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8/18/2019 informe de hidraulica.docx

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LABORATORIO #1Universidad de sucre

ESTUDIO DE LAS LÍNEAS DE ENERGÍA Y DE ALTURASPIEZOMETRICAS

CON FLUJO ESTACIONARIO

Presentado a: ING: Publio Colon BeníteM!"í! Ce"#e"! t!bo"$!% el#e" G!l#&n Jo"$&n% Le'lie M!"tíne C!"lo'

O"ti Mon'!l#e ( Ro)!"io *&'+ue G,)e-

Facultad de Ingeniería.

VI Semestre, Programa de Ingeniería Civil.

Int"o$u..i,n

La hidráulica es una rama de la física que estudia el comortamientode los !uidos en funci"n de sus roiedades esecí#cas Cuando se

trata del !u$o que transita en una tu%ería, act&an tres fuer'as: $e/"e'i,n% 0"!#it!.ion!le' ( $e 1"i..i,n las rimeras siemre tratande acelerar el !u$o. Las fuer'as gravitacionales (o de eso) tratan deacelerar el !u$o si este se mueve desde una cota alta a una cota %a$ao tratan de frenarlo si el movimiento es en sentido contrario. Lasfuer'as de fricci"n siemre tratan de frenarlo. *n el caso del !u$o esuniforme a trav+s de una tu%ería con endiente negativas en elsentido del !u$o, eiste un equili%rio entre las fuer'as de fricci"n, orun lado, - las fuer'as gravitacionales - de resi"n, or el otro. *lro%lema del !u$o uniforme, el cual es %ásico ara el diseo desistema de tu%erías. /e%ido a sus alicaciones nos enfocaremos acalcular las +rdidas causadas or la fricci"n - a las líneas degradiente hidráulico o líneas de altura ie'om+tricas. Ca%e resaltarque en ro%lemas de !u$o de !uidos estas $uegan un ael viral %iensean en: conductos a%iertos o cerrados canales, reresas -(tu%erías)0 estas ueden determinarse si se di%u$a el er#l de latu%ería a escala, dicha línea no solo ermite determinar la altura deresi"n en un unto cualquiera sino que además muestra a simlevista la variaci"n de resi"n en toda la longitud de la tu%ería. *n

cuanto a su direcci"n es recta si - solo si la tu%ería es recta - dediámetro uniforme. Para las curvaturas graduales que se encuentran


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a menudo en tu%erías largas, la desviaci"n de una línea recta seráequea. Por suuesto si eisten +rdidas locales de carga, ademásde las de%idas a la fricci"n, se ueden roducir caídas reentinas enesta línea. Los cam%ios de diámetro con las consiguientes variacionesde velocidad, tam%i+n causarán cam%ios a%rutos en dicha línea. *n

un tu%o de ilot, con su etremo a%ierto auntando aguas arri%a,registrara la energía cin+tica del !u$o - or tanto indicara la cargatotal P12 3 4 3 V56167. La distancia vertical desde un unto so%re

LABORATORIO #1

Universidad de sucre

8n tu%o de corriente hasta el nivel de altura ie'ometrica 9eresentala altura estática del !u$o en ese unto. La distancia desde el nivel dellíquido en el tu%o ie'"metro hasta el tu%o del ilot corresondeV56167. la línea tra'ada or los niveles del líquido de los tu%os deilot se /enominan líneas de energía (L*). Para el !u$o de un !uido

ideal, la línea de energía es hori'ontal, uesto que no ha- erdidas decarga0 ara un !uido, real la línea de energías tiene una endientehacia a%a$o en la direcci"n del !u$o de%ido a las erdida de cargagenerada or la ;fricci"n interna del !uido< *l termino P12 3 4 sedenomina la altura ie'om+trica or que reresenta el nivel hastadonde su%irá el líquido or un tu%o ie'"metro.

OBJETI*OS GENERALES

•

render a Construir las líneas de alturas ie'ometricas - deenergía total, ara el diseo de un sistema de tu%erías.

OBJETI*OS ESPECIFICOS

• nali'ar situaciones hidráulicas en las cuales las líneasie'ometricas, - de energía no son de gradiente constante.

• licar los concetos de línea de energía - línea de alturasie'ometrica

MATERIALES Y ELEMENTOS


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=odulo hidráulico ara el estudio de líneas ie'ometricas (LP) -de energía (L*), cron"metro digital con aroimaci"n a >.>?segundos, cali%rador - !e"metro.

