Dedicatoria
A los alumnos de Ingeniería Civil y
carreras afines que deseen ampliar sus conocimientos acerca de los equipos de
laboratorio de Hidráulica.
Agradecimientos
-A Dios, por darme la energía para
continuar día a día.
-A mis padres, por su constante
apoyo y tesón por forjarme un futuro mejor.
-A UPN, por darme la facilidad para
hacer las prácticas pre profesionales en sus instalaciones.
-Al Ingeniero Wiston Azañedo, por su
apoyo y guía en la realización de dichas prácticas.
-A Wesley Leonardo, Claudia Llacza y
Gregorio Ganoza (encargados de los laboratorios de Ingeniería Civil) por su
disposición para enseñar y orientar en el desarrollo de dichas prácticas.
“LABORATORIO DE HIDRÁULICA UPN TRUJILLO – INGENIERÍA CIVIL”
MANUAL DE EQUIPOS
El presente manual de equipos de laboratorio de Hidráulica UPN Trujillo
ha sido elaborado por Flor de Belén Flores Silvestre, estudiante de últimos
ciclos de Ingeniería Civil, como aporte a la universidad después de la
realización de las prácticas pre profesionales en los laboratorios de
Ingeniería Civil de la institución. Este manual es para uso de los alumnos de
la carrera de Ingeniería Civil y otras carreras afines. Esperando tengan una
adecuada orientación al momento de utilizar dichos equipos.
I.
Es un módulo complementario del Banco Hidráulico de Servicios Comunes,
permite un análisis completo del flujo a través de 7 orificios de diferente
diámetro.
-Tanque cilíndrico de vidrio con un
orificio en la base
-7 orificios intercambiables
-Tubo de pitot y cuchilla afilada
para medir velocidad y diámetro del chorro
-Con conectores rápidos para montar
con facilidad sobre el Banco Hidráulico de Servicios Comunes
Este módulo consta de un tanque cilíndrico
de vidrio con un orificio instalado en la base.
Se suministra un conjunto transversal que
permite colocar un tubo de Pitot en cualquier lugar del chorro.
Una cuchilla afilada que va sujeta a este
tubo de Pitot puede recorrer el chorro para medir con precisión su diámetro y
el de la vena contracta; de este modo se determina el coeficiente de
contracción.
La carga del Pitot y la carga total de
todo el orificio se muestra en tubos manométricos adyacentes al tanque.
Además del orificio estándar, se incluyen
7 orificios adicionales en un estuche. Una etiqueta en la parte interior de la
tapa brinda mayor información sobre los mismos.
-Determinación de
los coeficientes de contracción y velocidad.
-Cálculo del
coeficiente de descarga.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un equipo que permite visualizar las condiciones físicas que presenta
un flujo “laminar” y “turbulento” mediante la inyección de un colorante especial
como la Fluoresceína Sódica.
-Tanque transparente del equipo
-Válvula de desagüe inferior
Usar con:
-Un cronómetro
-Un termómetro
-Una probeta de vidrio de 2lts. graduado en mm
-Colorante Fluoresceína Sódica
Llenar el tanque transparente del equipo con una carga de agua hasta la
mitad de su volumen y mantenerlo estacionario con la válvula de desagüe
inferior.
Abrir la válvula de salida del tubo de vidrio y luego abrir la válvula
del inyector de colorante y observar su comportamiento, si se mantiene a modo
de un hilo coloreado extendido en toda la extensión del tubo se estará ante un
flujo laminar.
Para diferentes aperturas de la válvula de salida del tubo de vidrio
medir un volumen “V” en un tiempo “t” para obtener el caudal.
Q = V/t (m³/s)
Determinar para cada medida la velocidad del flujo en la siguiente forma
Q = V.A y
Q = v D²/4 V = 4Q/D² (m/s)
Con los diferentes valores de
la velocidad y temperatura calcular el N° de Reynolds.
