Diseño de la estructura de funcionamiento del laboratorio de hidráulica de la sede Ciudadela Universitaria El Porvenir

TABLA DE CONTENIDO

1 BANCO HIDRODINÁMICO P-6100 ... 1

1.1 INTRODUCCIÓN ... 1

1.2 LISTADO DE SIMBOLOS ... 2

1.3 DESCRIPCIÓN ... 5

1.3.1 GENERAL ... 5

1.3.2 ESPECIFICACIONES GENERALES ... 5

1.3.3 CIRCULACIÓN DEL AGUA ... 5

1.3.4 UNIDADES DE BOMBA Y MOTOR ... 6

1.3.5 MANOMETRO Y VALVULA DE SELECCIÓN ... 7

1.3.6 ACCESORIO DE BANCO HIDRODINAMICO ... 7

1.3.6.1 Bomba auxiliar y unidad de control de velocidad P6101 ... 7

1.3.6.2 Pantalla de velocidad de la bomba P6102 ... 8

1.3.6.3 Tanque de entrada de cabeza constante P6103 ... 8

1.3.6.4 Tanque de salida de cabeza variable P6104 ... 8

1.3.6.5 Bloque de alimentación P6105 ... 8

1.3.6.6 Manómetro P6106 ... 8

1.3.6.7 Gancho de calibre y escala P6107 ... 9

1.3.6.8 Rotámetro P6108 ... 9

1.3.6.9 Vatímetro P6109 ... 9

1.3.7 CAPACIDAD DE EXPERIMENTO DE BANCO HIDRODINÁMICO ... 17

1.4 INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA ... 18

1.4.1 INSTALACIÓN ... 18

1.4.1.1 Bomba auxiliar P6101 ... 18

1.4.1.2 Pantalla de velocidad de la bomba P6102 ... 18

1.4.1.3 Tanque de entrada de cabeza constante P6103 ... 18

1.4.1.4 Tanque de salida de cabeza variable P6104 ... 18

1.4.1.5 Bloque de alimentación P6105 ... 19

1.4.1.6 Manómetro P6106 ... 19

1.4.1.7 Gancho de calibre y escala P6107 ... 19

1.4.1.9 Vatímetro P6109 ... 19

1.4.2 ACONDICIONAMIENTO ... 21

1.4.2.1 Llenado del manómetro con Mercurio. ... 21

1.4.2.2 Ajuste del tablero del Manómetro ... 21

1.4.2.3 Esterilización ... 22

1.5 INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN ... 22

1.5.1 PROCEDIMIENTO DE INICIO ... 22

1.5.2 CONTROL DE FLUJO ... 22

1.5.2.1 Operación velocidad constante ... 22

1.5.2.2 Operación velocidad variable ... 22

1.5.3 MEDICIÓND DE FLUJO ... 22

1.5.3.1 Tanque volumétrico ... 23

1.5.3.2 Medición del vertedero ... 23

1.5.3.3 Rotámetro P6108 ... 23

1.5.4 MEDICIÓN DE PRESIÓN ... 23

1.5.5 PROCEDIMIENTO DE PARADA ... 24

1.5.6 ALMACENAMIENTO ... 24

1.6 MANTENIMIENTO ... 24

1.6.1 GENERAL ... 24

1.6.2 CALIBRACIÓN DE LA PANTALLA DE VELOCIDAD DE LA BOMBA P6102 ... 24

1.6.3 ESTERILIZACIÓN DEL SISTEMA DE AGUA ... 25

1.6.3.1 General ... 25

1.6.3.2 Método de tratamiento ... 25

1.6.3.3 Frecuencia del tratamiento ... 25

2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS ... 26

2.1 INTRODUCCION ... 26

2.2 DESCRIPCIÓN DE LOS ACCESORIOS ... 26

2.2.1 ACCESORIO P6242 BANCO HIDROSTÁTICO ... 26

2.2.1.1 Artículos montados en el banco ... 27

2.2.1.2 Equipo adicional que forman parte de P6242 banco hidrostático ... 27

2.2.1.3 Generalidades de la instalación ... 28

2.2.2 ACCESORIO 6243 BAROMETRO ARAENOIDE ... 28

2.3 TEORÍA GENERAL DE FUNCIONAMIENTO ... 29

2.3.1 DENSIDAD Y DENSIDAD RELATIVA ... 29

2.3.2 VISCOCIDAD. ... 30

2.3.2.1 Viscosímetro capilar. ... 31

2.3.3 CAPILARIDAD ... 31

2.3.4 TENSION SUPERFICIAL ... 32

2.3.4.1 Placa Wilhelmy ... 32

2.4 EXPERIMENTOS ... 34

2.4.1 PRUEBA # 1 LA DENSIDAD Y DENSIDAD RELATIVA ... 35

2.4.1.1 Experimento #1 Botella de gravedad especifica ... 35

2.4.1.2 Experimento #2 tubo de hares (tubo liebre). ... 36

2.4.1.3 Experimento #3 hidrómetro ... 36

2.4.2 PRUEBA # 2 VISCOSIDAD ... 38

2.4.2.1 Experimento #1 Viscosímetro capilar ... 38

2.4.2.2 Experimento #2 Viscosímetro de la esfera descendente ... 39

2.4.3 PRUEBA #3 CAPILARIDAD ... 40

2.4.3.1 Experimento #1 Orificios de tubo cilíndrico ... 40

2.4.3.2 Experimento #2 Placa de vidrios paralela ... 40

2.4.4 PRUEBA #4 TENSIÓN SUPERFICIAL ... 41

2.4.4.1 Experimento #1 Placa de Wilhelmy ... 41

2.4.4.2 Experimento #2 anillo Du Nouy Ring ... 42

2.4.4.4 Experimento #2.3 Método del anillo Du Noüy ... 45

3 ESTATICA DE FLUIDOS ... 47

3.1 INTRODUCCION ... 47

3.2 DESCRIPCIÓN DE LOS ACCESORIOS ... 48

3.2.1 ACCESORIO P6242 ... 48

3.2.2 ACCESORIO P6237 APARATOS DE CENTRO DE PRESION... 48

3.2.3 ACCESORIO P6235 CARACTERÍSTICAS DE FLOTACIÓN DE UN RECIPIENTE DE FONDO PLANO 49 3.2.3.1 Características de flotación de Buque de fondo plano Tipo P6235 ... 49

3.2.4 ACCESORIO P6236 FLOTACION CON CASCOS ... 49

3.2.5 ACCESORIO P6234 CALIBRACION E INDICADORES DE PRESION ... 50

3.2.5.1 Generalidades ... 50

3.2.5.2 Descripción ... 50

3.3 TEORÍA GENERAL DE FUNCIONAMIENTO ... 51

3.3.1 ACCESORIO P6242 BANCO HIDROSTATICO ... 51

3.3.1.1 Demostración del principio de Arquímedes. ... 51

3.3.1.2 Efecto de la presión del líquido en el cambio de nivel ... 52

3.3.1.3 Bramah prensa hidráulica ... 52

3.3.2 ACCESORIO P6234 CALIBRACION DE INDICADORES DE PRESION ... 53

3.3.2.1 Análisis generales ... 53

1.1.1.1 Análisis de errores... 54

3.3.3 ACCESORIO P6235 – P6236 CARACTERÍSTICAS DE FLOTACIÓN DE UN RECIPIENTE DE FONDO PLANO ... 55

3.3.3.1 Flotabilidad. ... 55

3.3.3.2 Radio metacéntrico Ilustración 23 - Determinación teórica. ... 56

3.3.3.3 Determinación del centro de gravedad para el sistema de pontones compuesto. ( ... 58

3.3.3.4 Ilustración 24) ... 58

3.3.4 ACCESORIO P6237 CENTRO DE PRESION ... 58

3.3.4.1 Relación entre presión y profundidad ... 58

3.3.4.2 Presión actuando sobre una superficie sumergida ... 59

3.3.4.4 Aplicación del accesorio P6237 de centro de presión ... 62

3.4 EXPERIMENTOS ... 65

3.4.1 PRUEBA #1 DETERMINACIÓN DEL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES (P6242) ... 66

1.1.1.2 Procedimiento experimental. ... 66

3.4.2 PRUEBA #2 EFECTO DE LA PRESION DEL FLUIDO EN EL CAMBIO DE NIVEL (P6242) ... 67

3.4.2.1 Aparato de nivel de líquido del pascal ... 67

3.4.2.2 Mirilla con gancho calibrador vernier ... 68

3.4.2.3 Manómetro. ... 69

3.4.3 PRUEBA# 3 PRENSA HIDRÁULICA DE BRAMAH (P6242) ... 69

3.4.3.1 Prensa hidráulica de Bramah ... 69

3.4.4 PRUEBA #4 CENTRO DE PRESON (P6237) ... 71

3.4.4.1 Procedimiento experimental: ... 71

3.4.4.2 Resultados y análisis: ... 71

3.4.5 PRUEBA #5 CARACTERISTICAS DE FLOTACIÓN CON DIFERENTES SECCIONES DE CASCOS (P6236) ... 72

3.4.6 PRUEBA #6 APARATO DE ALTURA METACENTRICA (P6235) ... 72

3.4.6.1 Determinación de las características de flotación para el pontón descargado ... 72

3.4.6.2 Determinación de las características de flotación para el pontón cargado ... 73

3.4.6.3 Determinación del efecto sobre las características de flotación de la alteración del centro de gravedad del pontón, con carga total dada. ... 73

