratorio del grupo de robustos con destino a los laboratorios de las facultades de Ingeniería, Tecnologica, Ciencias y Educación, Medio Ambiente y Recursos Naturales y Artes - ASAB. Recuperado el 20 de 11 de 2017

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. (s.f.). Ingenieria Sanitaria. Recuperado el 22 de Octubre de 2017, de http://www1.udistrital.edu.co:8080/web/ingenieria-sanitaria/creditos

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. (s.f.). Tecnologia en Gestion Ambiental y Servicios Publicos. Recuperado el 22 de Octubre de 2017, de http://www1.udistrital.edu.co:8080/es/web/tecnologia-en-gestion-ambiental-y-servicios-publicos/pen_creditos

Universidad Distrital Francisco Jose De Caldas. (s.f.). Tecnologia en Saneamiento Ambiental. Recuperado el 22 de Octubre de 2017, de http://www1.udistrital.edu.co:8080/documents/14217/458041db-ba94-4963-8149-ef36fcf07ff5

Universidad Santo Tomas, B. (13 de Diciembre de 2017). Universidad Santo Tomas. Obtenido de http://www.ustabuca.edu.co/post5523245/la-santoto-inaugura-nuevo-laboratorio-de-mecanica-de-fluidos-e-hidraulica

Vicentes et.al, C. A. (2004). Introducción a la mecánica de fluidos. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

de 53

Apéndice 1. Manual de operación y funcionamiento laboratorio de hidráulica sede Ciudadela Universitaria El Porvenir.

de 53

Anexo 1. Traducción del manual del banco hidrodinámico p6100 de Cussons Technology.

diseÑo de la estructura de funcionamiento del laboratorio...

Documents