guias de fluidos

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TERMICAS

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS

PRACTICA Nº 1

TITULO: MEDIDA DE VISCOCIDAD

OBJETIVOS:

GENERAL: Medir la viscosidad absoluta o dinámica de un fluido a diferentes

temperaturas, mediante el viscosímetro de rotación tipo brookfield, o en su

defecto por otro que este disponible en el laboratorio.

ESPECIFICOS:

1. Que el estudiante visualice la propiedad fundamental de los fluidos, de

deformarse continuamente bajo un esfuerzo cortante.

2. Observar como varia la viscosidad de un fluido con respecto a la

temperatura.

BASE TEORICA:

Cuando se tienen dos superficies con movimiento relativo y entre ellas un fluido, se

origina una tensión de corte en las capas intermoleculares del fluido; la resistencia a

estas fuerzas se conoce como Viscosidad, esta es la causante de las perdidas de

energía debido a la fricción en un fluido que fluye.

INSTRUMENTOS:

Viscosímetro de rotación tipo brookfield

Balanza analítica de precisión.

Vaso de precipitado de 1000 c.c.

Vaso de precipitado de 100 c.c.

Muestra problema con su respectiva ficha técnica.

Horno mufla.

Termómetros con sus respectivas termocuplas.

PROCEDIMIENTO:

Medir la densidad relativa de la sustancia problema con ayuda de la balanza

analítica de precisión y el vaso de precipitado de 100 c.c.

Verificar que las condiciones de los equipos sean óptimas tales como: Usillo

correspondiente a la programación del equipo y calibración adecuada del

viscosímetro y de los termómetros.

Deposite 600 ml la sustancia problema en el vaso de precipitado de 1000 c.c. y

mida la viscosidad a temperatura ambiente, posteriormente caliente la muestra a

100 º C y mida su viscosidad a esa temperatura, luego espere a que esta última

descienda para tomar las siguientes medidas.

Mida la viscosidad con el fluido a las siguientes temperaturas: Temperatura

ambiente, 40º C, 50º C, 60º C, 70º C, 80º C, 90º C, 100º C.

EVALUACION:

La viscosidad dinámica se mide en centipoises, en el sistema de unidades, C.G.S.

(Antiguo). No obstante el estudiante debe sustituir las unidades al S.I. donde:

1 poise = gr * masa/cm * s = Dina * s/cm2 = 0.01019 Kg * s/m2 ; en el sistema

internacional esta viscosidad se mide en Pa * s.

Tabla de datos.

Temperatura ( C ) Viscosidad (cP)

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS.

Realizar una grafica de Viscosidad dinámica vs. Temperatura.

Investigar sobre otros métodos de medir viscosidad.

Consultar sobre los grados de viscosidad SAE e ISO.

Que es índice de viscosidad.

Determine el valor de la viscosidad cinemática para cada prueba y elabore una

grafica de viscosidad cinemática vs Temperatura

Haga un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio, elabore sus

propias conclusiones y recomendaciones.

INFORME:

El informe debe realizarse de acuerdo a las normas vigentes para la elaboración de

informes técnicos y los cálculos deberán especificarse en el sistema internacional.

BIBLIOGRAFIA:

MATAIX, Claudio. Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas. Editorial Haría. Segunda

edición.

VEN TE CHOW. Hidráulica de canales abiertos. Editorial McGraw-Hill.

RODRIGUEZ Díaz, Héctor Alfonso. Hidráulica Experimental. Editorial escueta

colombiana de Ingeniería.

ROBERT L. MOTT, Mecánica De Fluidos Aplicada. Editorial. Prentice-may.





PRACTICA Nº 2

TITULO: MEDIDA Y OBSERVACION DEL NUMERO DE REYNOLDS

OBJETIVOS:

GENERAL: Observar y determinar mediante el aparto de Reynolds la diferencia

entre flujo laminar, de transición y turbulento.

ESPECIFICOS:

1. Conocer cualitativamente la diferencia entre flujo laminar y turbulento.

2. Calcular el parámetro llamado Número de Reynolds y entender su uso y

utilidad.

3. Apreciar visualmente la distribución de la velocidad a través del área del

flujo.

