UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOSGuía Práctica para Desarrollar Actividades de Laboratorio en la Unidad Curricular Mecánica de Fluidos Profesor: Luís Alejandro Sánchez R. Santa Ana de Coro, Agosto 2006 Conocer el manejo de los instrumentos y equipos disponibles en el laboratorio para estudiar el comportamiento del agua y aplicar las expresiones matemáticas correspondientes. mediante la aplicación de este tipo de experiencia práctica. comparar y visualizar los fenómenos hidráulicos. logrando que incursionen en el área hidráulica. .INTRODUCCION La rama de la mecánica aplicada. que estudia el comportamiento de los fluidos. con el objeto de comprender la naturaleza de los mismos y a su vez involucrarse con el manejo de los instrumentos y equipos necesarios para el desarrollo de las actividades experimentales concernientes a la Mecánica de Fluidos y la Hidráulica. constituye la Mecánica de Fluidos y la Hidráulica. Dicho estudio requiere de un apoyo práctico que permita comprobar. OBJETIVOS Servir de material instructivo en lo referente a los trabajos del Laboratorio de Hidráulica. ya sea en reposo o en movimiento. Desarrollar cualidades investigativas y descriptivas en los alumnos. Los Quiz ó Pre .NORMATIVA Las prácticas son de carácter obligatorio. ORIENTACIONES SOBRE LAS PRÁCTICAS a) b) c) d) e) f) Leer detalladamente la guía de laboratorio. es así como resulta pertinente citar algunas experiencias prácticas dentro de las cuales enmarcaremos las nuestras: a) Confirmar la relación obtenida de un correcto análisis matemático. b) Evaluar los coeficientes obtenidos de un análisis teórico. quienes hayan asistido a la practica y hayan desarrollado todas y cada unas de la experiencias correspondientes. Analizar e interpretar los resultados para obtener buenas conclusiones. Conocer las precauciones a seguir al momento de realizar el experimento. La perdida de dos prácticas aplaza el laboratorio. y realizar las consultas bibliográficas respectivas. El desarrollo de las actividades prácticas. correspondientes a la práctica a ser desarrollada.Laboratorio no son recuperables. TECNICAS DE EXPERIMENTACION En el campo de la hidráulica es muy común establecer relaciones experimentales. Obtener una cantidad de datos lo suficientemente representativos que permitan desarrollar los experimentos con la mayor exactitud posible. . Disponer de todos los instrumentos necesarios para la medición de las variables o datos. con el fin de complementar un desarrollo teórico. Presentar dos ejemplos de cálculos y resultados en una forma clara y precisa. debe llevarse a cabo de manera ordenada y de acuerdo con las instrucciones impartidas por el profesor al inicio de las mismas. Solo serán incluidos en el informe de laboratorio. c) Observación de los fenómenos hidráulicos típicos. Venturímetro y Placa Orificio Pérdidas por fricción en tuberías y debidas a la existencia de accesorios. Visualización de Flujo Laminar y Flujo Turbulento. Informe de Laboratorio: El informe correspondiente a cada práctica. breve descripción de la metodología empleada y breve . Vertederos y Resalto Hidráulico. de la evaluación de las Unidades Curriculares Teórico-Prácticas. Pre-Laboratorio: Es una evaluación individual y se debe presentar antes de iniciar cada práctica. ESTRUCTURA DEL INFORME a) Título del Informe: Especifica el tema del informe. EVALUACIÓN Tal como lo establece el Reglamento de Evaluación en su Capítulo V. b) Introducción: Descripción breve y sencilla del contenido del informe de manera que permitan la mejor compresión del mismo. Tiene un valor de 5 puntos.BIBLIOGRAFÍA Cualquier texto de Mecánica de Fluidos e Hidráulica. (Objetivos. debe ser redactado con un criterio científico de manera clara y concreta. Flujo en Canales Abiertos: Flujo Uniforme. Medición de presión y caudal. resaltando los aspectos más importantes de la actividad realizada durante la práctica. (Los equipos de trabajo no serán mayor de 5 alumnos). enfocando el análisis y las conclusiones. SINOPSIS DEL CONTENIDO 1) 2) 3) 4) 5) 6) Instrumentos y equipos de laboratorio. justificación. Funcionamiento de Bombas Centrifugas. Calibración. de acuerdo con los objetivos planteados al inicio de la práctica. la nota del componente práctico equivale al 25 % de la nota definitiva ó del lapso. ya sea éste.exposición de las