3.4.6.4 Resultados y cálculos. ... 74

3.4.7 PRUEBA # 7 CALIBRACIÓN DEL MEDIDOR DE PRESIÓN (P6234) ... 76

3.4.7.1 Preparación del equipo ... 76

3.4.7.2 Procedimiento experimental ... 76

3.4.7.3 Resultados y análisis ... 77

4.1 INTRODUCCIÓN ... 78

4.2 LISTADO DE SIMBOLOS ... 79

4.3 DESCRIPCIÓN DE LOS ACCESORIOS ... 80

4.3.1 ACCESORIO P6105 ROTAMETRO ... 80

4.3.2 ACCESORIOS P6227 MEDIDOR VENTURI ... 81

4.3.3 ACCESORIO P6228 MEDIDOR DE PLACA DE ORIFICIO ... 81

4.3.4 ACCESORIO P6229 MEDIDOR DE TURBINA ... 82

4.3.5 ACCESORIO P6230 TUBO PITOT ESTATICO ... 83

4.3.6 ACCESORIO P6239 EQUIPO DE MEDICIÓN DE FLUJO ... 83

4.3.6.1 Ampliación repentina ... 84

4.3.6.2 Medidor Venturi ... 85

4.3.6.3 Placa de orificio ... 85

4.3.6.4 Codo ... 86

4.3.6.5 Rotámetro ... 86

4.4 TEORIA DE FUNCIONAMIENTO ... 86

4.4.1 ACCESORIO P6108 - ROTÁMETRO: ... 86

4.4.2 ACCESORIO P6227 – MEDIDOR VENTURI: ... 88

4.4.3 ACCESORIO P6228 – PLACAS DE ORIFICIOS: ... 89

4.4.4 ACCESORIO P6229 – CAUDALIMETRO DE TURBINA: ... 91

4.4.5 ACCESORIO P6230 – TUBO PITOT ESTATICO: ... 92

4.4.5.1 Registro de la regla lineal para puntos transversales en tres diámetros en un conducto circular. 93 4.4.6 ACCESORIO P6239 – EQUIPO DE MEDICIÓN DE FLUJO: ... 94