Ilustración 1RELOJ DIGITAL FLEXOMETROCALIBRADOR

LABORATORIO # 1Universidad de sucre

RE*ISION DE LITERATURA

FLUJO DE FLUIDOS:

/esde el unto de vista de su comortamiento mecánico, un !uido esuna sustancia que no uede resistir esfuer'o cortante. Si +ste seresenta, el !uido se deforma - contin&a deformándose mientras

eista el esfuer'o cortante. *n este roceso de deformaci"n continualas diferentes artes del !uido cam%ian de osici"n relativaermanentemente, a la ve' que tienen un movimiento relativo conresecto a un contorno s"lido. *sta com%inaci"n de movimientos seconoce como !u$o. *n t+rminos sencillos, !u$o es el movimiento de un!uido con resecto a un sistema inercial de coordenadas,generalmente u%icado en un contorno s"lido. *$emlos de !u$o son elmovimiento del agua en el cauce de un río, el movimiento del aguasu%terránea a trav+s del su%suelo -, or suuesto, el movimiento de!uidos en el interior de tu%erías (Saldarriaga, 6>>@, ág. 6).

ECUACION DE CONTINUIDAD


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La ecuaci"n de continuidad es una consecuencia del rinciio deconservaci"n de la masa. Para un !u$o ermanente, la masa de !uidoque atraviesa cualquier secci"n de una corriente de !uido, or unidadde tiemo, es constante. *sta uede calcularse como sigue:

Para !uidos incomrensi%les - ara todos los casos rácticos en queA?BA6, la ecuaci"n se transforma en:

B?DV?B6DV6B constante en mE1s.

/onde - V son resectivamente el área de la secci"n recta en m6 -la velocidad media de la corriente en m1s.

ECUACI2N DE LA ENERGÍA3

Se o%tiene la ecuaci"n de la energía al alicar al !u$o !uido elrinciio de conservaci"n de la energía. La energía que osee un!uido en movimiento está integrada or la energía interna - lasenergías de%idas a la resi"n, a la velocidad - a su osici"n en el

esacio. *n la direcci"n del !u$o, el rinciio de energía se traduce enla siguiente ecuaci"n, al hacer el %alance de la misma:

*sta ecuaci"n en los !u$os ermanentes de !uidos incomrensi%lescon variaciones en su energía interna desrecia%le, se reduce a:

La cual se conoce con el nom%re de teorema de Bernoullie.

LINEA DE ENERGIA O DE ALTURAS TOTALES

La línea de alturas totales es la reresentaci"n grá#ca de la energíade cada secci"n. Para cada secci"n reresentativa uedereresentarse, resecto de un lano de referencia, la energía total(como va lineal en metros de !uido) - la línea o%tenida de esta formaes de gran a-uda en muchos ro%lemas de !u$os. La línea de energíastotales tiene una endiente decreciente (cae) en el sentido del !u$o,eceto en las secciones donde se aade energía mediantedisositivos mecánicos.


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LINEA DE ALTURAS PIEZOMETRICAS

La línea de alturas ie'om+tricas está situada or de%a$o de la líneade alturas totales en una cantidad igual a la altura de velocidad en lasecci"n corresondiente. Las dos líneas son aralelas ara todos los

tramos en que las secciones rectas tienen la misma área. La ordenadaentre el e$e de la corriente de la línea de alturas ie'om+tricas esigual a la altura de resi"n en la secci"n en cuesti"n.

POTENCIA

La otencia se calcula multilicando el caudal en eso, g1seg, (A)or la energía G en gm1g.

sí resulta la ecuaci"n

Potencia P BADDG B g1mE mE1seg gmHggm1seg

Potencia en CV B (ADDG)1@J0 (7iles, ?KKK, ágs. @6,@)


PROCEDIMIENTO

!1 Identi#que los comonentes del sistema a utili'ar - su modo deoeraci"n.

4-5 9ealice un esquema a escala del sistema - anote cada una de lasdimensiones - diámetros de los comonentes, - cotas con resecto aun nivel de referencia (uede ser el is del la%oratorio). *l diámetroeterno se medirá con el cali%rador.

4-4 Por cada gruo de estudiantes, se tra%a$ara en varias líneas detra%a$o instalados en el m"dulo a tra%a$ar.

4-6 =ida la longitud - el diámetro de la tu%ería de descarga (a artirde la %om%a), hasta la rimera válvula de cierre ráido de control delman"metro diferencial. Mome dato de los accesorios resente en el

tramo de la tu%ería hasta la línea de tra%a$o.


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4-7 %ra la válvula del %a- Pas - onga a funcionar a electro%om%adel m"dulo en el ta%lero de control.

4-8 %ra las válvulas de comuerta en la tu%ería de descarga. Con laválvula del %a- Pas seleccione un caudal, con una resi"n en el

man"metro del %ourdon de 6.J P.S.I, seguidamente af"relo medianteel rocedimiento volum+trico en el tanque de recirculaci"n, arama-or recisi"n realice tres (E) medidas, - tome el romedio.

4-9 =ida los niveles del mercurio en el man"metro diferencial -o%tenga la caída de resi"n en el tramo de la tu%ería tra%a$ado.