Re = v D/ﬠ
Repetir todo lo anterior para cuando la carga de agua esté totalmente
llena y esté permanentemente rebosando por el vertedero interno y calcular los
Reynolds para este caso.
-Determinar el número de Reynolds.
-Definir el tipo de flujo (laminar y turbulento).
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Este equipo permite demostrar la ecuación de Bernoulli, la cual
determina la altura a la que se debe instalar una bomba y la altura. Además,
ayuda a estudiar el problema de cavitación en las bombas y turbinas.
-Banco de prueba hidráulica
-Equipo de prueba (Bernoulli)
Usar con:
-Cronómetro
-Fijar un caudal utilizando la
válvula de cierre de la bomba en el banco.
-Luego se procede a fijar el pitón a
la entrada de cada uno de los orificios que tiene el tubo Venturi.
-Luego, proceder a recolectar los
datos de altura, volumen y tiempo.
El procedimiento anterior se
repetirá de manera sucesiva hasta haber registrado cinco grupos de mediciones.
-Medición directa de la distribución de carga estática y total a lo
largo de un tubo Venturi.
-Determinación del coeficiente de medición con diferentes caudales.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un equipo para visualizar de los campos de las líneas de corriente
que se forman cuando un fluido a baja velocidad pasa a través de cuerpos
sólidos inmersos (perfiles hidrodinámicos, círculos, rectángulos, ángulos, etc).
-Construido íntegramente en
plexiglás, calidad cristal cero de 13 mm de espesor unido con pegamento y
tornillos que los hacen resistente a los impactos y con guarniciones de bronces
cromados.
-Tiene incorporado una cantidad
aproximada de 900 bolitas de vidrio que actúan como disipa-dores, filtro y
uniformizador de flujo.
-Está equipado con una válvula
esférica de 3/8” para el suministro de agua de la fuente externa y dos válvulas
esféricas de 1/2” para el desagüe.
-Está equipado con una cámara de
salida para recoger el agua que sale de la mesa para su evacuación.
-La mesa tiene 170 mm de altura, 440
mm de ancho y 1150 mm de largo; el espesor de las planchas es de 13 mm y
presenta un peso neto de 26.6 kg y un peso bruto de 37.0 kg.
-Un juego de perfiles.
-El equipo está concebido para
generar flujos planos bidimensionales en régimen laminar de apenas 3 mm de
espesor.
-Posee una cámara de disipación de
la energía de la fuente de suministro de agua mediante una cámara compuesta por
bolitas de vidrio, pasando luego a una cámara de reposo a través de una serie
de orificios de donde sale finalmente por rebosamientos a la mesa de observación
consistente en un vidrio plano de 8 mm de espesor cuadriculado y pavonado.
-Puede nivelarse mediante 4
tornillos instalados en la base y 2 niveles de burbuja instalados
transversalmente.
-La visualización de las líneas de
corriente se logra mediante la disolución de gránulos de permanganato de
potasio.
-Visualizar de los campos de las líneas de corriente.
- Determinar las fuerzas de arrastre y de sustentación.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un módulo complementario del Banco de Servicios Comunes, brinda una
introducción de bajo costo relativo al funcionamiento de las turbinas
hidráulicas.
-Turbina Pelton alojada en un gabinete de fundición, con tapa lateral de
acrílico transparente.
-Freno de Prony cargado con dinamómetros a resorte.
-Medición de la presión de la tobera inyectora.
-Con conectores rápidos para montar con facilidad sobre el Banco
Hidráulico de Servicios Comunes.
-Este equipo consta de un rotor tipo
Pelton en miniatura con tobera de aguja montada sobre un bastidor que se apoya
sobre el Banco Hidráulico de Servicios Comunes.
-La potencia mecánica generada por
la turbina es absorbida por un sencillo dinamómetro de fricción (freno de
Prony).
-La presión en la válvula de aguja
se visualiza en un medidor remoto.
-Puede utilizarse un tacómetro sin
contacto (no incluido) para determinar la velocidad del rotor Pelton.
