Guía de la práctica de ecuación de continuidad y de la energía

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(1)1. Alejandro Novoa-Castro, Estudios en Magister en Ciencias de los Recursos Hídricos Universidad Nacional de Colombia. Especialista en docencia universitaria, Universidad Cooperativa de Colombia. Especialista en ecología y medio ambiente, Universidad del Meta. Ingeniero agrícola Universidad Nacional de Colombia. Exfuncionario del Himat, Inat e Incoder, Profesional especialista en Distritos de Adecuación de Tierras, Profesor de tiempo completo Universidad Cooperativa de Colombia. correo e [email protected]. Guía de la práctica de ecuación de continuidad y de la energía. Resumen. La guía “Guía de práctica de la ecuación de continuidad y de la energía.”, busca que el estudiante se inicie en los principios de la hidráulica conociendo y entendiendo la ecuación de continuidad en que el caudal que entra es igual al que sale, y la ecuación de la energía la cual realiza el balance de una partícula de agua través de un ducto de un punto inicial a un punto final. Palabras claves. Ecuación de continuidad, ecuación de la energía, energía de posición, energía piezométrica, cabeza de velocidad, energía estática, líneas de energía, Aforo.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(2) 2. Índice de tabla de contenido Guía de la práctica de ecuación de continuidad y de la energía. .................................1 Resumen. ......................................................................................................................... 1 Palabras claves. ............................................................................................................... 1 Índice de tabla de contenido ........................................................................................2 Índice de tabla de fotografías. .....................................................................................4 Índice de tablas. ...........................................................................................................4 Reglamento..................................................................................................................5 Introducción. ...............................................................................................................5 Competencias. ................................................................................................................. 6 Propósito de la práctica ................................................................................................... 6 Objetivos. ........................................................................................................................ 7 Objetivo general. ......................................................................................................... 7 Objetivos específicos. ................................................................................................. 7 Descripción de actividades y procedimientos de la práctica .......................................7 Materiales ........................................................................................................................ 7 Modulo Tubería ramificadas. .......................................................................................... 8 Módulo de tuberías ramificadas. ................................................................................... 10 Toma de datos. .............................................................................................................. 11 Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(3) 3. Diámetros. ................................................................................................................. 11 Aforo del caudal. ........................................................................................................... 11 Cálculo del caudal promedio. .................................................................................... 13 Toma de datos de energía .............................................................................................. 14 Tabla 2. Energías del sistema. ...................................................................................16 Preguntas. ...................................................................................................................... 17 Parámetros para la elaboración y presentación del informe ......................................18 Referencias. ................................................................................................................... 20 Bibliografía................................................................................................................20. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(4) 4. Índice de tabla de fotografías. Fotografía 1 Módulos de redes cerradas y tuberías ramificadas. ........................................ 6 Fotografía 2 Implementos a usar. ........................................................................................ 8 Fotografía 3. Estación de bombeo de los sistemas de tuberías. .......................................... 9 Fotografía 4. Válvulas de control de redes cerradas y tuberías ramificadas. ...................... 9 Fotografía 5. Modulo de tuberías ramificadas. ................................................................. 10 Fotografía 6 .Toma del diámetro interno del tubo. ........................................................... 11 Fotografía 7. Tanque de aforo. .......................................................................................... 12 Fotografía 8. Tanque con su respectiva cota. .................................................................... 14 Fotografía 9. Toma de lectura en el piezómetro ............................................................... 15 Fotografía 10. Toma de lecturas........................................................................................ 15 Fotografía 11. Ecuación de la energía. .............................................................................. 16. Índice de tablas.. Tabla 1.Toma de datos del caudal ..................................................................................... 13 Tabla 2. Energías del sistema. ........................................................................................... 16 Tabla 3 .Perdidas de energía en los tramos. ...................................................................... 17. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(5) 5. Reglamento. Los ambientes prácticos de aprendizaje APA de la Ucc cuentan con un reglamento el cual debe ser acatado por los estudiantes, que obliga a usar bata blanca de manga larga, y jean en perfecto estado (sin huecos), botas de seguridad con punta de acero, sin relojes, anillos o pulseras en las manos o dedos, el estudiante que tenga pelo largo debe recogerlo. Dentro del laboratorio no se puede ingerir comidas, no correr ni jugar dentro del laboratorio ni con los equipos y sobre todo tratarlos con cuidado. Introducción. La “Guía de práctica de la ecuación de continuidad y de la energía.” busca que el estudiante se inicie en los principios de la hidráulica conociendo y entendiendo la ecuación de continuidad en que el caudal que entra es igual al caudal que sale Qe = Qs, relacionando la teoría con el experimental y visualizarlo en el módulo y la ecuación de la energía la cual nos indica que la energía inicial es igual a la energía al final más la perdida de energía en el tramo e interiorizar el concepto de que el fluido se mueve de mayor energía a menor energía.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(6) 6. Fotografía 1 Módulos de redes cerradas y tuberías ramificadas.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C.. Competencias.  Identificar las aspectos y principios fundamentales de la hidráulica.  Analizar los sistemas hidráulicos.  Utilizar los principios de la hidráulica en la solución de problemas planteados.  Diseñar sistemas hidráulicos.. Propósito de la práctica Mediante el empleo de la ecuación de continuidad cuantificar los caudales que entran a un nodo al igual que los que salen del mismo nodo e interiorizar este principio. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(7) 7. Desarrollar la capacidad de analizar la energía en los sistemas de flujo a presión en ductos cerrados, visualizar los parámetros de la ecuación de Bernoulli y graficarlos. Objetivos. Objetivo general. Estudiar y comprender la ecuación de continuidad verificando que el caudal que entra es igual al caudal que sale y analizar y cuantificar la ecuación de la energía. Objetivos específicos.  Determinar experimentalmente las pérdidas en cada tramo.  Determinar los caudales en cada tramo de tubería.  Determinar el caudal total del sistema.. Descripción de actividades y procedimientos de la práctica Materiales  Módulo de tuberías ramificadas.  Pie de Rey  Caja de muestra de tuberías.  Cronómetro.  Termómetro.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(8) 8. Fotografía 2 Implementos a usar.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C. Modulo Tubería ramificadas. En la estación de bombeo para los sistemas de tuberías en serie, paralelo, ramificadas, redes cerradas y golpe de ariete, verifique que todas las válvulas estén cerradas a excepción de la válvula B que controla los módulos de tuberías ramificadas y redes cerradas, Oprima el botón negro para prender la motobomba, verifique que el manómetro este marcando la presión, y verifique que sale agua por la tubería al tanque 1, de lo contrario apague el equipo y verifique que la bomba esta cebada.