4-: 9ealice nuevamente los asos E.N - E.@ con otros caudales aresiones de J.> - @.J P.S.I, resectivamente.


C;LCULOS Y RESULTADOSDATOS " RESULTADOS

continuaci"n se muestran los datos o%tenidos en el la%oratorio dehidráulica ara reali'ar las Líneas de *nergía - lturas Pie'ometricasque se resentan en un sistema de tu%erías:

Cauda L$nea

% &v'u(en) *+&c( de ,-) . &c() L'n- &() P &/si)

v'! &C() 0 &se-) +1 + .1 .

Q1 Cambio graduado 1 - 1/2 9000 9,667 37,2 38,2 143 143 4,85 19

Cambio brusco 1 - 1/2 9000 8,9 45,6 61,5 143 143 4,85 17,5

Q2 Cambio graduado 1 - 1/2 9000 9,833 39 66,2 143 143 4,85 20

Cambio brusco 1 - 1/2 9000 10,667 45,1 60,02 143 143 4,85 19,5

Q3 Cambio graduado 1 - 1/2 9000 21,25 49,2 56,15 143 143 4,85 39

Cambio brusco 1 - 1/2 9000 25,9 51,02 54,03 143 143 4,85 40


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Se anea la ta%la de ta%la con los diámetros internos utili'ados arao%tener las velocidades del !u$o en cada línea de tra%a$o.

L$nea de 0ra2a3'Di4(e0r'e50ern' 1

&()

Di4(e0r'e50ern'

&()RDE

Di4(e0r'in0ern' 1

&()

Di4(e0r'in0ern' &()

Cambio brusco 1 - 1/2 0,0334 0,0213 21 0,030 0,019

Cambio graduado 1 - 1/2 0,0334 0,0213 21 0,030 0,019

Para cada línea de tra%a$o se romedia el tiemo - se halla el caudal

de la siguiente manera:Q=

Volumen

Tiempo

*l volumen del tanque del sistema de tu%erías es de K>>> cmE, sehace la conversi"n a mE.

Volumen=9000 cm3 x 1m

3

(100cm)3

¿9 x103m3

Ma%la de Caudales calculados con diámetros internos reales.

# Cauda L$nea &0u2er$a)Di4(e0r' in0ern'

16 &()Di4(e0r' in0ern'

176 &()Cauda cacuad'

&(7s)

Q1

Cambio graduado 1 - 1/2 0,030 0,019 9,E-04

Cambio brusco 1 - 1/2 0,030 0,019 1,E-03

Q2


Cambio brusco 1 - 1/2 0,030 0,019 8,E-04

Q3


Cambio brusco 1 - 1/2 0,030 0,019 3,E-04


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Las alturas o%tenidas en CmOGg en el la%oratorio se convierten ametros columna de agua (m.c.a.) - se hallan las alturas ie'ometricascorresondientes a cada línea de tra%a$o.

Cauda L$nea de Tra2a3' ,1 ,+ /ie89(e0r' &()

"1 "

Q1 Cambio graduado 1 - 1/2 37,2 38,2 5,04804 5,1837

Cambio brusco 1 - 1/2 45,6 61,5 6,18792 8,3456

Q2 Cambio graduado 1 - 1/2 39 66,2 5,2923 8,9833

Cambio brusco 1 - 1/2 45,1 60,02 6,12007 8,1447

Q3 Cambio graduado 1 - 1/2 49,2 56,15 6,67644 7,6196

Cambio brusco 1 - 1/2 51,02 54,03 6,923414 7,3319

Se hace muestra del rocedimiento ara el cálculo de la velocidad,erdida or fricci"n - el cálculo de la energía cin+tica de una línea detra%a$o - se anea la ta%la comleta con todas las líneas de tra%a$oasignadas.

• Para Línea de Mra%a$o con cam%io graduado de tu%ería ?< a


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P1

w +

V 12

2g −hf =

P2

w +

V 22

2g

hf =( P1w +

V 12

2 g )−( P2w +

V 22

2 g )hf =0,569m

7radiente de Perdida:

S=

(

hf

L

)=

(

0,569m

4,85m

)=0,1173


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LABORATORIO # 18RIV*9SI// /* S8C9*

CUESTIONARIO

?: *n un lano equeo - a escala, resente un esquema comletodel sistema utili'ado, este de%erá utili'ar las convecciones aradi%u$o de tu%erías, válvulas - cotas asignadas.

*squema?. /i%u$o de los sistemas de tu%ería utili'adas como líneasde tra%a$o en el gruo de la%oratorio.

53 *n el esquema anterior di%u$e las líneas de altura total, líneas deenergía (L*), líneas de alturas ie'ometricas (LP), ara cada uno delos caudales - sistemas de tu%erías ensa-ados.