BASE TEORICA:

El componente de un fluido, particularmente con respecto a las perdidas de energía,

depende fundamentalmente del tipo de flujo (laminar, transición o turbulento), esto se

puede predecir si se conoce la magnitud de un numero adimensional conocido como el

numero de Reynolds, Se puede verificar analítica y experimentalmente que el carácter

del flujo en un conducto redondo depende de 4 variables; la densidad (p) y la viscosidad

del fluido (u), el diámetro del conducto (D), y la velocidad promedio del fluido (V).

INSTRUMENTOS:

Aparato de Reynolds.

Cronometro.

Termómetro.

Calibrador y cinta métrica.

Recipiente o probeta graduada.

PROCEDIMIENTO:

Todas las partes del aparato deben permanecer sin vibración manteniendo

constante el nivel de agua en el tanque de suministro permitiendo la salida de

azul de metileno, en mínima cantidad.

Se abre la válvula de salida y se observan en el tubo de vidrio las características

del flujo (laminar, de transición y/o turbulento).

Dar paso al fluido con la válvula en el rotámetro colocado en la parte Terminal del

tubo, dando vuelta al botón en la parte inferior de este. El rotámetro esta

graduado con una escala que va de: 0.1 a 1.0 galón por minuto. Las variaciones

en las mediciones deben hacerse cada 0.5 galones / minuto. Desde el valor

mínimo hasta le tope de la escala, e ir observando el tipo de flujo que indica en

trazador dentro del tubo.

Se lee la diferencia de presión en los tubos piezométricos.

Se abre un poco mas la válvula de salida, se observa el tipo de flujo y se toman

nuevamente las lecturas de volumen de líquido, tiempo y diferencia de presión,

hasta abrir totalmente la válvula.

Se debe medir la distancia entre los puntos de los piezométricos y diámetro del

tubo.

Nota: el equipo debe estar libre de vibraciones.

CALCULO TIPO:

El número Reynolds se calcula con la siguiente ecuación:

Re = ( V * DI ) / v o Re = ( V * DI ) / (u / p)

Donde:

V = Velocidad del fluido en m/s

DI = Diámetro interno del tubo en m.

v.= Viscosidad cinemática m * s.

u.= Viscosidad dinámica N-s / m2

p.= Densidad Kg / m3

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS.

Para la práctica se debe llenar la siguiente tabla.

Tubo: L= __________ DI = __________

G.P.M ∆P

Con los datos leídos calcular el número de Reynolds y compararlo con el

observado.

Con los deltas de presión del tubo piezométrico, el diámetro interno del tubo y

la longitud entre los tubos piezométricos, calcular las pérdidas de energía

para el tubo de vidrio.

INFORME:

El informe debe cubrir todos los aspectos normativos para la presentación de informes

técnicos. Haga un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio, concluya y

recomiende.

BIBLIOGRAFIA:


edición.









PRACTICA Nº 3

TITULO: PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS

OBJETIVOS:

GENERAL: Determinar las perdidas de carga que ocurren en tuberías y

accesorios y su variación de acuerdo a los diferentes parámetros que

intervienen.

ESPECIFICOS:

1. Conocer la importancia que tienen las pérdidas de energía en tuberías y

accesorios para que los sistemas hidráulicos funcionen.

2. Determinar las pérdidas de energía proporcionadas por algunos

accesorios.

BASE TEORICA:

Las pérdidas de carga en las tuberías son de dos clases: primarias y secundarias. Las

perdidas primarias, son las perdidas de superficie en el contacto del fluido con la

tubería, rozamiento de una capa de fluido con otras (régimen laminar) o de las

partículas de fluido entre si (régimen turbulento). Tienen lugar un flujo uniforme ósea

tramos de tubería de sección constante. Las perdidas secundarias son las perdidas de

forma, que tiene lugar en las transiciones (estrechamiento o expansión de la corriente),

codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tubería.

INSTRUMENTOS:

Banco de pruebas para perdidas de carga en tuberías y accesorios.

Flexómetro.

Calibrador pie de rey.

Manómetros diferenciales digitales.

PROCEDIMIENTO:

Reconocimiento del equipo.

Poner en funcionamiento la motobomba con las válvulas de paso totalmente

abiertas para tener un caudal máximo, medido en el rotámetro, se van cerrando

lentamente y se toman los diferentes caudales.