4.4.6.1 Perdida de cabeza en ampliación repentina ... 94

4.4.6.2 Medidor venturi... 96

4.4.6.3 Placas de orificios ... 96

4.4.6.4 Flujo al rededor curvas y codos ... 96

4.4.6.5 Rotámetro ... 97

4.5 EXPERIMENTOS ... 97

4.5.1 CONFIGURACIONES DE LOS ACCESORIOS PARA LOS EXPERIMENTOS ... 97

4.5.1.1 Rotámetro ... 98

4.5.1.2 Medidor de turbina ... 98

4.5.2 EXPERIMENTO # 1 MEDICIÓN DE FLUJO UTILIZANDO UN ROTAMETRO ... 98

4.5.2.1 Objetivo ... 98

4.5.2.2 Preparación del equipo ... 98

4.5.2.3 Procedimiento experimental ... 98

4.5.2.4 Resultados y análisis ... 99

4.5.2.5 Hoja de resultados ... 100

4.5.3 EXPERIMENTO # 2 MEDICIÓN DE FLUJO UTILIZANDO UN MEDIDOR VENTURI ... 101

4.5.3.1 Objetivo ... 101

4.5.3.2 Preparación del equipo ... 101

4.5.3.3 Procedimiento experimental ... 101

4.5.3.4 Resultados y análisis ... 101

4.5.3.5 Hoja de resultados ... 102

4.5.4 EXPERIMENTO # 3 MEDICIÓN DE FLUJO UTILIZANDO PLACAS DE ORIFICIOS ... 103

4.5.4.1 Objetivo ... 103

4.5.4.2 Preparación del equipo ... 103

4.5.4.3 Procedimiento experimental: ... 103

4.5.4.4 Resultados y análisis ... 103

4.5.4.5 Tabla de resultados ... 104

4.5.5 EXPERIMENTO # 4 MEDICIÓN DE FLUJO UTILIZANDO MEDIDOR DE TURBINA ... 106

4.5.5.1 Objetivo ... 106

4.5.5.2 Preparación del equipo ... 106

4.5.5.3 Procedimiento experimental ... 106

4.5.5.4 Resultados y análisis ... 106

4.5.5.5 Tabla de resultados ... 106

4.5.5.6 Resultados y gráficos de muestra ... 107

4.5.6 EXPERIMENTO # 5 MEDICIÓN DE FLUJO UTILIZANDO UN TUBO PITOT ESTATICO ... 108

4.5.6.1 Objetivo ... 108

4.5.6.2 Preparación del equipo ... 108

4.5.6.3 Procedimiento experimental ... 108

4.5.6.4 Resultados y análisis ... 108

4.5.6.5 Hoja de resultados ... 109

4.5.6.6 Muestra de resultados y gráficos ... 109

4.5.7.1 Objetivo ... 112

4.5.7.2 Método experimental general ... 112

4.5.7.3 Resultados y análisis ... 112

4.5.7.4 Hoja de resultados ... 113

5 IMPACTO DE CHORROS ... 115

5.1 INTRODUCCIÓN ... 115

5.2 DESCRIPCIÓN DEL ACCESORIO P6233 ... 115

5.3 TEORIA DE FUNCIONAMIENTO ACCESORIO P6233, IMPACTO DE CHORROS ... 116

5.3.1 ANALISIS GENERAL ... 116

5.3.2 APLICACIÓN EN EL EQUIPO CUSSONS IMPACTO DE CHORROS ... 117

5.3.2.1 Efecto de la altura: ... 117

5.3.2.2 Impacto en el objetivo plano ... 118

5.3.2.3 Impacto en el objetivo cónico ... 118

5.3.2.4 Impacto en el objetivo semiesférico: ... 118

5.4 EXPERIMENTOS ... 118

5.4.1 OBJETIVO ... 118

5.4.2 PREPARACIÓN DEL EQUIPO ... 119

5.4.3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ... 119

5.4.4 RESULTADOS Y ANÁLISIS ... 119

6 DINAMICA DE FLUIDOS ... 121

6.1 INTRODUCCIÓN ... 121

6.2 LISTA DE SIMBOLOS ... 122

6.3 DESCRIPCIÓN DE LOS ACCESORIOS ... 124

6.3.1 ACCESORIO P6220 APARATO DE FLUJO LAMINAR ... 124

6.3.2 ACCESORIO P6248 EQUIPO DE OSBORNE REYNOLDS ... 124

6.3.3 ACCESORIO P6221 APARATO DE PÉRDIDAS EN TUBERÍAS Y ACCESORIOS ... 125

6.3.4 ACCESORIO P6222 APARATO PERDIDAS EN CONTRACCIONES EXPANSIONES, ENTRADAS Y SALIDAS. ... 126

6.4 TEORIA DE FUNCIONAMIENTO ... 127

6.4.1.2 Ley de la viscosidad de Newton ... 128

6.4.1.3 Flujo laminar en un tubo circular ... 129

6.4.1.4 Flujo turbulento en tubos circulares. ... 131

6.4.1.5 Numero de Reynolds ... 132

6.4.1.6 Velocidad critica ... 133

6.4.1.7 Factores de fricción ... 134

6.4.1.8 Selección del tamaño de tubería ... 135

6.4.1.9 Flujo en curvas y codos ... 136

6.4.1.10 Pérdida de la cabeza en una ampliación repentina. ... 137

6.4.1.11 Pérdida de la cabeza en la ampliación gradual. ... 139

6.4.1.12 Perdida de cabeza a la salida de una tubería ... 140

6.4.1.13 Pérdida de cabeza en contracción repentina. ... 140

6.4.1.14 Perdida de la cabeza en contracción gradual ... 141

6.4.1.15 Pérdida de carga en la entrada de tubería. ... 142

6.4.1.16 Pérdida de presión en válvulas y características de la válvula. ... 143

6.4.2 ACCESORIO P6248 OSBORNE REYNOLDS... 146

6.4.2.1 Flujo laminar y turbulento ... 146

6.4.2.2 Velocidad crítica y numero de Reynolds ... 146

6.5 EXPERIMENTOS ... 148

6.5.1 EXPERIMENTO 1 FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO EN TUBOS (P6220) ... 148

6.5.1.1 Objetivo: ... 148

6.5.1.2 Preparación del equipo ... 148

6.5.1.3 Procedimiento experimental ... 149

6.5.1.4 Resultados y análisis ... 149

6.5.1.5 Hoja de resultados ... 150

6.5.2 EXPERIMENTO 2 OSBORNE REYNOLDS (P6248) ... 151

6.5.2.1 Objetivo ... 151

6.5.2.2 Preparación del equipo ... 151

6.5.2.3 Procedimiento experimental ... 152

6.5.2.4 Resultados y análisis ... 152

6.5.3 ACCESORIO P6221 PERDIDA EN TUBERIAS Y ACCESORIOS. ... 153

6.5.3.2 Resultados y análisis ... 154

6.5.3.3 Hoja de resultados. ... 154

6.5.3.4 Experimento 4 Pérdidas por fricción en curvas y codos ... 155

6.5.3.5 Experimento 5 Caída de presión a través de válvulas. ... 157

6.5.4 ACCESORIO P6222 PERDIDAS EN CONTRACCIONES, EXPANSIONES, ENTRADAS Y SALIDAS ... 159

6.5.4.1 Experimento 6 Perdidas en ampliaciones y contracciones. ... 159

6.5.4.2 Experimento 7 Perdidas en las entradas y salidas de las tuberías ... 161

7 GOLPE DE ARIETE ... 163

7.1 INTRODUCCIÓN ... 163

7.2 INSTALACIÓN, PUESTA EN SERVICIO Y MANTENIMIENTO ... 164

7.2.1 CONFIGURACIÓN DEL EQUIPO ... 164

7.2.1.2 Configuración para pruebas de sobre-tensión ... 165

7.3 DESCRIPCIÓN DE LOS ACCESORIOS ... 166

7.3.1 VISIÓN DE CONJUNTO ... 166

7.3.2 DESCRIPCIÓN DETALLADA ... 167

7.3.2.1 Aparato de tubo de martillo ... 167

7.3.2.2 Aparato de sobretensiones ... 167

7.4 TEORIA DE FUNCIONAMIENTO ACCESORIO P6515 GOLPE DE ARIETE ... 168

7.4.1 DERIVACIÓN DE “MARTILLO” ... 168

7.4.2 CUANTIFICACIÓN DE LA PRESIÓN DE ONDA ... 169

7.4.3 REFLEJO DE ONDA DE PRESIÓN ... 170

7.4.4 TEORÍA DE OLEADAS EN TUBERÍAS ... 171

7.5 EXPERIMENTOS ... 173

7.5.1 EXPERIMENTO 1 ENTRADA DE ALTA PRESIÓN DEL MARTILLO DE TUBO ... 173

7.5.2 EXPERIMENTO 2 MARTILLO DE TUBO CON CAUDAL 0: ... 175

7.5.3 EXPERIMENTO 3 TASA DE CIERRE DE LA VALVULA ... 175

7.5.4 EXPERIMENTO 4 EXPERIMENTO DE BOMBEO ... 175

7.6 RESULTADOS Y ANALISIS... 177

7.6.1 RESULTADOS DE LA PRUEBA DE MARTILLA Y DISCUSION ... 177

7.6.2 SURGE LOS RESULTADOS DEL TUBO DE AUMENTO ... 178

8 BOMBAS CENTRIFUGAS ... 179

8.1 INTRODUCCIÓN ... 179

8.2 DESCRIPCIÓN ... 180

8.2.1 GENERAL ... 180

8.2.2 DATOS DE LA BOMBA ... 180

8.2.2.1 Bomba de velocidad fija ... 181

8.2.2.2 Bomba de velocidad variable: ... 181

8.3 TEORÍA DE FUNCIONAMIENTO ... 181

8.3.1 TEORIA GENERAL DE LA BOMBA ... 181

8.3.2 VELOCIDAD ESPECIFICA Ng ... 183

8.3.3 CABEZA MANOMETRICA, Hm ... 185

8.3.4 PODER Y EFICIENCIA ... 186

8.3.5 CAVITACIÓN ... 186

8.3.7 BOMBAS EN SERIE ... 190

8.3.8 BOMBAS EN PARALELO ... 191

8.4 EXPERIMENTOS ... 192

8.4.1 EXPERIMENTO 1 CARACTERISTICAS DE LA BOMBA CENTRIFUGA ... 192

8.4.1.1 Objetivo ... 192

8.4.1.2 Preparación del equipo ... 192

8.4.1.3 Procedimiento experimental - bomba de velocidad constante ... 193

8.4.1.4 Resultados y análisis. ... 193

8.4.2 EXPERIMENTO 2 CAVITACIÓN EN BOMBAS CENTRIFUGAS ... 194

8.4.2.1 Objetivo ... 194

8.4.2.2 Preparación del equipo ... 194

8.4.2.3 Procedimiento experimental ... 195

8.4.2.4 Resultados y análisis ... 195

8.4.3 EXPERIMENTO 3 BOMBAS CENTRIFUGAS EN SERIE ... 195

8.4.3.1 Objetivo ... 195

8.4.3.2 Preparación del equipamiento ... 195

8.4.3.3 Procedimiento experimental- Velocidad constante común ... 196

8.4.3.4 Procedimiento experimental- Bombas que operan a diferentes velocidades ... 196

8.4.3.5 Resultados y análisis ... 197

8.4.4 EXPERIMENTO 4 BOMBAS CENTRIFUGAS EN PARALELO. ... 197

8.4.4.1 Objetivo. ... 197

8.4.4.2 Preparación del equipo ... 197

8.4.4.3 Procedimiento experimental - Velocidad constante común ... 198

8.4.4.4 Hoja de respuestas ... 199

8.4.4.5 Ejemplo de resultados ... 201

9 ANEXOS ... 208

9.1 ANEXO 1 DATOS DEL PRODUCTO, INFORMACIÓN DE SEGURIDAD Y MANIPULACIÓN DEL AGENTE ESTERILIZADOR RECOMENDADO 'HOUSEMAN MICROTREAT 3120' ... 208

9.3 ANEXO 3 MANOMETRO DIGITAL ... 212

BIBLIOGRAFÍA ... 216

INDICE DE TABLAS Tabla 1. Accesorios requeridos. ... 17

Tabla 2 experimentos y accesorios relacionados con el tema de propiedades de los fluidos. ... 26

Tabla 3 densidad del aire puro libre de agua. ... 29

Tabla 4 Densidad de líquidos comunes ... 30

Tabla 5 resultados prácticos del anillo du Noüy... 43

Tabla 6 experimentos y accesorios para el área de estática de fluidos ... 47

Tabla 7 resultados del experimento centro de presión para una inmersión parcia ... 71

Tabla 8 resultados del experimento centro de presión para una inmersión completa ... 72

Tabla 9 resultados de las características de flotación en buques ... 74

Tabla 10 resultados de las características de flotación en buques ... 75

Tabla 11 resultados de experimento calibración de manómetro ... 77

Tabla 12. Medidores de flujo y experimentos para la medición de caudal en el laboratorio de hidráulica de la Sede Bosa Porvenir de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. ... 78

Tabla 13. Variaciones de Cd con el número de Reynolds para placas de orificios β=0.5 ... 90

Tabla 14 Coeficientes de resistencia Kb y Longitud Le. ... 97

Tabla 15.Tabla de reporte de resultados Rotámetro. ... 100

Tabla 16.Tabla de reporte de resultados Medidor Venturi orificios de 8 mm. ... 102

Tabla 17.Tabla de reporte de resultados placa de orificios de 8 mm. ... 104

Tabla 18.Tabla de reporte de resultados placa de orificios de 12 mm. ... 105

Tabla 19.Tabla de reporte de resultados medidor de turbina ... 106

Tabla 20.Tabla de reporte de resultados tubo Pitot estático. ... 109

Tabla 21.Tabla de reporte de resultados tubo Pitot estático, alto flujo. ... 109

Tabla 22.Tabla de reporte de resultados tubo Pitot estático, diferencial de bajo flujo 30 cm ... 110

Tabla 23.Tabla de reporte de resultados tubo Pitot estático, diferencial de bajo flujo 20 cm ... 110

Tabla 24 Accesorios y experimentos para el estudio de la dinámica de fluidos con el banco hidrodinámico Cussons en la Sede Bosa Porvenir de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas... 121

Tabla 25. Dimensiones y pesos del equipo Osborne Reynolds ... 124

Tabla 26. P6222 Aparato en pérdidas en contracciones, expansiones, entradas y salidas de Cussons. ... 126

Tabla 27. Gradientes hidráulicos (i), para diferentes rugosidades. ... 133

Tabla 28. Coeficientes de resistencia a la flexión Kb y longitud equivalente Le ... 137

Tabla 29. Tabulación de K y A2/ A1 para contracciones concéntricas en latos números de Reynolds. ... 141

Tabla 30. Valor de Ke y r/d ... 143

Tabla 31. Unidades de coeficientes de flujo ... 144

Tabla 32. Reporte de resultados experimento de flujo laminar y turbulento ... 150

Tabla 33. Reporte resultados experimento perdida de presión en tuberías ... 154

Tabla 34. Reporte de resultados experimento perdidas por fricción en curvas y codos. ... 156

Tabla 36, Reporte de resultados para perdidas en ampliaciones y contracciones ... 160

Tabla 37. Reporte de resultados perdidas en entradas y salidas en tuberías. ... 162

Tabla 38. Accesorios y experimentos para el estudio del golpe de ariete con el banco hidrodinámico Cussons ... 163

Tabla 39 Accesorios y experimentos para el estudio del golpe de ariete con el banco hidrodinámico Cussons ... 180

Tabla 40 Presión de vapor para diferentes temperaturas. ... 187

Tabla 41. Tabla de reporte de resultados para bomba individual. ... 199

INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Disposición General del banco hidrodinámico y accesorios ... 6

Ilustración 2. P6100-03 Banco hidrodinámico equipado con dos bombas... 7

Ilustración 3. Método de conexión del vatímetro P6109 con el módulo de accionamiento del inversor ... 10