Es posible demostrar los principios
básicos de la turbina Pelton y, por medio de mediciones apropiadas, también
determinar la potencia generada y su eficiencia.
Determinación de los parámetros de funcionamiento, es decir potencia,
eficiencia y par de una turbina Pelton a diversas velocidades.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Son vertederos de represa con diferentes formas que permiten
familiarizarse con la operación de este tipo de elementos y comparar su
comportamiento con las predicciones de la teoría.
-Vertederos metálicos compatibles con el Banco Hidráulico de Servicios
Comunes
-Limnímetro con nonio y soporte
-Amortiguador de turbulencias
El módulo complementario para estudiar Flujo sobre Vertederos consta de
5 elementos básicos que se utilizan conjuntamente con el canal de flujo
incorporado a la cubierta moldeada del Banco Hidráulico de Servicios Comunes:
-Se desenrosca un acoplamiento
rápido situado en la base del canal y se enrosca en su lugar una boquilla de
suministro.
-Se coloca un deflector de
amortiguación en las ranuras de las paredes del canal. La boquilla de entrada y
el deflector aseguran un flujo constante en el canal.
-Se monta un Limnímetro con nonio en
un porta instrumentos ubicado en los canales laterales de la cubierta moldeada,
el cual puede desplazarse a lo largo de los mismos hasta la posición de
medición deseada.
-Demostración de las características del flujo por una apertura
rectangular.
-Demostración de las características del flujo por una apertura
triangular o en V.
-Determinación del coeficiente de descarga.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un módulo para estudiar presión
hidrostática, complementario del Banco Hidráulico de Servicios Comunes, ha sido
diseñado para determinar el empuje estático ejercido por un fluido sobre un
cuerpo sumergido y contrastarlo con las predicciones teóricas habituales.
-Tanque para experiencias de empuje con patas roscadas para nivelación.
-Cuadrante plástico moldeado, con acabado de precisión.
-Brazo de balanza con contrapeso ajustable y porta pesas.
-Conectores de ajuste rápido para montar sobre el Banco Hidráulico de
Servicios Comunes.
-Un cuadrante está montado sobre un
brazo de balanza asentado sobre filos de cuchilla. Los filos coinciden con el
centro del arco del cuadrante. Por lo tanto, de todas las fuerzas hidrostáticas
que actúan sobre el cuadrante cuando éste está sumergido, la única que genera
un momento sobre el eje de apoyo, es ejercida sobre la cara rectangular del
corte, ya que el brazo de palanca de las demás es nulo por ser éstas radiales.
-El peso del cuadrante cuenta con un
contrapeso de posición ajustable y un platillo al que se le agregan las pesas
para compensar el empuje del líquido.
-Este conjunto va montado sobre un
tanque acrílico que puede ser nivelado mediante patas roscadas. El alineamiento
correcto está indicado por un nivel de burbuja circular montado sobre la base
del tanque.
-Un indicador fijado en un lado del
tanque muestra cuando el brazo está equilibrado en posición horizontal. El agua
entra por la parte superior del tanque mediante un tubo flexible y puede
vaciarse a través de una válvula fijada en un costado.
-Una escala situada en el lateral
del cuadrante indica el nivel de agua.
-Determinación de la posición del centro de la presión sobre una
superficie plana sumergida total o parcialmente.
-Comparación con la posición teórica.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un instrumento que sirve para demostrar
las características hidráulicas de los canales.
-Un tanque de sedimentación acrílico rígido que puede ser alimentado con
agua de red o lodo.
- Medición de la eficiencia de eliminación de sedimentos.
-Se llena de agua del canal.
-Esperar tiempo prudente para que sedimente.
-Ver el descenso de partículas.
-Comparación de regímenes de caudal
reales con modelos de flujo idealizados.
-Efecto de caudal y posición de los
deflectores en la dispersión.
-Medición de eficiencias en la
eliminación de sedimentos y relación de éstas con las características
hidráulicas.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un equipo que estudia el
principio de Arquímedes.