Se leen los deltas de presión en los manómetros diferenciales de mercurio y

digitales para cada tramo de tubería y para cada accesorio.

EVALUACION:

Para la evaluación de las pérdidas de carga en tuberías utilizamos la formula de Darcy

– Weisbach, para el flujo permanente en tubería circular, se adopta de la siguiente

forma:

H = (F * L * V2) / (D *2g)

H = Perdidas de presión.

F = Coeficiente de rozamiento.

L = Longitud del tubo de prueba.

D = Diámetro del anima del tubo (diámetro interior).

V = Velocidad promedio del fluido.

g.= Aceleración de la gravedad.

Haciendo:

H/L = (F/D) * (V2 * g) = h = Perdidas por unidad de longitud.

f/D = C = Coeficiente de fricción.

Se tiene entonces:

h. = 13.6 * Yw * Hhg

DETERMINACION DEL NÚMERO DE REYNOLDS (Re):

Re = V * D / v

V: Velocidad promedio.

D: Diámetro anima del tubo (diámetro interno).

v.: Viscosidad cinemática (agua = 1.007 * 106 m2/s)

V = Q / A = 4 * Q / 3.1416 * D

Re = 4* Q / 3.1416 * D

Q: Caudal medio.

D: 1.1cm tubería e cobre.

D: 1.8cm tubería de PVC.

D: 1.27cm tubería galvanizada.

DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE FRICCION:

C = 27.2 * g * Yw * Hhg / V2

C: Coeficiente de fricción (Diagrama de Moody).

g.: Aceleración de la gravedad.

Yw: Peso especifico del agua.

Hhg: Altura en mercurio.

NOTA: Tener en cuenta que para accesorios se tiene que restar el tramo de tubería

incluido y calcular la longitud equivalente. (Buscar grafica)

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS:

Elaborar una tabla donde los cálculos de:

V: Velocidad del fluido.

h.: cm de agua.

L: Longitud en cm.

Le: Longitud equivalente en cm.

Re: Numero de Reynolds.

C: Coeficiente de fricción.

Se debe elaborar las siguientes graficas:

1. h vs. Re para cada tipo de tubería.

2. h vs. V2/2g para cada tipo de tubería y accesorio.

Elaborar la siguiente tabla.

CAUDAL

(LPM) CAUDAL

(LPM) CAUDAL

(LPM) CAUDAL

(LPM) CAUDAL

(LPM)

Tubería de PVC

Tubería de cobre

ACCESORIOS h (mm Hg) h (mm Hg) h (mm Hg) h (mm Hg) h (mm Hg)

Recto P.V.C y 2 codos de 45º

Válvula de globo (3/8”) completamente abierta Cobre

Codo 45º de cobre

Codo de 90º de cobre

Codo 90º de PVC

Reducción de Cobre

Expansión de Cobre.

Reducción de P.V.C

Expansión de P.V.C

INFORME:

Haga un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio, elabore sus conclusiones

y recomendaciones. El informe debe cubrir todas las normas para presentación de

informes técnicos.

BIBLIOGRAFIA:


edición.









PRACTICA Nº 4

TITULO: CALIBRACION DE MEDIDORES DE FLUJO

OBJETIVOS:

GENERAL: Conocer los distintos dispositivos de medidores de flujo y conocer un

método sencillo para medir caudales en tuberías.

ESPECIFICO: Calibrar distintos medidores de flujo, como: tubo ventura, placa

orificio, boquilla y rotámetro.

BASE TEORICA:

Existen ciertos dispositivos que se utilizan para medir caudales con cierta precisión,

entre estos tenemos:

PLACA ORIFICIO: Consiste en un placa plana que lleva en su centro un orificio

con una salida divergente, la contracción experimentada por el fluido es

considerable; el punto de mínima sección transversal de la vena liquida se

encuentra entre uno y dos diámetros del orificio aguas abajo, en esta zona se

determina la presión para poder hallar la diferencia máxima.

TUBO VENTURI: Un tubo Venturi es esencialmente un tipo de restricción suave

troncocónica lisa que se le hace a una tubería, en ella la velocidad

necesariamente aumenta y la energía de presión disminuye ligeramente, la

energía de presión no recuperable es menor comparada con otros dispositivos,

tiene muchas aplicaciones en la vida diaria principalmente cuando se va a

inyectar un liquido dentro de una corriente de aire.