Ilustración 4 Método para conectar la unidad de visualización de velocidad de la bomba P6102 y el vatímetro P6109. ... 11

Ilustración 5. Diagrama de circuito para unidad de control de bomba de velocidad variable ... 12

Ilustración 6 Disposición del tanque de cabeza de entrada, bloque de alimentación del tanque de cabeza de salida y experimentos. ... 13

Ilustración 7. Disposición del manómetro P6106 ... 14

Ilustración 8. Disposición del anzuelo y la escala P6107. ... 15

Ilustración 9. Diagrama de circuito para el vatímetro P6109 ... 16

Ilustración 10. Descripción general de la bomba auxiliar P61001/01. ... 20

Ilustración 11 banco hidrostático y sus artículos... 27

Ilustración 12 Barómetro ... 29

Ilustración 13 fuerzas involucradas en la viscosidad ... 30

Ilustración 14 ecuación del plato de Wilhelmy ... 32

Ilustración 15 montaje del equipo para la medición de la tensión superficial... 33

Ilustración 16 anillo du Noüy ... 42

Ilustración 17 experimento du Noy Ring ... 45

Ilustración 18 aparato de centros de presión ... 49

Ilustración 19 aparato diagrama esquemático del aparato ... 51

Ilustración 20 Bramah prensa hidráulica ... 53

Ilustración 21 esquema del aparato. ... 54

Ilustración 22centros de gravedad y flotabilidad ... 55

Ilustración 23 altura metacéntrica y ángulo de inclinación ... 56

Ilustración 24 Determinación del centro de gravedad para el sistema de pontones compuesto. ... 58

Ilustración 25. Relación presión profundidad. ... 59

Ilustración 26 superficie sumergida ... 59

Ilustración 27 configuración experimental ... 62

Ilustración 28 montaje del equipo. ... 67

Ilustración 29 instalación completa del equipo... 68

Ilustración 30 llave de funcionamiento prensa hidráulica ... 70

Ilustración 32. Dimensiones del flotador rotativo y tubo cónico del rotámetro P6108 Cussons. ... 80

Ilustración 33. Dimensiones del medidor Venturi P6227 de Cussons... 81

Ilustración 34 Medidor de placa de orificio P6228 Cussons. ... 82

Ilustración 35. Medidor de turbina P6229 de Cussons. ... 82

Ilustración 36. Tubo Pitot estático P6230 de Cussons. ... 83

Ilustración 37. Equipo de medición de flujo P6239 de Cussons ... 84

Ilustración 38. Esquema de la ampliación... 84

Ilustración 39. Esquema de dimensionamiento del medidor Venturi ... 85

Ilustración 40. Esquema de dimensionamiento de la placa de orificios ... 85

Ilustración 41. Principio de funcionamiento del rotámetro. ... 87

Ilustración 42. Medidor Venturi. ... 88

Ilustración 43. Esquema unidad de placa y orificios ... 89

Ilustración 44. Esquema del tubo Pitot estático ... 92

Ilustración 45. Diagrama de distribución de puntos en tres diámetros a 60° ... 94

Ilustración 46. Dimensiones de Rotámetro P6108 ... 99

Ilustración 47 Cussons P6233 Aparato de impacto de chorros ... 115

Ilustración 48. Paletas objetivo intercambiables ... 116

Ilustración 49 Impacto de chorros ... 116

Ilustración 50. Sección de prueba de flujo laminar y turbulento de 3 mm de diámetro Cussons. ... 124

Ilustración 51. Aparato de pérdidas en tuberías y accesorios P6221. ... 125

Ilustración 52. Corriente en un tubo circular ... 129

Ilustración 53. Flujo turbulento en tubería circular ... 131

Ilustración 54. Gráfico de Log i contra Log e V ... 133

Ilustración 55. Diagrama de Stanton. ... 135

Ilustración 56. Flujo alrededor de una curva ... 136

Ilustración 57. Ampliación repentina ... 137

Ilustración 58 Ampliación gradual ... 139

Ilustración 59. Salida de tubería ... 140

Ilustración 60. Contracción repentina ... 141

Ilustración 61. Contracción gradual ... 142

Ilustración 62. Entrada de la tubería ... 143

Ilustración 63. Grafica coeficiente de flujo Vs. Apertura de la válvula... 145

Ilustración 64 Perdida de carga de energía variable con velocidad de flujo. ... 147

Ilustración 65. Ubicación del equipo P6248 en el banco hidrodinámico P6100 Cussons. ... 151

Ilustración 66. Esquema de tubos de manómetro individual ... 159

Ilustración 67 Configuración de P6515 para pruebas de martillo ... 164

Ilustración 68. P6515Configuración para pruebas de sobretensión ... 165

Ilustración 69.P6515 Conexiones de entrada y desbordamiento ... 166

Ilustración 70. Tasa típica de flujo en una tubería. ... 177

Ilustración 71. Bomba centrifuga ... 179

Ilustración 72. Bomba esquemática- Sistema de tuberías ... 182

Ilustración 73. Elevación máxima de succión y cabeza de succión positiva neta ... 187

Ilustración 74. Sistema de bomba y tubería que muestra cabezas estáticas ... 189

Ilustración 76. Características de dos bombas idénticas en serie ... 190 Ilustración 77. Características de dos bombas idénticas en paralelo ... 191

INDICE DE GRÁFICAS

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1

BANCO HIDRODINÁMICO P-6100

1.1 INTRODUCCIÓN

Se presenta el manual de descripción del banco hidrodinámico P6100 de Cussons, sus accesorios y el equipo experimental adicional que se puede usar con el banco hidrodinámico. Esta herramienta manual es una adaptación de los manuales elaborados por la marca Cussons Technology para el banco hidrodinámico P6100.

El manual está dividido en partes según temas específicos de la mecánica de fluidos, de la siguiente manera:

TEMA 1. Banco hidrodinámico P6100 y accesorios. TEMA 2. Propiedades de los fluidos P6242 y P6243.

TEMA 3. Estática de fluidos P6242, P6237, P6234, P6235, P6236.

TEMA 4. Medición de caudal P6108, P6227, P6228, P6229, P6230, P6239. TEMA 5. Impacto de chorros P6233.

TEMA 6. Dinámica de fluidos P6220, P6248, P6221, P6222. TEMA 7. Golpe de ariete P6515.

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1.2 LISTADO DE SIMBOLOS

A Área de la sección transversal (área principal ) m2

a Área de la sección transversal (área menor) m2

ac Área de sección transversal en vena contracta m2

B, b Ancho m

Cp Calor especifico a presión constante J/KgK

Cc Coeficiente de contracción Adimensional

Cd Coeficiente de descarga Adimensional

Cm Coeficiente del medidor Adimensional

Cv Coeficiente de velocidad Adimensional

D Dimensión característica m

D, d Diámetro interno de tubo m

E Factor de velocidad de aproximación Adimensional

F Fuerza N

F Constante de configuración (curvas, codos, etc) Adimensional

f y f ’ Factor de fricción Adimensional

g Aceleración de la gravedad m/s2

H, h Cabeza m

hf Cabeza de fricción m de fluido

ht Total cabeza Pitot m de fluido

Hm Cabeza manométrica m de fluido

I Corriente Amp

I Gradiente hidráulico Adimensionales

K, k Constante Adimensionales

L, l Longitud M

M Masa Kg

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m Relación de área Adimensional

N Velocidad de rotación Rev/sg

Ns Velocidad especifica de rotación Rev/sg

n Constante Adimensional

P, p Presión Pa (N/m2₎

pt Presión total Pitot Pa (N/m2)

Q Volumen m3

Q Caudal volumétrico m3_/sg

Re Numero de Reynolds Adimensional

R, r Radio M

S Reacción en la paleta N

T Temperatura °C y K

t Tiempo Sg

V Velocidad m/sg

W Trabajo J

W Potencia W

Wh Potencia hidráulica W

Wi Potencia de entrada W

x Distancia M

y Distancia del centro M

Z Altura sobre dato M

z Factor de corrección Adimensional

Ρ Densidad Kg/m3

µ Viscosidad absoluta Pas (Ns/m2₎

η Eficiencia Adimensional

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ηo Eficiencia general Adimensional

σ Esfuerzo cortante N/m2

т Esfuerzo de torsión o torque Nm

v Viscosidad cinemática m2_/sg

ϴ Angulo

Δ Diferencia

Δ Diferencia infinitesimal

ω Velocidad angular Rad/seg

Ф Función en análisis dimensional ABREVIATURAS

B Posición del centro de flotación

ac Corriente alterna

dc Corriente continua

L Longitud (análisis dimensional)

M Masa (análisis dimensional)

T Tiempo (análisis dimensional) SUFIJOS

a,b,c, Índices utilizados en el análisis dimensional

d Descarga

f Flotador

m Metro

n Cantidad de piezas, bombas o elementos

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1.3 DESCRIPCIÓN

1.3.1 GENERAL

El Banco de Hidráulica de Cussons, sus diversos accesorios y el equipo experimental asociado se han desarrollado para proporcionar una amplia gama de experimentos en mecánica de fluidos. La Ilustración 1, muestra el banco con varios accesorios y una configuración experimental. Aunque los experimentos son generalmente pequeños en escala, se fabrican con un alto estándar de calidad y están diseñados para producir resultados experimentales que se comparan favorablemente con datos teóricos y empíricos.