9.2.Partes:
-Equipo de estabilidad de cuerpos
flotantes.
-Determine las dimensiones del
cuerpo flotante (ancho, largo y alto).
-Introduzca el cuerpo (con todos sus
componentes) en el fluido.
-Determine el peso del cuerpo
flotante.
-Fije la distancia PQ dada por el
profesor.
-Determine el centro de gravedad
siguiendo el procedimiento indicado por el técnico.
-Mida los diferentes ángulos de
inclinación de la cubeta para cada 15 mm de desplazamiento del peso deslizable
que está en la barra fija interna. Para ello, inicialmente haga que la cuerda
del péndulo indique cero grados de inclinación. Después deslice hacia la
derecha el peso y léase el ángulo para las distancias de 15, 30, 45, 60 y 75
mm; repita el procedimiento para el lado izquierdo.
-Determine la distancia metacéntrica
experimental (QME).
-Repita los puntos 4 a 7 para cada
una de las distancias PQ asignadas por el profesor.
-Estudiar el principio de Arquímedes
y las condiciones de estabilidad rotacional.
-Demostrar la estabilidad rotacional
de un cuerpo flotante prismático: paralelepípedo rectangular.
-Verificar que la altura del
metacentro experimental del paralelepípedo rectangular es aproximadamente
constante e igual al valor teórico.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un conjunto de tuberías horizontales, la pérdida de carga se
manifiesta como una disminución de presión en el sentido de flujo. Además de
las pérdidas de cargas lineales, también se producen pérdidas de carga
singulares en puntos concretos como codos, ramificaciones, válvulas, etc.
-Tuberías de diferentes materiales, con diferentes diámetros y
longitudes; y colocadas en combinaciones de serie y paralelo
-Válvulas de varios tipos
-Bomba centrífuga
-Depósito
-Elementos singulares
-Medidores de caudal
-Manómetro
-Variación de la pérdida de carga con el caudal:
Se trata de medir la pérdida de carga entre dos secciones de la
instalación para diferentes valores del caudal circulante y de observar la
relación existente entre Q y hp.
-Pérdidas lineales y rugosidad:
Debe determinarse la pérdida de carga entre dos puntos de una tubería
separados cierta distancia, y sin que existe entre ellos ningún singular.
-Pérdidas singulares:
Se trata de medir las pérdidas de carga que producen diferentes
elementos singulares presentes en la instalación: codos, válvulas, etc.
-Determinar la cantidad de pérdidas por tuberías, haciendo incidencia en
la Ecuación de la Energía.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de
Hidráulica
Es un conjunto de canales con una pendiente variable (con un máximo del
40 %) que se utiliza para realizar medidas en ensayos de desplazamiento de
sedimentos, así como para la calibración de equipos similares.
El canal está compuesto por:
-Canal con paredes en vidrio
templado y lecho en acero inoxidable, sección 300x450 h mm, longitud 10 m, 12 m
12,5m, 15 m y 20 m.
-Tanque de descarga en acero
inoxidable, capacidad 3 m3
-Tanque de alimentación y de calma,
capacidad 0.6 m3
-Estructura de soporte en acero
inoxidable.
-Vertedero para descarga en aluminio
anodizado, cuya altura puede regularse mecánicamente
-Sistema con motor eléctrico para la
regulación del pendiente del canal
-Electrobomba centrifuga: caudal
máx. 150 m3 /h, altura de elevación máx. 9 m H2O.
-Medidor de caudal de lectura
directa, con diafragma calibrado.
Cuadro de mando que comprende:
- Interruptor general
-Mandos de la bomba y del sistema
para la regulación de la pendiente
-La bomba centrífuga
aspira el agua del recipiente de recogida y la envía al recipiente de calma,
donde una compuerta vertical, accionable manualmente y colocada antes de la sección
de prueba, permite configurar la altura de la carga hidráulica.