BOQUILLA: Consiste en una placa plana con un orificio central donde no existe

la salida divergente, por lo tanto la zona de entrada queda convertida en una

forma mas redondeada.

ROTAMETRO: Es un dispositivo en el que el fluido a medir entra por el cabezal

inferior y fluye hacia arriba por el tubo cónico, saliendo por el cabezal superior,

durante su paso el fluido levanta un flotador desde su posición inferior de reposo

hasta cierta altura. El flotador sirve para originar una diferencia constante de

presión, y su posición depende del caudal de fluido que esta circulando por el en

cada instante.

APARATOS A UTILIZAR:

Banco de pruebas para medidores de flujo.

Cronómetro.

Probeta.

Recipiente auxiliar.

PROCEDIMEINTO:

Revisar que cada una de las conexiones flexibles de los manómetros

diferenciales estén sin aire.

Revisar que as válvulas de corte tanto para el fluido como para los manómetros

diferenciales estén totalmente cerradas.

Abrir las válvulas de corte para el manómetro diferencial que se va a utilizar.

Abrir ligeramente la válvula de paso del dispositivo que se va a trabajar

Poner en funcionamiento la bomba y verificar que este cebada, si se encuentra

funcionando correctamente procedemos a tomar datos para diferentes caudales.

Se deben tomar por lo menos tres lecturas de volumen y tiempo para cada

apertura de la válvula. Si la bomba no esta cebada se apaga, se ceba y se pone

en funcionamiento nuevamente.

CALCULO TIPO:

Para calcular el caudal para el tubo Venturi, boquilla y placa de orificio de utiliza la

siguiente ecuación:

Q = 359 * C * F * d2 * (h / ℓ) ½

Donde:

F = 1 / (1 – (d/D)4) ½

C: Constante del dispositivo.

D: Diámetro de la tubería.

d.: Diámetro del orificio en pulgadas.

ℓ: Densidad del fluido = 62.4 lb/pie3.

h.: Delta de presión en el manómetro diferencial en pulg. C.a.

Q: litros/hora.

Los diámetros tanto de la tubería como del dispositivo se pueden ver en las figuras

colocadas en el banco de pruebas.

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS:

Para cada dispositivo se debe llenar la siguiente tabla:

Dispositivo: __________ D: __________ d: __________

PLACA ORIFICIO TUBO VENTURI ROTAMETRO

Caudal ∆h Caudal ∆h Caudal ∆h

Para cada dispositivo, elaborar una grafica de Q vs. h.

Para el rotámetro, elaborar una grafica de Q vs. Caudal leído.

Haga un análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio, concluya y

recomiende.

INFORME:

El informe debe cumplir las normas para la presentación de informes técnicos.

BIBLIOGRAFIA:


edición.









PRACTICA Nº 5

TITULO: BOMBAS EN SERIE Y PARALELO.

OBJETIVO: Obtener experimental y analíticamente las características de operación

de un sistema de dos bombas “iguales” conectadas en serie o

en paralelo y compararlas con las características de una sola de estas bombas.

BANCO DE PRUEBAS:

El aparato experimental esta compuesto por dos bombas centrifugas del mismo tamaño

y modelo.

El sistema de tuberías y válvulas del banco de prueba permite la conexión de una

bomba individual para la prueba de referencia y del sistema de las dos bombas

centrifugas en serie o en paralelo, el caudal o gasto de agua se regula mediante una

válvula de globo.

INSTRUMENTACION:

El sistema esta dotado con los siguientes instrumentos de medición:

Voltímetro y amperímetro para determinar la potencia eléctrica consumida por cada

motor, Rotámetro para determinar el caudal en cada esquema de funcionamiento,

Vacuometro en la línea de succión (Ps) y manómetro en la de descarga (Pd) de cada

bomba.

CONCEPTOS Y ECUACIONES APLICABLES

1. Potencia eléctrica consumida por cada motor eléctrico.

2. Carga total (diferencia de presión total o energía específica) producida por una

bomba o de un sistema de bombas (serie o paralelo).