1.3.2 ESPECIFICACIONES GENERALES

El banco consiste en un marco de acero, que soporta una encimera de fibra de vidrio con un canal de vertedero integral y un tanque de medición volumétrica, un tanque de sumidero, una bomba de agua centrífuga de velocidad variable con tuberías y válvulas apropiadas. La encimera está fabricada en plástico reforzado con fibra de vidrio, con refuerzo de madera de balsa adicional, moldeada para proporcionar un área empotrada para el montaje de aparatos experimentales, un vertedero integral y un tanque de medición volumétrica equipado con mirilla y báscula. El tanque de medición está escalonado con una porción inferior de 10 litros y una porción superior de 35 litros para garantizar mediciones precisas de caudales altos y bajos. El tanque de medición se descarga en un tanque de sumidero de fibra de vidrio de aproximadamente 120 litros de capacidad, a través de una válvula de bola de acción rápida ubicada en la tubería de PVC. Se proporciona un tubo de rebose en el tanque de medición volumétrica para evitar que el tanque de sumidero se seque. Un vertedero en V, montado en el extremo de descarga del canal del dique, se proporciona en plástico acrílico transparente completo con una báscula calibrada en litros por minuto para que se pueda realizar una lectura continua del caudal. Una bomba centrífuga suministra agua a la salida en la superficie de trabajo de la mesa de trabajo, para la conexión a experimentos individuales o a un cesto de flujo continuo. El banco se suministra de serie con una bomba centrífuga de velocidad fija; sin embargo, como opción, se pueden suministrar una o dos bombas de velocidad variable con módulos de accionamiento de tipo inversor. Esto aumenta la capacidad experimental y proporciona un control de velocidad preciso sobre el rango de la bomba y asegura un buen control sobre los bajos caudales requeridos con algunos experimentos.

Se proporciona un manómetro acoplado a un interruptor selector giratorio montado en el panel; las mediciones de presión se pueden realizar en el primer y segundo puntos de entrega de la bomba, el punto de entrada del experimento y en otra posición externa cuando sea necesario. Se proporciona un medidor de vacío montado en el trabajo de tubería inmediatamente antes de la bomba para leer la presión de succión de la bomba. Los componentes se montan en un robusto marco de acero esmaltado en la estufa, que está provisto de ruedas para facilitar la movilidad.

1.3.3 CIRCULACIÓN DEL AGUA

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Ilustración 1. Disposición General del banco hidrodinámico y accesorios

REF ITEM REF ITEM

1 Tablero del manómetro P6106 10 Manómetro de succión

2 Tanque de salida de cabeza variable P6104. 11 Válvula de succión

3 Manómetro calibrado 12 Bomba centrifuga

4 Disposición del manómetro 13 Posición de montaje para la bomba auxiliar P6101.

5 Tanque de medición escalonado 14 Rotámetro P6108

6 Mirilla 15 Caja de control de encendido / apagado de la bomba

7 Medición de salida del tanque 18 Válvula de regulación de caudal

8 Tanque de depósito/sumidero 19 Sección experimental

9 Ruedas para la movilidad 20 Tanque de entrada de cabeza constante P6103

1.3.4 UNIDADES DE BOMBA Y MOTOR

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1.3.5 MANOMETRO Y VALVULA DE SELECCIÓN

Un manómetro de tipo Bourdon montado en el panel de la Unidad de Banco Hidrodinámico está conectado a través de una válvula selectora especial de 4 vías a varios puntos de toma en el aparato.

a) Primera salida de la bomba. b) Suministro al aparato.

c) Roscado auxiliar: no gire el selector de válvula a 'Auxiliar' cuando esta posición esté conectada. d) Segunda salida de la bomba: cuando solo está instalada una bomba, la conexión (d) está obstruida.

1.3.6 ACCESORIO DE BANCO HIDRODINAMICO

La unidad de banco básica puede ser aumentada por una serie de unidades accesorias, algunas de las cuales son esenciales para algunos de los experimentos, que se describen más adelante. Las unidades accesorias disponibles se enumeran a continuación y, con la excepción de la bomba auxiliar P6101, se ilustran en la Ilustración 1, la página anterior.

1.3.6.1 Bomba auxiliar y unidad de control de velocidad P6101

Una segunda bomba centrífuga de velocidad variable con tubería asociada está disponible para aumentar la capacidad de flujo de agua, lo que permite a la unidad de banco realizar una serie de experimentos a gran escala. Las disposiciones de válvula también permiten que las dos bombas funcionen en configuración en serie o en paralelo. La Ilustración 2 muestra un banco hidrodinámico equipado con la bomba auxiliar. Las unidades de control de velocidad permiten un control de velocidad continuamente variable tanto de la bomba principal como de la auxiliar para que las curvas características de la bomba puedan obtenerse a diferentes velocidades.

Ilustración 2. P6100-03 Banco hidrodinámico equipado con dos bombas

REF ITEM

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1.3.6.2 Pantalla de velocidad de la bomba P6102

Esta unidad proporciona una visualización constante de la velocidad de la bomba centrífuga principal o auxiliar. El método de conexión de esta unidad de visualización se muestra en la Ilustración 3. El diagrama de circuito para esta unidad se muestra en P6102/10 reproducido en la Ilustración 5.

1.3.6.3 Tanque de entrada de cabeza constante P6103

El tanque de entrada proporciona una cantidad constante de agua para los experimentos que lo requieren; un desbordamiento doble está dispuesto de modo que se pueda proporcionar una cabeza de 250 o 500 mm para satisfacer los requisitos experimentales. El tanque está equipado con dos puntos de conexión atornillados, uno en la base y otro en el lateral, para la fijación de experimentos. El tanque se muestra en la Ilustración 6

1.3.6.4 Tanque de salida de cabeza variable P6104

El tanque de salida se usa junto con el tanque de entrada P6103 para montar varios experimentos y proporcionar un cabezal total regulado en todo el experimento. La tubería de descarga en el tanque de salida del cabezal variable puede ajustarse a cualquier valor entre 50 mm y 300 mm por encima de la altura de la línea central del experimento. El tanque se muestra en la Ilustración 6

1.3.6.5 Bloque de alimentación P6105

El bloque de alimentación está provisto para su uso en lugar del tanque de entrada de cabeza constante para aquellos experimentos, que requieren un cabezal de entrada de más de 500 mm. El bloque de alimentación, que se muestra en la Ilustración 6, puede suministrar la cabeza completa disponible desde la (s) bomba (s).

1.3.6.6 Manómetro P6106

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1.3.6.7 Gancho de calibre y escala P6107

El calibrador de gancho permite que las mediciones verticales se realicen con una escala, en una serie de puntos a lo largo de la longitud horizontal del tanque de vertedero. Está diseñado para usarse con experimentos de orificios P6223 y P6224 para trazar la trayectoria de chorros horizontales, y con P6225 y P6226 para la determinación de la altura del agua sobre un vertedero. El posicionamiento preciso del medidor se garantiza mediante el uso de rieles de posicionamiento precisos sobre los que se puede instalar el medidor. Los rieles de posicionamiento y el calibrador de gancho son de doble propósito con una escala de trayectoria de orificio para uso con el calibrador de alambre, (punto de referencia en el centro del orificio) y una escala de nivel de agua para usar con el calibre de gancho (punto de referencia en el más bajo punto del borde del cuchillo vertedero). La Ilustración 8 presenta la instalación.

1.3.6.8 Rotámetro P6108

Se puede suministrar un medidor de flujo de área variable desde la pata delantera izquierda del bastidor entre la entrega de la bomba y la válvula reguladora de flujo, como se muestra en la Ilustración 1. El medidor proporciona una lectura directa del caudal obtenido de la bomba o bombas, se pueden medir velocidades de 0.4 - 4.0 m3_/h.

1.3.6.9 Vatímetro P6109

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Ilustración 8. Disposición del anzuelo y la escala P6107.

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Ilustración 9. Diagrama de circuito para el vatímetro P6109

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1.3.7 CAPACIDAD DE EXPERIMENTO DE BANCO HIDRODINÁMICO

Están disponibles una serie de equipos experimentales adicionales que, cuando se utilizan junto con el banco hidrodinámico de Cussons y sus diversos accesorios algunos de los cuales se van a exponer a lo largo del presente documento, permiten realizar una amplia gama de experimentos, como se ilustra en la Tabla 1.

Tabla 1. Accesorios requeridos.

Fuente. Adaptado manual P6100 Banco hidrodinámico Cussons Technology 2014.