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(9) 9. Fotografía 3. Estación de bombeo de los sistemas de tuberías.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C.. Verifique que la válvula D del tubo superior se encuentra abierta (corresponde al módulo de tuberías ramificadas) y la válvula C correspondiente al módulo de redes cerradas este cerrada.. Fotografía 4. Válvulas de control de redes cerradas y tuberías ramificadas.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(10) 10. Verifique que la válvula E que alimenta el tanque 1 se encuentre abierta y la válvula F que lleva al tanque 2 se encuentre cerrada. Módulo de tuberías ramificadas. El sistema de tuberías ramificadas está compuesto por dos válvulas que alimentan el tanque 1 y 2, cuatro tanques, cinco tramos de tuberías, dos nodos cada uno con su piezómetro respectivo. Cada tanque cuenta con sistema de drenaje que lleva el caudal a través de mangueras al tanque aforador.. Fotografía 5. Modulo de tuberías ramificadas.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(11) 11. Toma de datos. Diámetros. identifique el diámetro de cada tubería y con el pie de rey mida el diámetro interno apoyándose con la caja de muestras de niples de tubería ver fotografía 2. Fotografía 6 .Toma del diámetro interno del tubo.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C.. Aforo del caudal. Una vez prendido el modulo esperamos un rato a que se estabilice el sistema y procedemos a tomar los respectivos datos de caudal y energías. Realice el aforo de las mangueras que salen de los tanques 4, 3 y 2, cada manguera por separado y consigne los valores en la tabla 1, use una tabla diferente para cada aforo, El tanque aforador es un sistema de tres compartimientos, el primero recibe el agua de las tuberías donde se presenta un flujo turbulento, la segunda es una cámara de aquietamiento y la tercera cámara corresponde al tanque de aforo volumétrico, la separa con la segunda cámara un Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(12) 12. vertedero triangular 90° de cresta delgada y que cuenta con una escala, la cual un 1 cm equivale a un litro. Fotografía 7. Tanque de aforo.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C.. Los compartimientos dos y tres cuentan con sus respectivos tapones para evacuar el agua a la tubería de drenaje que lleva el agua al tanque de almacenamiento para recircular el fluido. Antes del tanque se tiene una tubería de PVC donde se disponen las mangueras que no se van a aforar y que lleva el agua directamente al depósito de almacenamiento. Con el cronometro tome los tiempos parciales en segundo, cada cinco (5) litros, (1 cm equivale a un litro). Ponga a funcionar el cronometro en un nivel entre 2 y 4 cm y a partir de este valor tome las lecturas cada 5 cm. Una vez termine de tomar los tiempos levante el tapón del tanque volumétrico para evacuar el agua y continuar con la siguiente manguera.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(13) 13. Tabla 1.Toma de datos del caudal Delta de Delta de volumen tiempo litros segundos 5 5 5 5 5 Promedio Q prom = Desviación estándar S= Límite inferior =. Q Caudal LPS. Caudal promedio LPS. LPS. Límite superior = Fuente: Elaborado por Ing. A.Novoa.C.. Cálculo del caudal promedio.  Calcule el caudal para cada momento,  Calcule el caudal promedio de los cinco datos,  Calcula la desviación estándar,  Determine el límite inferior: al promedio réstele la desviación estándar  Determine el límite superior: al promedio súmele la desviación estándar.  Deseche los valores que queden por debajo del límite inferior  Deseche los datos que queden por encima del límite superior.  Promedie los datos que quedaron entre los dos limites, y ese es su caudal promedio, que vas a usar para determinar la velocidad media de la práctica.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(14) 14. Toma de datos de energía. Cada tanque y los nodos respectivos disponen de una placa donde se relaciona la cota de elevación (Z) esta cota corresponde a la energía de posición en metros conforme a la ecuación de la energía. Fotografía 8. Tanque con su respectiva cota.. Fuente archivo del Ing. A.Novoa.C. Dentro del tanque y los piezómetros se almacena una porción de agua, proceda a tomar las lecturas en cada uno de los tanques al igual que en los dos piezómetros , esta lectura corresponde a la energía piezométrica en metros ℎ = 𝑃⁄ϓ𝑤 . (m).. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(15) 15. Fotografía 9. Toma de lectura en el piezómetro. Fuente. Archivo del Ing. A.Novoa.C. Fotografía 10. Toma de lecturas.. Fuente archivo Ing. A.Novoa.C.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(16) 16. Fotografía 11. Ecuación de la energía.. Fuente archivo Ing. A.Novoa.C.. Tabla 2. Energías del sistema. Energías Tramo 1 2 3 4. Diámetro. Caudal. Velocidad. inicial (Ei). final (Ef.). Perdidas (hp). Fuente: Elaborado por Ing. A.Novoa.C.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(17) 17. Tabla 3 .Perdidas de energía en los tramos.. Elemento Tanque 1 Tanque 2 Tanque 3 Tanque 4 Nodo 1 Nodo 2. Posición (Z). Energías del sistema cabeza de Piezométrica velocidad (h) (hv). Energía Total (E.). Fuente: Elaborado por Ing. A.Novoa.C.. Preguntas. 1.. Para cada aforo calcule: a. El caudal medio en cada tramo, [Q] b. Velocidad media en cada ducto [V] c. Cabeza de velocidad [hv] d. Determine el caudal total del sistema. [Qt] e. Calcule las pérdidas de energía en cada tramo. [hp] f. Dibuje las líneas de energía para cada tramo. Nota: consigne todos los valores en tablas,. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(18) 18. Parámetros para la elaboración y presentación del informe Presente el informe de acuerdo con las normas para la presentación de los informes de laboratorio de hidráulica. Para la presentación de este documento, se debe tener en cuenta una estructura básica que se presenta a continuación: Portada. Es la primera página del informe, en la que se incluye el nombre de la universidad, facultad, materia, grupo, título de la práctica, nombre del estudiante y fecha. Contraportada. Se debe incluir el nombre de la universidad, fotografía de los integrantes que realizaron la práctica y el correspondiente nombre de los estudiantes de izquierda a derecha en el orden de aparición y fecha. Introducción. En la introducción el estudiante debe describir los fundamentos teóricos de la práctica y objetivos del experimento. Debe haber correlación entre unos y otros, además los objetivos debes ser reales y medibles, proporcionales con los resultados que se esperan obtener en la práctica. Materiales y métodos experimentales. Donde el estudiante explique los materiales utilizados y haga una descripción breve de las técnicas o métodos experimentales utilizados. Resultados. En este apartado se hace una descripción de los resultados obtenidos con la ayuda de tablas y figuras que muestren la información de manera clara, descriptiva y estructurada. Aparte de los datos, son importantes también las observaciones que se toman, las cuales pueden retroalimentar al docente acerca de la práctica de laboratorio.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(19) 19. Cuestionarios. Los cuestionarios deben de ser suministrados por el docente, pueden contener test, pruebas o ejercicios para repasar los contenidos aprendidos durante la práctica de laboratorio. También pueden apoyarse en recursos gráficos cuando los contenidos temáticos así lo requieran. Discusión. La discusión presenta en primer lugar el análisis de resultados, el cual comprende una descripción de lo que se refleja en los datos resultantes, y un análisis acerca de si se cumplen las expectativas. Se trata de demostrar que la práctica de laboratorio se hizo correctamente e incluye también comparaciones con experiencias previas pertinentes a la investigación. Posteriormente, las conclusiones analizan el desarrollo del experimento y los resultados obtenidos. Deben estar en correlación con los objetivos planteados. Si se presentan resultados incorrectos, también se deben discutir en este apartado para identificar causas de error y proponer ideas para mejorar los resultados y procesos. También se sugieren modificaciones para mejorar la práctica. Referencias bibliográficas. La organización de las referencias depende del estilo de citación que se adopte, según la disciplina. Solo se incluirán las referencias consultadas en la práctica.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

(20) 20. Referencias.. Bibliografía Avila, G. S. (2008). Hidraulica General Volumen 1 Fundamentos. En G. S. Avila, Gilberto Sotelo Avila (págs. 278-279). Mexico: EDITORIAL LIMUSA, S.A. de C.V GRUPO NORIEGA EDITORES Balderas 95, Mexico, D.F. Giles., R. V. (1994). Mecánica de los fluidos e hidráulica. España: Mc Graw Hill. Mott, R. L. (2006). Mecanica de fluidos. Mexico: Pearson. Streeter, V. L. (2000). Mecánica de fluidos. Colombia: Mc Graw Hill. Wiggert., M. C. (2003). Mecánica de fluidos. Mexico: Ciencias Ingenierias.. Tuberías en paralelo. abril 2019. Profesor Ing. Alejandro Novoa Castro..

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