3. Potencia hidráulica transferida al fluido.

4. Eficiencia total de una motobomba o de un sistema de motobombas.

5. Características teóricas de un sistema de bombas en serie.

6. Características teóricas de un sistema de bombas en paralelo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Con una de las bombas (en conexión de bomba individual) y con la válvula de control

totalmente abierta, tome lecturas debidamente estabilizadas de:

Voltaje (V) y corriente (A) consumidas por el motor.

Presiones de succión (Ps) y descarga (Pd) de la bomba.

Gasto volumétrico (Q).

Repita el procedimiento cerrando progresivamente la válvula a intervalos

aproximadamente regulares, hasta que la válvula este completamente cerrada.

Repita todo el procedimiento anterior para la conexión de un sistema de bombas en

serie de un sistema de bombas en paralelo (según le sea asignado).

INFORME:

Pagina de titulo (Titulo de práctica, fecha, sección, número del grupo y nombres de los

integrantes).

Tablas de los datos obtenidos en la práctica (en las unidades originales).

Tabla y grafica de las características experimentales de operación de la bomba

individual ensayada .

Tabla y grafica de las características experimentales de operación del sistema de

bombas (serie o paralelo) ensayada .

Tabla y grafica de las características teóricas de operación del sistema de bombas

(serie o paralelo) calculadas mediante las ecuaciones (5 o 6) de los conceptos

aplicables, a partir de los resultados experimentales de la bomba individual.

Una muestra completa de cálculos en el sistema internacional de unidades SI.

Análisis, conclusiones, observaciones y recomendaciones a cerca del procedimiento

experimental y de los resultados. Comparación de los resultados de las partes 3, 4 y 5.

Conviene combinar adecuadamente las curvas de las mismas características en

graficas de la misma escala.

Demuestre la validez de las ecuaciones de las características teóricas del sistema de

bombas asignado (serie o en paralelo).

TABLA DE DATOS:

BOMBA INDIVIDUAL.

Sistema de bombas conectadas en serie.

Sistema de bombas conectadas en paralelo.

CONSLUSIONES.

BIBLIOGRAFIA:


edición.









PRACTICA Nº 6

TITULO: MEDICION DE CAUDAL EN FLUJO LIBRE.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL

Medir el caudal de un fluido incompresible (agua) mediante el uso de dos medidores de tipo industrial, un Rotámetro, un tubo Venturi, una compuerta y dos vertederos (vertederos de cresta ancha y vertedero de cresta delgada).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Conocer el principio de funcionamiento de los diferentes instrumentos a utilizar.

Realizar los cálculos respectivos para la medición de caudal a partir de la señal de lectura con los anteriores medidores.

Hacer una clasificación y un estudio comparativo da las ventajas y desventajas que ofrecen los diferentes medidores de caudal.

Comparar los valores de caudal obtenidos a partir de: 1. La ecuación de Bernoulli. 2. La ecuación de Bernoulli ajustada con valores del coeficiente de descarga que se obtiene en los textos de mecánica de fluidos.

3. La lectura del medidor se referencia (para el caso de la medición en tubería, se debe tener en cuenta que el medidor es el que presenta los datos mas precisos.

CUESTIONARIO

1. ¿Como se puede determinar flujo de masa a partir de medidas de caudal? 2. ¿Cual es el principio fundamental que permite la medición de caudal mediante el Venturi, el vertedero y Rotámetro? 3. ¿Que señal de lectura se utiliza en cada uno? 4. Describa el término coeficiente de descarga y especifique en qué tipo de medidores se utiliza.

5. ¿Describa como es la recuperación de presión en le Venturi. 6. ¿Existen otro tipo de medidores de caudal en canales cuales?

7. Si tiene que seleccionar un medidor y su problema es básicamente de tipo económico, ¿Cuál de los anteriores mencionados implementaría en un canal?

EQUIPO A UTILIZAR

AUXILIAR (antes de la prueba).

1. Asegúrese que todas las válvulas del banco estén totalmente cerrada. 2. Constate que el nivel de agua en el tanque se encuentre sobre la línea

amarilla. 3. Conecte la bomba a la fuente de corriente. 4. Coloque el vertedero a utilizar en esta prueba. 5. Cerciórese que los estudiantes conozcan por completo el procedimiento

propuesto para realizar las pruebas y las instrucciones generales para el manejo del banco.