P6 10 0 P6 10 1 P6 10 2 P6 10 3 P6 10 4 P6 10 5 P6 10 6 P6 10 7 P6 10 8 P6 10 9 P6 22 0 P6 22 1 P6 22 2 P6 22 3 P6 22 4 P6 22 5 P6 22 6 P6 22 7 P6 22 8 P6 22 9 P6 23 0 P6 23 1 P6 23 2 P6 23 3 P6 23 4 P6 23 5 P6 23 6 P6 23 7 P6 23 8 P6 23 9 P6 24 0

BOMBA INDIVIDUAL E E A A

BOMBA EN SERIE Y EN PARALELO E E E A A

FLUJO LAMINAR E E E A E E

PERDIDAS EN TUBOS Y ACCESORIOS E A E E E A E

PERDIDAS EN ENTRADAS Y SALIDAS E E E E E

ELEMENTAL E A E A E

AVANZADO E A E A E E

ELEMENTAL E E A E

AVANZADO E E A E

MEDIDOR DE AREA VARIBAL E E

VENTURI E E E A E O E

PLACA DE ORIFICIOS E E E A E O E

MEDIDOR DE TURBINA E E E

TUBO PITOT E E E A E O E

BERNOULLIS E E E E

GOLPE DE ARIETE GOLPE DE ARIETE E E

IMPACTO DE CHORROS IMPACTO DE CHORROS E A E

CALIBRADOR DEL MEDIDOR DE PRESIÓN E E

ALTURA METACENTRICA E E

ALTURA METACENTRICA

(CAMPAMENTOS ALTERNATIVOS ) E E E

CENTRO DE PRESIONES E E

VORTEX SIMPLE E E

VORTEX FORZADO E E E

RUEDA DE PELTON E A E

E APARATO ESENCIAL PARA EL EXPERIMENTO

A APARATO QUE PUEDE UTILIZARSE PARA AMPLIAR EL RANGO DEL EXPERIMENTO O APARATO SÓLO SI SE USA EL BLOQUE DE ALIMENTACIÓN (P6105)

ACCESORIOS NO ADQUIRIDOS PARA EL LABORATORIO VERTEDEROS

VORTEX ESTATICA DE FLUIDOS

MEDICIÓN DE CAUDAL

ACCESORIO

COMBAS CENTRIFUGAS

DINAMICA DE FLUIDOS

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1.4 INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA

1.4.1 INSTALACIÓN

El banco debe colocarse sobre una superficie lisa y nivelada. Dado que los componentes del banco se apoyan en un marco robusto de acero esmaltado montado sobre ruedas, la unidad se instala simplemente moviéndolo a una posición adecuada para que los servicios de agua y electricidad estén disponibles.

1.4.1.1 Bomba auxiliar P6101

Cuando una unidad de bomba auxiliar P6101 se solicita en una fecha posterior y necesita instalarse, la Ilustración 1 y el dibujo de disposición general no. P6101/1 reproducido como Ilustración 10 muestran el ensamblaje requerido. La manguera flexible de la bomba/válvula reguladora en el único banco de bomba existente debe retirarse y volverse a conectar como se muestra, mientras que la pieza en bruto debe sacarse de la conexión de pieza en T en la unidad existente y el Artículo 8 (Dibujo P6101 / 1) insertado. La nueva bomba se puede colocar en la base junto a la bomba existente y los orificios para los pernos M6 perforados. La instalación se realiza de acuerdo con P6101/1. Las tomas de presión marcadas "para medir" están conectadas al medidor montado en el banco. La bomba se suministra con su propia caja de control de velocidad que debe colocarse en el estante inclinado.

1.4.1.2 Pantalla de velocidad de la bomba P6102

La pantalla de velocidad de la bomba debe colocarse en el estante inclinado del banco hidrodinámico. El cable de red debe conectar la unidad de visualización a la unidad de control de velocidad suministrada con el banco hidrodinámico. El cable del tacómetro debe estar conectado a la bomba. Ver la Ilustración 3.

1.4.1.3 Tanque de entrada de cabeza constante P6103

El tanque de entrada de la cabeza constante debe colocarse en la parte superior del banco hidrodinámico hacia el lado posterior izquierdo del banco. Para la descarga de un orificio a través de la base del tanque, el tanque de entrada se coloca de manera que se extienda a ambos lados del canal de vertedero y los pies izquierdos del tanque se ubiquen en las dos clavijas de ubicación. Para todas las demás aplicaciones, los pies de soporte de la mano derecha deben ubicarse en las dos clavijas de ubicación, tal como se muestra en la Ilustración 6.

1.4.1.4 Tanque de salida de cabeza variable P6104

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1.4.1.5 Bloque de alimentación P6105

El bloque de alimentación se usa en lugar del tanque del cabezal de entrada para algunos experimentos y ocupa la misma posición. Ver Ilustración 6.

1.4.1.6 Manómetro P6106

El montaje del manómetro debe fijarse al borde levantado de la superficie de trabajo en la parte posterior del banco hidrodinámico utilizando los dos soportes de fijación provistos. Consulte la Ilustración 7.

1.4.1.7 Gancho de calibre y escala P6107

Los rieles de posicionamiento del calibre del gancho deben colocarse en la superficie de trabajo del banco hidrodinámico, el grabado en la parte delantera y el plano en la parte posterior del canal del dique y el medidor ubicado en la posición requerida a través del canal vertedero como se muestra en la Ilustración 8.

1.4.1.8 Rotámetro P6108

Si el rotámetro se suministra por separado, se instala en el extremo izquierdo del banco (visto de frente al panel de instrumentos). Se suministran correas de fijación y están montadas en el extremo del banco utilizando los orificios pretaladrados para la ubicación. La conexión inferior del rotámetro se suministra desde la manguera de salida de la bomba y la conexión superior desde el rotámetro se realiza, utilizando la manguera suministrada, a la válvula reguladora de banco.

1.4.1.9 Vatímetro P6109

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1.4.2 ACONDICIONAMIENTO

Conecte el banco hidrodinámico a un suministro de electricidad de tensión y frecuencia adecuadas, siguiendo las debidas precauciones. El suministro debe tener una potencia nominal de 5 amperios para suministros de 220 a 260 V o 10 amperios para suministros de 110 a 130 V.

Llene el tanque de reserva con aproximadamente 100 litros de agua limpia o tratada hasta que el nivel del agua esté aproximadamente a 20 mm de la parte superior del tanque. Ajuste la perilla de control de velocidad en la unidad de control de velocidad a aproximadamente la mitad del rango y encienda la bomba. Si es necesario, cebe la bomba aflojando el tornillo de cebado en la parte superior del cuerpo de la bomba y permitiendo que el aire atrapado salga de la carcasa de la bomba. Cuando el agua comienza a fluir alrededor del tornillo de purga, la bomba está completamente cebada y el tornillo de purga debe reajustarse. Verifique todas las válvulas por su correcto funcionamiento, incluida la 'válvula selectora del manómetro'. Cuando son nuevas, estas válvulas pueden ser rígidas y deben operarse con cuidado hasta que funcionen libremente.

1.4.2.1 Llenado del manómetro con Mercurio.

El manómetro de mercurio debe llenarse con mercurio de la siguiente manera:

a) Asegúrese de que el tapón de drenaje inferior esté insertado. Este es un tornillo de cabeza hexagonal en el lado derecho del bloque colector inferior.}

b) Abra la llave de control girando completamente en sentido anti-horario. Esto ventilará el manómetro a través del borde lateral izquierdo del bloque colector superior, igualando las cámaras.

c) Retire el tapón de llenado. Este es el tornillo cuadrado de plástico BSP de 3_{/8 ", ubicado en el colector} superior a la derecha del Control Tap.

d) Utilizando la botella de mercurio, el embudo o la jeringa, los tubos se llenan a través del orificio roscado resultante de la extracción del "Tapón de llenado". Lentamente llene los tubos con mercurio hasta que el nivel esté indicando cero de la báscula, cuando los vea desde el frente del tablero del manómetro. La escala se puede ajustar ligeramente si es necesario.

e) Reemplace el "Tapón de llenado".

1.4.2.2 Ajuste del tablero del Manómetro

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1.4.2.3 Esterilización

Esterilice el sistema de agua siguiendo el procedimiento dado en la sección de mantenimiento de este manual.

1.5 INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN

1.5.1 PROCEDIMIENTO DE INICIO

a) Asegúrese de que la válvula de entrada de la bomba esté completamente abierta.

b) Verifique el nivel de agua en el 'tanque de reserva' y recargue si es necesario a 20 mm de la parte superior.

c) Coloque el cesto de amortiguación en el extremo izquierdo del canal del vertedero o monte el aparato experimental requerido en la superficie de trabajo del banco utilizando las clavijas de ubicación apropiadas. Conecte la manguera flexible de suministro de agua del banco al aparato o al cesto de inmovilización.

d) Asegúrese de que la válvula de regulación de banco esté en la posición cerrada.

e) Ajuste la perilla de la unidad de control de velocidad aproximadamente a la mitad del rango. Conecte el suministro eléctrico al banco y enciéndalo.

f) Ajuste la válvula de regulación del banco y el control de velocidad de la bomba para proporcionar el flujo de agua requerido.

1.5.2 CONTROL DE FLUJO

1.5.2.1 Operación velocidad constante

Aunque hay dos válvulas en el circuito de bombeo principal, el control del flujo debe realizarse solo con la válvula en el panel de instrumentos, es decir, la válvula de regulación de banco. La otra válvula (válvula de entrada de la bomba) debe mantenerse abierta todo el tiempo cuando la bomba está funcionando. La única excepción a esto es durante la demostración de cavitación.

1.5.2.2 Operación velocidad variable

La velocidad de la bomba puede variar de 30 a 7200 revoluciones por minuto utilizando la unidad de control de velocidad de la bomba. El suministro de CA a la bomba se varía utilizando la perilla de control montada en la unidad. Girar en sentido horario aumenta la velocidad.