dificultades y limitaciones presentadas al desarrollar el trabajo. Los aspectos a considerar son los siguientes: i. Conceptos básicos referentes al contenido de la práctica. se describirán sus variaciones y se efectuarán las comparaciones entre el modelo y los sistemas en una forma simple y directa. manteniendo los resultados reales pese a las posibles fuentes causantes de error que se puedan presentar.1) Breve replanteo del tema investigado.3) Síntesis de las diversas partes del cuerpo del trabajo que condujeron a la solución de las interrogantes planteadas. Si el procedimiento es repetitivo. i. i. d) Marco Teórico: Recopilación del material bibliográfico requerido para desarrollar el trabajo. las soluciones obtenidas con los experimentos y los resultados más relevantes.4) Planteamiento de los alcances y limitaciones del estudio realizado. g) Cálculos y Resultados: g. con sus respectivas unidades. basta con representar el cálculo una sola vez. si las hubiese).2) Cálculo Típico: Debe especificarse el procedimiento de cálculo. gráfico ó a través de un desarrollo matemático realizado con las cantidades medidas. c) Descripción del Aparato: Descripción del equipo a ser utilizado para el desarrollo de la práctica.1) Valores medidos: Serán presentados en forma tabulada antes del cálculo típico. e) Procedimiento a seguir: Procedimiento experimental aplicado para desarrollar la práctica. h) Análisis: Etapa en la cual se hará un desglose de los resultados. i. . g. i) Conclusiones: Se presentan en forma resumida.3) Resultados: Después del cálculo típico serán tabulados. derivado del planteamiento inicial en función de los objetivos establecidos. los resultados del análisis efectuado. sus características principales. Debe ser redactado de manera clara y lógica.2) Breve descripción de la metodología empleada para la obtención de los resultados. funcionamiento y precauciones que se deben tener en cuenta. g. f) Variables que deben medirse. . válvulas y sobre los instrumentos para las medidas de flujo. Los gráficos deben ser nítidos. las escalas deben indicar las cantidades representadas con sus dimensiones. Modelo H38D/E. en hoja tamaño carta. e) Canal Abierto de inclinación variable con paredes transparentes. EQUIPOS DISPONIBLES EN EL LABORATORIO a) Kit para el estudio del Teorema de Bernoulli y sus implicaciones. c) Grupo para el estudio de las pérdidas de carga en tuberías. curvas y codos. Modelo H651. b) Aparato de Osborne – Reynolds.8DSU. d) Grupo para la prueba de Bombas Centrifugas en serie ó paralelo.j) Presentación del Informe: El informe se debe presentar a computadora. Modelo H23. Luís Alejandro Sánchez R. Elaborado por: Prof. para la visualización de la diferencia entre flujo laminar y turbulento. los puntos experimentales deben ser expresamente distinguidos y diferenciados. Agosto. 2006 . (Teoría de errores) Profesor: Luís Alejandro Sánchez R.UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS Instrumentos y Equipos de laboratorio (Introducción y propiedades. de acuerdo a los procedimientos adecuados. (PRACTICA #3) c) Grupo para el estudio de flujo en tuberías. Figura 1. ( Teoría de errores) Equipos de Laboratorio: a) Kit para el estudio del Teorema de Bernoulli. Modelo H65D. Identificar los equipos de ensayo y medidores de flujo disponibles en el laboratorio. Operar los equipos de ensayo y sus correspondientes medidores.1 Aparato de Reynolds. Objetivos: Establecer los conceptos fundamentales acerca de la actividad del laboratorio. Modelo H38D/E. ( Banco de tuberías) . Identificar los aspectos básicos para el análisis de datos experimentales. b) Aparato de Osborne-Reynolds.Experimento: Instrumentos y Equipos de Laboratorio. Modelo H23.2 Banco de tuberías (PRACTICA #2 .3.8DSU. Figura 1. Canal de pendiente variable (PRÁCTICA # 6) .Figura 1. Grupo de Bombas (PRÁCTICA #5) e) Canal Abierto de inclinación variable. Figura 1.4. #4) d) Grupo para la prueba de bombas. viscosidad cinemática.Investigar: a) Definición de fluido. presión de vapor. para relacionar las variables? k) ¿Cuáles son los métodos para el ajuste de los datos experimentales? l) ¿En qué consiste el proceso de “Regresión” a la hora de la interpretación de los resultados experimentales? Nociones Básicas TEORÍA DE ERRORES Cuando se somete un fenómeno físico a un proceso de observación. de alguna