PRUEBA:

1. Encendida la bomba, abra lentamente la válvula 1 hasta lograr observar una

lectura en el Rotámetro. 2. Espere unos segundos para que el flujo se estabilice, tome la lectura de

caudal en el medidor, tome la medida de lectura en el Rotámetro, y observe la caída de presión en el Venturi.

3. Continúe abriendo la válvula 1 de manera que pueda tomar 3 o 4 lecturas

mas, variando la lectura en el Rotámetro, consigne en la tabla la medida de todos los instrumentos para cada caudal.

4. Mantenga el caudal constante preferiblemente el último tomado hasta este

momento. No olvide que se debe tener en cuenta este caudal para los cálculos en el canal.

5. Tome la altura del agua 25cm antes del vertedero, consigne estos datos en la

tabla. DETERMINACION DEL CAUDAL BAJO LA COMPUERTA EN FLUJO LIBRE.

Qicr=b*w*√2gy1

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL AJUSTADO MEDIANTE COEFICIENTE DE DESCARGA PARA LA COMPUERTA.

Qcr=Cd*Qicr

Cd=Cc/ √1+(CcW/y1) Donde Cc: coeficiente de contracción Cc=0.61 W=altura de la abertura de la compuerta Cd= coeficiente de descarga b ancho de la compuerta.

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL REAL BAJO LA COMPUERTA EN FLUJO AHOGADO.

2

1

2

21

1

)(

1

2*)(*

yWCc

gyybQ

El coeficiente de contracción para compuerta verticales Cc se toma en flujo ahogado igual a 0.60.

1y es altura del agua antes de la compuerta

2y es altura del agua después de la compuerta

W es altura del agua por debajo de la compuerta

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL MEDIANTE BERNOULLI APLICADO A LOS VERTDEROS RECTANGULARES DE CRESTA ANCHA.

Qivrl=b*√ (g*(2/3H○^3/2))

Qivrl= Q ideal según Bernoulli en vertederos

DETERMINACIÓN DE CAUDAL AJUSTADO MEDIANTE COEFICIENTE DE DESCARGA PARA VERTEDEROS.

Qvr=Cvr*Qivr

El valor recomendado de Cvr para este tipo de vertederos es de 0.63

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL MEDIANTE BERNOULLI APLICADO AL VERTEDERO TRIANGULAR.

Qvi = 8/15 * (2*g)1/2 * tg (Ө/2) * h5/2

Donde

Ө = ángulo en el vértice = 30º Qvi=caudal que pasa por el vertedero

DETERMINACIÓN DE CAUDAL AJUSTADO MEDIANTE COEFICIENTE DE

DESCARGA PARA VERTEDERO.

Q = Qiv*Cd

Cd=Coeficiente de gasto

Coeficiente de descarga Cd es de 0.593 para 0.05m≤h≤0.25mg

DETERMINACIÓN DE CAUDAL MEDIANTE BERNOULLI PARA VERTEDERO RECTANGULAR DE CRESTA DELGADA.

Qiv = 2/3 * (2*g)1/2 * b * h3/2

Con: b = ancho del vertedero

h=altura del agua en el vertedero



Q = Qiv*Cd


Cd = 0.611 + 0.08 * h/b para h/b<= 5

Cd = 1.06 * (1 + w/b) 3/2 para h/b>= 20



Q = Qiv*Cd


Cd = 0.611 + 0.08 * h/b para h/b<= 5

Cd = 1.06 * (1 + w/b) 3/2 para h/b>= 20

DETERMINACIÓN DE CAUDAL MEDIANTE BERNOULLI Y COEFICIENTE DE

DESCARGA PARA VERTEDERO TRAPEZOIDAL DE CRESTA DELGADA.

Cd1 : coeficiente de descarga para el vertedero rectangular con contracciones.

Cd2 : coeficiente de descarga para el vertedero triangular.

L : longitud de la cresta.

ᶿ: ángulo de inclinación de los lados respecto a la vertical.

m: inclinación latera

La ecuación anterior puede transformarse así:

DETERMINACION DEL CAUDAL EN LA CANALETA PARSHALL PARA FLUJO LIBRE.