1.5.3 MEDICIÓND DE FLUJO

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1.5.3.1 Tanque volumétrico

a) Cierre la válvula de salida del tanque de medición.

b) Inicie la vigilancia de tiempo cuando el nivel de agua en el tanque de medida esté en cero o en algún otro nivel conveniente.

c) Mida la recolección de una cantidad adecuada de agua. Para caudales bajos, solo se necesita usar la sección inferior del tanque de medición. Para caudales altos, use la marca de 15 litros como punto de partida para garantizar que la retención de agua, a medida que fluye a través del tanque, no provoque un error.

d) Después de completar la medición, abra completamente la válvula de salida del tanque de medición. Tenga en cuenta que se ha provisto una válvula de rebose para el tanque de medición, de modo que si la válvula de salida se cierra inadvertidamente, el exceso de agua fluirá directamente al depósito, asegurando que la bomba no funcione en seco.

e) El caudal volumétrico medio se puede calcular dividiendo el volumen recogido por el tiempo empleado:

𝑄 =𝑄 𝑡

Ecuación 1. 1 El caudal másico puede obtenerse multiplicando por la densidad.

𝑚 = 𝑄 ∗ 𝜌

Ecuación 1. 2 A temperatura ambiente normal ρ se puede tomar como 1.00 kg/L.

1.5.3.2 Medición del vertedero

Una escala calibrada en litros por minuto se encuentra en la muesca del vertedero. Para lecturas superiores a 10 litros por minuto, esta escala se puede usar para obtener una lectura instantánea de la velocidad de flujo.

1.5.3.3 Rotámetro P6108

Esto también dará una lectura instantánea directa del caudal para valores superiores a 0,4 m3 _{por hora.}

1.5.4 MEDICIÓN DE PRESIÓN

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1.5.5 PROCEDIMIENTO DE PARADA

a) Cierre la válvula de regulación de banco.

b) Asegúrese de que la válvula de salida del tanque de medida esté abierta. c) Desconecte la fuente de alimentación en el banco hidrodinámico. d) Cierre la válvula de entrada de la bomba.

e) Gire el control de velocidad de la bomba a la posición de velocidad mínima.

1.5.6 ALMACENAMIENTO

Si se requiere almacenar el equipo, se debe drenar el agua de la unidad. La mayor parte del agua se puede drenar usando la bomba con la manguera de suministro flexible dirigida a un drenaje. Para un drenaje completo, se proporciona un tapón de drenaje debajo del tanque de almacenamiento. Al almacenar la unidad, deje todas las válvulas ligeramente abiertas para evitar que se atasquen en la posición cerrada. Cubra la unidad con una lámina de polietileno o material similar para evitar que se ensucie.

1.6 MANTENIMIENTO

1.6.1 GENERAL

En general, se requiere muy poco mantenimiento regular para el Banco, los Accesorios o los Experimentos de Hidráulica de Cussons. Se debe realizar un examen visual regular del banco en busca de signos de daño o corrosión del armazón y tuberías, y daños al tanque de fibra de vidrio. En caso de daño a las secciones de fibra de vidrio por accidente o uso incorrecto grave, las reparaciones se pueden llevar a cabo utilizando materiales normales vendidos para la reparación de la carrocería del vehículo de motor. Las superficies de fibra de vidrio deben mantenerse limpias lavándolas con un detergente suave y secándolas y abriéndolas con un paño suave. Las bombas de la serie 12 de Stuart Turner están equipadas con motores de conmutación de serie en serie, que pueden funcionar de forma continua hasta la vida útil de los cepillos, que normalmente es de 800 horas. Las escobillas del conmutador se deben renovar cuando se usan a menos de 5 mm de largo y todo el polvo de carbón se debe expulsar cuando se renueven las escobillas.

1.6.2 CALIBRACIÓN DE LA PANTALLA DE VELOCIDAD DE LA BOMBA P6102

Los tipos de bomba P6100 / 60 y P6100 / 61 se volvieron obsoletos a mediados de 1997 y fueron reemplazados por los tipos de bomba P6100 / 60D y P6100 / 61D. Sin embargo, la disposición de recogida del tacómetro para estos dos tipos de bomba proporciona 8 impulsos/revolución.

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Ajuste el potenciómetro P20 en la placa de circuito hasta que el medidor lea 120 Rev/seg.

1.6.3 ESTERILIZACIÓN DEL SISTEMA DE AGUA

1.6.3.1 General

Para evitar la acumulación de material biológico, se recomienda que el sistema de agua se trate con un agente esterilizante. Recomendamos el uso de 'Houseman Microtreat 3120' para este propósito. Este es un poderoso micro biosida oxidante, que es efectivo contra bacterias, hongos y algas. Microtreat 3120 también se descompone rápidamente en productos seguros no tóxicos y, por lo tanto, es seguro cuando se usa según las indicaciones. La seguridad del producto y las hojas de datos se encuentran en los anexosde este manual.

1.6.3.2 Método de tratamiento

1. Agregue 10 ml de Microtreat 3120 (esto da una concentración recomendada de 1: 10000 partes por volumen) al tanque de agua vertiendo el producto químico por el tubo de rebose y permita que el producto químico se disperse a través del tanque dejando que el sistema repose durante 5 minutos. 2. Encienda la bomba y permita que el agua fluya a través del sistema por un período de 5 minutos.

1.6.3.3 Frecuencia del tratamiento

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2

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

2.1 INTRODUCCION

La mecánica de fluidos es una ciencia importante y primordial de la ingeniería. Un área que cabe resaltar de esta ciencia y por la cual se debe iniciar el estudio de la misma son las propiedades de los fluidos, estas son bases indispensables para comprender los fenómenos y el comportamiento de los mismos cuando estos son sometidos a diferentes aspectos básicamente necesarios y comúnmente utilizados en numerosas ecuaciones requeridas para realizar cálculos. Destacando la densidad y viscosidad como unas de la más utilizadas. El banco hidrodinámico y el banco hidrostático de Cussons Technology ofrecen diferentes accesorios para el estudio de las propiedades de los fluidos los cuales se muestran a continuación con sus ensayos y experimentos en la Tabla 2.

Tabla 2 experimentos y accesorios relacionados con el tema de propiedades de los fluidos.

TEMA _REFERENCIA ACCESORIO _NOMBRE PRUEBA _ENSAYO Y EXPERIMENTO

PROPIEDDES DE LOS FLUIDOS

P6242 _HIDROSTATICO BANCO

DENSIDAD

Botella de gravedad específica

Tubo de Hares (tubo liebre) Hidrómetro

VISCOCIDAD Viscosímetro capilar Caída de Esfera viscosímetro CAPILARIDAD _{Placas de vidrio paralelas} Orificio tubos cilíndricos

TENSION SUPERFICIAL

Placa de Wilhelmy Du Nouy Ring BAROMETRO _ATMOSFERICA PRESION _ATMOSFERICA PRESION Barómetro aneroide

2.2 DESCRIPCIÓN DE LOS ACCESORIOS

2.2.1 ACCESORIO P6242 BANCO HIDROSTÁTICO

La ciencia, que se ocupa de los líquidos en reposo, se llama Hidrostática. El banco hidrostático de Cussons permite al alumno apreciar los conceptos fundamentales de hidrostática y propiedades de fluidos. Contando con un equipo muy completo para el análisis de esta área del campo de la mecánica de fluidos.

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Ilustración 11 banco hidrostático y sus artículos

2.2.1.1 Artículos montados en el banco

Los siguientes elementos están montados en el panel vertical del Banco de Hidrostática P6242

 Manómetro de agua (600 mm x 10/8 mm de diámetro)

 Manómetro de indicador de fluidos (300 mm x 8/6 mm de diámetro)

 Manómetro de tubo de Hare (600 mm x 10/8 mm de diámetro)

 Gancho de calibre con escala vernier instalado en el recipiente de vidrio con escala y drenaje (200 mm x 60 mm de diámetro)

 Cilindro para viscosímetro capilar (450 mm x 40 mm de diámetro)

 Viscosímetro de esfera descendente VHB-200C Diámetro de 40 mm de diámetro interior / tubo de liberación de esferas de 5 mm de diámetro. 1

16 y 3 32 radio

2.2.1.2 Equipo adicional que forman parte de P6242 banco hidrostático

Los siguientes elementos sueltos mejoran el alcance de las investigaciones, que se puede llevar a cabo en torno a las propiedades de los fluidos.

 Banco. Se pueden almacenar dentro del armario y el cajón asociado con el Banco.

 Bomba de vacío manual (15 cm3 _{/ carrera vacío nominal alcanzable 700 mmHg)}

 Hidrómetro universal (700 - 2000 g / l)

 Balanza electrónica y soporte para su uso con

o experimento de tensión superficial utilizando gafas de diapositivas, marco de jabón, etc.

o Arquímedes experimenta usando masa plástica

o Experimento de Gravedad Específica utilizando Botella (BS 733 50 ml.)