-La regulación del
caudal de agua suministrada por la bomba se realiza por medio de una válvula de
mariposa.
-En el fondo del canal
está presente una serie de orificios roscados escamoteables (paso 250 mm), a
utilizar para la fijación de los modelos opcionales y una serie de orificios pasantes
que se utilizan para determinar los valores de presión.
-A lo largo de ambos
lados del canal está colocado un riel de guía sobre el cual se desliza el carro
porta accesorios e instrumentos.
-Es posible inclinar el
fondo del canal hasta un máximo de 3°, simulando las normales pendientes de los
canales reales; es posible también obtener un leve contrapendiente.
-El grupo es suministrado
con una serie completa de manuales, en los cuales está transcrita la
descripción de la unidad, la puesta en función, las modalidades operativas y algunas
experiencias didácticas acompañadas por resultados experimentales.
- Estudiar los fenómenos hidrodinámicos de las corrientes de superficie
libre en los canales abiertos con pendiente variable.
Fuente: UPN Trujillo San Isidro – Laboratorio de Hidráulica
En este manual se detalla la definición, partes, descripción o
procedimiento y demostraciones prácticas de los 11 equipos (Descarga por
orificio, Cubo de Reynolds, Demostración de la ecuación de Bernoulli, Mesa de
línea de corriente o mesa de Stokes, Turbina Pelton, Vertederos, Mesa de centro
de presiones, Tubo de sedimentación, Banco de pérdidas por tuberías, y Canal de
pendiente variable) presentes en el laboratorio de Hidráulica UPN Trujillo,
para el aprovechamiento y ampliación de conocimientos de los estudiantes de
Ingeniería Civil y carreras afines.
-Banco de pérdidas de carga.pdf.
(s. f.). Recuperado de http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanica-general/Manuales/Perdidasdecarga.pdf
-Canal de pendiente variable.pdf.
(s. f.). Recuperado de http://didacta.it/allegati/main_catalogs/CE_H91_8D_S.PDF
-Cubo de Reynolds. (s. f.).
Recuperado 20 de julio de 2018, de https://es.scribd.com/doc/57973067/Cubo-de-Reynolds
-Determinación del Centro de
Presiones y Estabilidad de Cuerpos Flotantes .pdf. (s. f.). Recuperado 30
de julio de 2018, de https://es.scribd.com/document/241994418/Laboratorio-N-1-Determinacion-del-Centro-de-Presiones-y-Estabilidad-de-Cuerpos-Flotantes-pdf
-Estabilidad de cuerpos flotantes.
(s. f.). Recuperado 20 de julio de 2018, de www.unet.edu.ve/~aostos/.../Estabilidad%20de%20un%20cuerpo%20flotante.pdf
-F1-15 : Demostración del Teorema de
Bernoulli. (s. f.). Recuperado 20 de julio de 2018, de http://discoverarmfield.com/es/products/view/f1-15/demostracion-del-teorema-de-bernoulli
-F1-13 : Flujo Sobre Vertederos.
(s. f.). Recuperado 20 de julio de 2018, de http://discoverarmfield.com/es/products/view/f1-13/flow-over-weirs
-F1-17a : Descarga por Orificios.
(s. f.). Recuperado 20 de julio de 2018, de http://discoverarmfield.com/es/products/view/f1-17a/descarga-por-orificios
-F1-25 : Demostración de Turbina
Pelton. (s. f.). Recuperado 20 de julio de 2018, de http://discoverarmfield.com/es/products/view/f1-25/demostracion-de-turbina-pelton
-Mesa de flujo laminar y analogías de
stokes. (s. f.). Recuperado 20 de julio de 2018, de https://es.scribd.com/doc/315577712/mesa-de-flujo-laminar-y-analogias-de-stokes
-W7MkII : Tanque de Sedimentación.
(s. f.). Recuperado 20 de julio de 2018, de http://discoverarmfield.com/es/products/view/w7mkii/tanque-de-sedimentacion
Fuente: Propia