manera. . d) Propiedades de los fluidos: Viscosidad absoluta. las observaciones efectuadas no son absolutamente exactas debido a la incidencia de diferentes tipos de errores que se presentan. disminuyendo el grado de incertidumbre en el observador cuando los datos obtenidos están. fluidos Newtonianos y fluidos no Newtonianos. f) Principio de Pascal. ¿Que son errores experimentales? i) ¿Cómo se clasifican los errores experimentales? Defina cada uno j) ¿Cuales son las curvas de aproximación más usadas en la experimentación hidráulica. a. Los errores pueden clasificarse en dos: los errores sistemáticos y los errores fortuitos o casuales. g) Unidades y escalas para la medición de la Presión h) Teoría de errores Concepto. tensión superficial. atendiendo las consideraciones de la Teoría de Errores. e) Isotropía de la presión. personales y externas.) Errores experimentales En un trabajo experimental. b) Dimensiones y unidades fundamentales.1) Errores sistemáticos Tienen el mismo signo siempre y pueden deberse a las siguientes causas: instrumentales. se obtiene de él información que siempre debe ser procesada. dispersos. modulo de elasticidad volumétrico. Esta consiste en aproximar los modelos obtenidos experimentalmente a los modelos reales. c) Diagrama Reológico. a. Ejemplos de aplicación. 1) Errores sistemáticos instrumentales: se deben a defectos o imprecisión del aparato utilizado. los instrumentos se deben patronar cuidadosamente.1. vibraciones. Los diferentes pares ordenados (Xi y Yi). La curva que mejor represente los pares ordenados se llama curva de aproximación. Grado n. a. Se evitan estos errores realizándose cuidadosamente las lecturas. humedad.a. temperatura. b.2) Errores fortuitos o casuales Son resultados de las probabilidades y su efecto se reduce haciendo un gran número de observaciones. a. El observador no tiene control sobre ellos por lo cual no pueden eliminarse pero se deben aplicar las correcciones necesarias.1. Logarítmica: Y = a ln X + b Exponencial: Y = ab x Potencial: Y = aX b . Cúbica. etc. Al elegir la correlación conveniente.3) Errores sistemáticos externos o errores naturales: se deben a causas externas tales como vientos.1.2) Errores sistemáticos personales: tienen como base la apreciación del observador. una de las variables quedara en función de la(s) otra(s). conformarán un “diagrama de dispersión”. Para evitar este tipo de error. el caudal Q que pasa por un vertedero depende de la carga hidráulica H que actúa sobre su cresta. Cuadrática (parábola).) Relaciones entre variables En las experimentaciones hidráulicas se tienen variables cuyos valores son dependientes entre sí y que están relacionadas mediante una ecuación matemática tal que Y = ¦ (X). encontrados experimentalmente. a. exponenciales. en forma repetida y por varios observadores. o potenciales. Las curvas de aproximación más usuales son: Polinómica: Línea recta. el cual responde a un patrón de forma que puede ser correlacionado mediante modelos lineales. logarítmicos. mediante una ecuación cuyas constantes deben determinarse. Así por ejemplo. mientras que si graficando los pares “log X vs log Y” obtenemos una recta. Por ejemplo. En caso de ser lineal. Con el diagrama de dispersión y la mejor curva de ajuste definidos se procede a hallar la ecuación de esta última mediante un desarrollo matemático. . los parámetros a y b se leen directamente del gráfico.Figura 1. donde se presente la dispersión entre las variables y dibujar la línea de mejor ajuste. Para decidir cual ecuación desarrollar en curvas no polinómica. c. entonces habrá que desarrollar una ecuación potencial.5 Curvas típicas de aproximación o patronamiento. c) Ajuste de Datos Experimentales En cada una de las prácticas de laboratorio de hidráulica se obtendrán conjuntos de variables que presentan algún tipo de relación. es útil obtener diagramas de dispersión de variables transformadas.1) Método Gráfico Consiste en construir un gráfico cartesiano. si un diagrama de dispersión en escalas “X vs log Y” muestra una relación lineal entonces habrá que desarrollar una ecuación exponencial. parábola.). Como procedimiento para hallar la ecuación de la curva de ajuste se puede utilizar el método de mínimos cuadrados cuyo criterio es definir una curva cuyas desviaciones al cuadrado respecto a los datos reales son mínimos (definido para cualquier curva: recta.3) Método de Mínimos Cuadrados Se han desarrollado métodos basados en teorías estadísticas para buscar la ecuación de la curva que mejor se ajuste al conjunto de datos. etc. Este procedimiento presenta como ventajas que es el más usado. . que siendo única. que expresa que el valor más representativo está dado por la suma de todos los valores de las observaciones dividida por el número de éstas. Entre los métodos estadísticos.2) Promedio Aritmético Para determinar el valor que tiene la mayor probabilidad de ser el correcto.c. Para aplicar estos métodos es indispensable conocer de antemano la clase de correlación entre las variables. evita el juicio individual. se utilizan métodos estadísticos. de fácil cómputo y que para el cálculo sólo son necesarios los valores totales y el número de datos. Se representa matemáticamente así: M = media aritmética n = número de datos Xi = valores de las observaciones c. uno de los más conocidos es el de los mínimos cuadrados. siendo el más común el de la media aritmética o promedio aritmético. En la mayoría de las prácticas se evalúan parámetros cuyas relaciones son no lineales pero en todos los casos la forma de abordar estas curvas es haciendo uso de la transformación de variables. por ejemplo: Aplicando logaritmos a ambos lados de la ecuación anterior y utilizando las propiedades de los logaritmos se tiene: . En esta primera práctica se expondrán las pautas generales acerca de la Teoría básica de Errores con la finalidad de orientar a los estudiantes en las actividades de laboratorio . esto es lo que la estadística llama regresión. efectivamente. los datos guardan una proporción lineal. se puede utilizarla para calcular la variable dependiente haciendo solo uso de la determinación de la variable independiente. Una vez se realiza el ajuste de datos es necesario conocer que tan adecuado es dicho ajuste. El coeficiente de correlación se estima con la ecuación que sigue: Procedimiento General: Se proporcionará una explicación de la metodología de trabajo en el laboratorio de acuerdo a los puntos presentados al principio de este manual. Valores cercanos a uno (1) indican una relación lineal adecuada. valores cercanos a cero (0) indican que los datos no se distribuyen según un comportamiento lineal. esto se hace calculando el coeficiente de correlación.Entonces Y = a + bX función lineal. que sería un indicador de que. las constantes a y b se hallan haciendo uso de las ecuaciones anteriores y K = anitlog (a) d) Interpretación de Resultados Una vez obtenida la ecuación de la curva que mejor se ajusta a los datos. proceso llamado patronamiento. . Manipulación de las válvulas. Dependiendo de cómo se encuentre los meniscos inicialmente se deben abrir las válvulas superiores que controlan la presión dentro del manómetro. entonces debe inducirse presión a uno de los extremos del manómetro. así como también.6. Luego se reconocerá el laboratorio. La única actividad práctica será conocer el proceso de calibración del manómetro diferencial de mercurio para ello debe seguirse el siguiente procedimiento paso a paso: La calibración del manómetro diferencial consiste en nivelar horizontalmente el menisco izquierdo y el menisco derecho de este instrumento. los cuidados que se deben tener con cada uno de ellos. explicando la configuración y procedimiento de operación de cada equipo.que siguen. Si se quiere que el nivel de mercurio ascienda en uno de los lados. encajando el extremo al que se requiera bajar el nivel de mercurio. Figura 1. En el caso en que se abra completamente una de las válvulas y el menisco deje de ascender. Esto se logra. la válvula respectiva de ese lado debe abrirse progresivamente hasta que los meniscos se nivelen. en lo que respecta a los conceptos fundamentales de los parámetros estadísticos más empleados. dentro de las tomas de presión que se encuentra distribuidas por diversos puntos del banco de tuberías. Luis Alejandro Sánchez R. . y los aspectos que debe contener serán especificados por el Profesor de Laboratorio al finalizar la práctica. Figura 1.7 Extremos del manómetro y tomas de presión Informe a Presentar: Este informe se incluirá dentro del informe de la práctica #2. Elaborado por: Prof.Extremos del manómetro diferencial de Mercurio Tomas de Pasión del Banco de tuberías.