Artículo 1 - Aparatos de nivel de líquido pascales Artículo 2 - Tubo de Hare

Artículo 3 - Manómetro de agua Artículo 4 - Colector

Artículo 5 - Manómetro de fluido

Artículo 6 - Mirilla con calibre de gancho de vernier Artículo 7 - Manómetro

Artículo 8 - Viscosímetro capilar

Artículo 9 - Viscosímetro de esfera descendente Artículo 10 - Tubos capilares y placas de vidrio paralelas Artículo 11 - Prensa hidráulica de Bramah

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 Aparato capilar - Tubo y placas (P6242 / 040)

 Viscosímetro capilar BSI 88 Tamaño NBS / U Alcance de viscosidad cinemática 0,9 a 3 mm2_{/s (directo} tipo de tubo de flujo U)

 Aparato de nivel líquido de Pascal (4 tubos de diferentes formas, disco de presión, brazo de equilibrio y pesos)

 Prensa hidráulica (20 y 34 mm de diámetro / 115 y 80 mm de carrera)

 Pipeta (25 ml) y bombilla de pipeta

 Hidrómetro (0.7 a 2.0)

 Termómetro (0 a 50ºC)

 Conjunto de contenedores (2 vasos de precipitados de 1 ml x 1 ml de vaso de 1000 ml)

2.2.1.3 Generalidades de la instalación

La instalación del banco consiste en colocarlo en un piso plano y disponer que el desagüe del banco corra a una instalación de desagüe principal adecuada (o al tanque de sumidero del P6100 si se utiliza este elemento). El panel de Instrumentos y Aparatos de Banco está ubicado, para fines de transporte, debajo de la superficie de trabajo. Para poner en funcionamiento el banco, primero se quitan los tornillos que sirven para sujetar el marco del panel a los montantes del banco, lo que permite levantar el panel de sus bloques de almacenamiento y colocarlo en la posición normal en la parte posterior de la superficie de trabajo. El aparato de Tubo de Liebre debe sujetarse con cuidado en su posición (con la pierna común en la parte superior) utilizando las bridas de goma provistas. Se debe tener mucho cuidado para asegurar que no se ejerza una fuerza excesiva sobre las ramas de vidrio durante esta operación. El tubo en "U" más grande debe sujetarse de forma similar con la curva en la parte inferior. El Viscosímetro de esfera descendente requerirá ser recortado en el tablero.

2.2.2 ACCESORIO 6243 BAROMETRO ARAENOIDE

Barómetro debe ajustarse primero a su altitud local. Pregunte la presión atmosférica actual de su área de origen gire cuidadosamente el tornillo de ajuste hacia la derecha con un destornillador pequeño hasta que el valor del puntero coincida con la presión atmosférica real. No gire demasiado el movimiento del barómetro. Se puede lograr una mayor precisión tocando ligeramente el cristal del barómetro después de realizar el ajuste. El termómetro y el higrómetro se han ajustado en la fábrica.

2.2.2.1 Cómo funciona el barómetro:

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Ilustración 12 Barómetro

2.3 TEORÍA GENERAL DE FUNCIONAMIENTO

2.3.1 DENSIDAD Y DENSIDAD RELATIVA

La densidad de la materia, ya sea en forma sólida, líquida o gaseosa, se define como el cociente entre la masa y el volumen. El símbolo generalmente aceptado para la densidad es la letra griega ρ (Rho) y las unidades SI de densidad son kg/m3_.

𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 =

𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏

𝝆 =

𝑽

La densidad de líquidos varía con la temperatura (debido a la expansión) y a una cantidad menor con presión (debido a la compresibilidad). Como ejemplo, a continuación se presenta tabulada la densidad del aire puro libre de agua en kg/m3_{, bajo una presión variable:}

Tabla 3 densidad del aire puro libre de agua.

Temperatura milibares sobre la atmosfera

°C 0 2 4 6 8 0 999.87 999.97 999.88 999.97 l000.00 10 999.73 999.53 999.27 998.97 998.62 20 998.23 997.80 997.33 996.81 996.26 30 995.68 995.06 994.40 993.72 993.00 40 992.25 991.47 990.7 989.8 989.0 50 988.1 987.2 986.2 985.3 984.3 60 983.2 982.2 981.1 980.1 978.9 70 977.8 976.7 975.5 974.3 973.1 80 971.8 970.6 969.2 968.0 966.7 90 965.3 964.0 962.6 961.2 959.8 100 958.4

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La densidad relativa de los líquidos comunes como indica la temperatura, se muestra en la tabla que aparece a continuación:

Tabla 4 Densidad de líquidos comunes

LIQUIDO TEMPERATURA DENSIDAD Alcohol 20 o_{C 0.79} El benceno 0 o_{C 0.9} Sangre 37 o_{C 1.04} Aceite de ricino 20 o_{C 0.95} Aceite de linaza 20 o_{C 0.95} Alcohol metílico 20 o_{C 0.8} Leche 20 o_{C 1.03.} Aceite de oliva 15 o_{C 0,918} Parafina 20 o_{C 0.8} Gasolina 20 o_{C 0.8} Agua de mar 0 o_{C 1.03.} Trementina 20 o_{C 0.85}

2.3.2 VISCOCIDAD.

Cada fluido conocido ofrece una resistencia (análoga a la fricción) al deslizamiento relativo movimiento de dos de sus capas adyacentes, y la propiedad física del líquido a la que esto es debido se denomina 'viscosidad'.

Esta propiedad solo se nota cuando el fluido está en el movimiento es la causa de la "fricción fluida" y le da fluida la apariencia de ser capaz de resistir tensión de corte entre capas adyacentes. Se puede demostrar que:

𝒇𝒔𝜶

𝒅𝒚

= µ

𝒅𝒚 Ecuación 2. 2 Donde μ se denomina 'Coeficiente de viscosidad' μ también se conoce como la viscosidad dinámica, y la viscosidad cinemática está relacionada con esta dinámica viscosidad tal que:

Viscosidad dinámica = densidad del fluido /Viscosidad cinemática

Las unidades SI para viscosidad dinámica son Pascal segundos (Ns/m2_{) y las unidades para viscosidad} cinemática es m2_/s.

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2.3.2.1 Viscosímetro capilar.

Descripción. El viscosímetro capilar proporcionado, está de acuerdo con BS 188 - Métodos para La determinación de la viscosidad de los líquidos y el usuario se refiere a este estándar británico para un Descripción definitiva del aparato y la figura del Viscosímetro de tubo en U, para una ilustración del aparato Básicamente, el principio del equipo es permitir que fluya una muestra de líquido a través de una longitud conocida de tubo capilar y del tiempo tomado, un valor para la cinemática la viscosidad del líquido puede determinarse. Las variaciones en la temperatura ambiente pueden afectar la temperatura del fluido que fluye a través del capilar y, por lo tanto, el tiempo empleado. El viscosímetro es mantenido, por lo tanto, a una temperatura razonablemente constante, suspendiéndolo de un operador puente en un cilindro de agua, cuya temperatura se mide con un cristal que lo acompaña termómetro.

2.3.3 CAPILARIDAD

Capilaridad es un término general para los fenómenos observados en líquidos debido al desequilibrio entre la atracción molecular en la frontera líquida, es decir, el aumento o la disminución de líquidos en los tubos estrechos. etc.

Deje que h sea la altura del líquido en el tubo de diámetro d y w es el peso por unidad de volumen del líquido. La Nota h se mide en el plano horizontal tangente a la superficie curvada en la parte superior de la columna. Llamaremos V igual al pequeño volumen por encima de este plano horizontal.

Equiparar el trabajo hecho en contra de la gravedad en cualquier pequeño desplazamiento vertical de la columna, a lo que se ha hecho por la tensión superficial.

si δx es este desplazamiento vertical, para el equilibrio

Ecuación 2. 3

Ecuación 2. 4 Dado que

y V generalmente es muy pequeño

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Ecuación 2. 6

2.3.4 TENSION SUPERFICIAL

La tensión superficial es la propiedad de un líquido que le da la apariencia de tener una piel elástica en la superficie de separación de un gas u otro líquido. La tensión es un efecto de las fuerzas de atracción existente entre las moléculas de un líquido. Se mide por la fuerza por unidad de longitud (Newtons por metro) actuando en la superficie en ángulo recto a un elemento de cualquier línea trazada en la superficie.

2.3.4.1 Placa Wilhelmy

Una placa Wilhelmy es una placa delgada que se usa para medir la superficie de equilibrio o la tensión interfacial en una interfaz aire-líquido o líquido-líquido. En este método, la placa se orienta perpendicularmente a la interfaz y se mide la fuerza ejercida sobre ella.

La placa de Wilhelmy consiste en una placa delgada generalmente de vidrio. La placa de vidrio está áspera para asegurar una humectación completa de la superficie. La placa se limpia a fondo y se fija a una balanza o balanza a través de una fina cadena de metal. La fuerza en la placa debido a la humectación se mide a través de un equilibrio electrónico y se usa para calcular la tensión superficial (γ) usando la ecuación de Wilhelmy. El siguiente consejo se le da al operador cuando usa este equipo:

Balance electrónico; esto tiene una precisión de medición de 0.01 gramos. Incorpora una función de ahorro de "energía" que se apaga después de tres minutos. Esto prolonga la duración de la batería. Esta función es seleccionable y se puede "desactivar". (ver manual del usuario)

La placa de Wilhelmy se baja y se levanta en el líquido girando los tres tornillos de ajuste de altura. Estos tornillos deben ajustarse uniformemente con esfuerzo para mantener la "burbuja" del nivel de diana dentro del círculo rojo

Ilustración 14 ecuación del plato de Wilhelmy