Q= 2.2 *W*H^3/2 2.2:coeficiente de descarga W: ancho de la garganta en mts H: altura de la lamina de agua en mts

TABLA DE RESULTADOS

Para la compuerta

Q medidor de

flujo(gpm)

Qicr Qcr Q ahogado H del canal

(mm)

Vertedero rectangular de cresta ancha

Q medidor de

flujo(gpm)

Qivr Qvr H del canal (mm)

Vertedero triangular

Q medidor de

flujo(gpm)

Qiv Qv H del canal

(mm)

Vertedero Rectangular

Q medidor de

flujo(gpm)

Qiv Qv H del canal (mm)

Vertedero trapezoidal

Q medidor de flujo(gpm) Q H del canal (mm)

Canaleta Parshall

Q medidor de flujo(gpm) Q H del canal (mm)

GRAFICAS:

Para la compuerta (Q medidor, Qicr, Qcr, Q ahogado) vs H del canal

Para vertederos (Q medidor, Qiv, Qv ) vs H del canal

Para canaleta parshall (Q medidor, Q) vs H del canal.

RECOMENDACIONES PARA EL DESARROLLO DE LAS EXPERIENCIAS Y

GARANTIZAR LA VIDA ÚTIL DEL EQUIPO:

Realizar una revisión general del banco semestralmente o al terminar las

pruebas según como se indica en el manual de mantenimiento

Cerciorarse que el sitio donde reposa la bomba este totalmente seco y así

garantizar la vida útil de la misma y evitar un posible corto circuito.

Verificar al inicio de la práctica, la hermeticidad del equipo para mayor exactitud

en la toma de datos.

Tener en cuenta la diferencia de unidad, en la toma de datos para la realización

de los cálculos.

CONCLUSIONES.





PRACTICA Nº 7

TITULO: TURBINA PELTON.

INTRODUCCION:

Las turbinas son ampliamente utilizadas en la industria de generación de energía. Su funcionamiento y su uso han ganado un espacio en la ingeniería gracias a sus características de diseño. En esta experiencia se realizarán ensayos con esta turbo máquina hidráulica (turbina Pelton). Se tomarán datos para obtener las curvas características, pudiendo analizar el comportamiento y la influencia de ciertas variables en el desempeño de la misma. OBJETIVOS: Observar el funcionamiento de la turbina Pelton efectuando pruebas en la máquina. Determinar los valores de las diferentes potencias, voltaje, corriente y velocidad angular presentes en la turbina relacionados con la variación de caudal durante el funcionamiento de la máquina. Trazar curvas características de la turbina Pelton utilizando datos experimentales. Establecer conclusiones y recomendaciones de las pruebas.

ANTECEDENTES:

Clasificación: Por ser turbomáquinas siguen la misma clasificación de estas, y pertenecen, obviamente, al subgrupo de las turbomáquinas hidráulicas y al subgrupo de las turbomáquinas motoras. En el lenguaje común de las turbinas hidráulicas se suele hablar en función de las siguientes clasificaciones: De acuerdo al cambio de presión en el rodete o al grado de reacción Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete. Turbinas de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo si sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete. Para clasificar a una turbina dentro de esta categoría se requiere calcular el grado de reacción de la misma. Las turbinas de acción aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reacción aprovechan además la pérdida de presión que se produce en su interior. De acuerdo al diseño del rodete Carta para seleccionar turbinas hidráulicas en función del caudal y el salto. Esta clasificación es la más determinista, ya que entre las distintas de cada género las diferencias sólo pueden ser de tamaño, ángulo de los álabes o cangilones, o de otras partes de la turbomáquina distinta al rodete. Los tipos más importantes son:

Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder

variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua pequeños y con grandes caudales. (Turbina de reacción).

Turbina Hélice: son exactamente iguales a las turbinas Kaplan, pero a diferencia

de estas, no son capaces de variar el ángulo de sus palas.

Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial.

Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños. (Turbina de acción).

Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos

diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quina

http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_de_reacci%C3%B3n_en_turbom%C3%A1quinas

http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_de_reacci%C3%B3n_en_turbom%C3%A1quinas

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Kaplan

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbina_H%C3%A9lice&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Pelton

http://es.wikipedia.org/wiki/Molino

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Francis

EQUIPOS E INSTRUMENTOS: Turbina Pelton con diámetro Pelton igual a 170 mm. Generador de 1.3 Kw. Manómetro. Inyector regulable. Pinza volti-amperimétrica. Tacómetro digital portátil fotoeléctrico con mira láser y totalizador. METODO EXPERIMENTAL:

1. Verificar que la posición del inyector sea correcta para evitar que la punta del bulbo golpee los alabes del rodete, ya que esto ocasionaría daños en ambos componentes y así obtener un aprovechamiento máximo del chorro de agua.

2. Abrir la válvula de drenaje para eliminar todo el aire del conducto y

posteriormente cerrarla.

3. Tomar lectura del manómetro.

4. Asegurar que los interruptores del tablero de control estén en posición off.

5. Regular el inyector en diferentes caudales para una variación en la generación de energía eléctrica.

6. Abrir y cerrar completamente la válvula de paso al inyector para cada ensayo.

7. Esperar a que la máquina alcance la velocidad régimen (15 segundos).

8. Colocar los interruptores (breakers o tacos) en posición on.

9. Encender la cantidad de bombillos necesarios utilizando los interruptores de color

rojo para el consumo total de la potencia eléctrica generada.

10. Tomar lectura de las revoluciones en el eje de la turbina (sin carga y con carga eléctrica), utilizando el tacómetro para los distintos ensayos.

11. Medir el caudal utilizando el tanque a la salida y un cronómetro durante cada

ensayo (el tanque debe estar vacío para cada medición).

12. Tomar lectura del voltaje (sin carga y bajo carga eléctrica) y la corriente (bajo carga eléctrica).

13. Colocar los interruptores en posición off.

14. Obtener la medida de las poleas para determinar la relación de velocidades.

15. Después de tomar la totalidad de datos, se procesarán para hallar las potencias y

velocidades.

16. Graficar y tabular los resultados de cada variable: potencia, voltaje, corriente, caudal y velocidad angular.

Tabla de datos

VARIABLES TURBINA PELTON

PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PRUEBA 4

PRUEBA 5

PRUEBA 6

PRUEBA 7

NÚMERO DE VUELTAS EN LA VOLANTE DEL INYECTOR 5 7 9 11 13 15 18

VOLUMEN DEL TANQUE (Litros) 563.108 563.108 563.108 563.108 563.108 563.108 563.108

TIEMPO DE LLENADO (Seg)

CAUDAL (Litros/Seg)(Q)

ALTURA (Metros)(H) 21,09 21,09 21,09 21,09 21,09 21,09 21,09

VOLTAJE SIN CARGA (Voltios)(V)

VOLTAJE BAJO CARGA (Voltios)

CORRIENTE (Amperios)(I)

VELOCIDAD ANGULAR SIN CARCA(RPM)(n)

VELOCIDAD ANGULAR BAJO CARCA(RPM)

POTENCIA (Watts)(P)

Nota:

El factor de potencia de los bombillos de 20 Watts es 0.6, por tanto: .

El guía de laboratorio puede tomar caudales aleatorios modificando el número de vueltas en la volante del inyector.

Gráficos: Caudal vs potencia

Potencia vs velocidad angular

Caudal vs velocidad angular

Voltaje vs velocidad angular

Caudal vs voltaje

Voltaje vs potencia

CUESTIONARIO

1. ¿Qué puede concluir de las curvas características obtenidas?

2. ¿Qué sucede si se pudiera aumentar excesivamente el caudal máximo permisible?

3. ¿Cómo se relacionan las variables: potencia (P), caudal (Q), velocidad angular

(n), voltaje (V), y corriente (I)?

4. ¿Cuál es la eficiencia total del banco de pruebas (considere una eficiencia en la turbina de 75%)?

5. ¿Qué diferencia existe entre una turbina de impulso y una turbina de reacción?

6. ¿Qué utilidad práctica tienen las curvas características de una turbina?

7. ¿Cuál es la función de los principales componentes de la turbina Pelton del

laboratorio?

8. ¿Qué función tiene el inyector en la turbina Pelton y por qué es necesaria su utilización para pruebas de laboratorio?

9. ¿Cuál es la función de los álabes del rodete Pelton?

CONCLUSIONES.

guias de fluidos

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