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PARA CA!A" 2#

Cambio $raduado#


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Cambio %rusco#

PARA CA!A" 3#

Cambio $raduado#

Cambio %rusco#


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63 /li+ue /o"+ue l!' líne!' LP ( LE 'on t"!)o' $e "e.t!'%/!"! e'te 'i'te)!=

R- ? las líneas LP - L* son rectas ara este sistema de%ido a que los tu%os

conservan a lo largo de su longitud el mismo diámetro, - or endeárea en su secci"n transversal - la misma velocidad. demás las líneassiguen la direcci"n del !u$o - este se mueve en línea recta así or lo tantolas líneas LP - L* son rectas.

7: TUtili!n$o e'+ue)!' $e 'i'te)!' @i$"&uli.!'% e>/li+ue)e$i!nte el u'o $e l!' LP ( LE% en +ue 'itio 'e /"e'ent!"!n/"e'ione' )!no)t"i.!' )eno"e' +ue l! !t)o'1"i.!% ( .o)o!1e.t! e't! 'itu!.i,n el 1un.ion!)iento $e un 'i1,n $e unl!#!)!no'% en un! e$i.!.i,n=

R- ?Las %a$as resiones imlementan un %uen funcionamiento delsif"n, -a que este funciona en %ase a la diferencia de resiones queeista en el unto de entrada del !uido0 en ese unto se de%e cumlirla siguiente condici"n que la resi"n atmosf+rica de%e ser ma-or aldel unto con el #n de romover forma efectiva la una evacuaci"n del!uido.


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LABORATORIO # 18niversidad de sucre

ANALISIS DE RESULTADOS

l reali'ar el la%oratorio - reali'ar los cálculos de o#cina se uede

a#rmar que las líneas de altura ie'ometrica siemre se encuentran

or de%a$o de la línea de energía total, el rocedimiento de

la%oratorio - los resultados o%tenidos ara reali'ar las líneas de

energía - altura ie'ometrica se reali'aron de manera correcta

o%teniendo resultados veraces - correctos. Se uede decir que las

líneas solo son aralelas cuando los tramos de las líneas de tra%a$o

son secciones rectas que tienen la misma área - tienen el !u$o en la

misma direcci"n solo encontrando accesorios en su tra-ecto. Para el

tra%a$o asignado de las líneas de tra%a$o de cam%io graduado -

%rusco de ?< a < se encuentra que las líneas no son aralelas,de%ido a los cam%ios de secci"n en la tu%ería lo cual generan un

cam%io de resi"n en el sistema.

*n el ensa-o se uede o%servar que las +rdidas son ma-ores en la

línea de tra%a$o de cam%io graduado o con accesorio de reducci"n -

menores en la línea de tra%a$o de cam%io %rusco. Ca%e denotar que

en los resultados ara el caudal uno se uede o%servar que las

+rdidas son ma-ores en el cam%io %rusco de ? a


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un J>U de erdida inferior de la línea de cam%io graduado a cam%io

%rusco.

LABORATORIO # 18niversidad de sucre

CONCLUSIONES

artir de lo desarrollado en el la%oratorio - comlementos con loscálculos de o#cina es reciso a#rmar que la línea de alturaie'ometrica siemre se encuentra or de%a$o de la línea de energíatotal esto se ude considerar como un indicativo ara veri#car que elrocedimiento - los resultados ha-an sido los correctos. demás laslíneas son aralelas cuando los tramos de las secciones rectas tienenla misma área - siemre contin&en en la misma direcci"n del !u$o.

Por otra arte se ude decir que los aditamentos en tu%os siemredisminu-en el caudal - aumenta las +rdidas resentándose o nocam%ios en la direcci"n del !u$o, estas +rdidas no solo deenden deladitamento si no del material con que est+n fa%ricados siendo lostu%os PVC los que generan menos +rdidas. Modo eso es &til en la vidarofesional -a que se usan ara tra%a$ar en sistemas de acueductos o%ien en redes de tu%erías relacionando las varia%les como caudal,longitud, diámetro, etc. *n donde la ma-or utilidad se hace con las

líneas de altura ie'ometricas.

RECOMENDACIONES

• Se de%e tener leno conocimiento so%re el mane$o de los equios dela%oratorio ara no tener accidentes que causen ro%lemas en elmismo.


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• Veri#car que en el sistema de tu%erías no eistan fugas o +rdidas enlos accesorios, ues esto conlleva a errores en los datos.

• l medir el caudal se de%e tener recisi"n al man"metro de tomar eltiemo - el a%rir las llaves o%tener me$ores resultados.

• Llevar al la%oratorio los materiales - vestuarios adecuados como%ata, 'aatos, u otros accesorios.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

• "&'() Cua**a Ricardo A+ (*(m(os d( dis(.o d( acu(duco

a*caari**ado+ Edioria* Escu(*a Co*ombiaa d( g(i(ra+ 1+999

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