Mecánica de FluidosAutores : Mag. César Falconí Cossío – Ingº Robert Guevara Chinchayán

GUIA DE PRACTICA Nº 2

TANQUE CON TUBERÍA VERTICAL O LATERAL

1.- OBJETIVOS.-

I. OBJETIVO GENERAL:

Estudiar la velocidad con la que se descarga un tanque concierto volumen de líquido, y el tiempo de escurrimiento a través deun caño de descarga colocado en el fondo del tanque.

II.- OBJETIVOS ESPECIFICOS :

Medir el tiempo de vaciamiento de un tanque con orificioinferior.

Determinar el tiempo de descarga de un volumen de líquido, através de tuberías de distinto calibre.

Comprobar la relación existente entre la viscosidad de unlíquido y la velocidad de flujo frente al diámetro de la tubería.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO.-

Los balances macroscópicos efectuados en condicionesisotérmicas, de composición constante, permiten realizar elinventario completo de un Balance General ( de masa, cantidad demovimiento y energía ), que se efectúa en sistemas en los cuales novaría la composición ni la temperatura.

Un estudio realizado casi en estado de régimen permanentecon las suposiciones de que se puede despreciar la pérdida en laentrada del tubo y la energía cinética del líquido que abandona eltanque, permite vincular con facilidad el tiempo de escurrimiento enlas dimensiones del sistema y las propiedades del líquido.

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Aplicando un balance de energía al tubo de salida y teniendo encuenta las condiciones mencionadas, tenemos:

fLHLRV

..3)( 02

…….. (1)

f = factor de fricciónH = profundidad del líquido dentro del tanqueL = longitud del tuboR0 = radio del tuboV = velocidad del líquido en el tubo de tiempo constante.

- Cuando un líquido se encuentra en régimen laminar ff = 16 / Re;la ecuación (1) queda como:

LHLRgV

80

………. (2)

3.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.-

Calibre al nivel, por medio de un tapón, obturando el fondo deltanque y llenar con volúmenes o pesos conocidos de agua, sindesagitar los precedentes.(En esta forma se calibra el nivel, según las diferencias entrecantidades agregadas)

Mida los tiempos integrales de escurrimiento, en la siguienteforma:

a) Conecte con el tanque uno de los tubos de salida, llene eltanque y el tubo con el líquido cuyo tiempo de escurrimientose desea determinar.

b) Permita que el líquido comience a fluir por dentro del tubo.

c) Registre la forma en que varía, el tiempo de escurrimientocon la profundidad del líquido (efectúe lecturas de tiempospara pequeños intervalos de variación en el nivel del líquido)según lo observado en el nivel, de sus extremos superior alinferior.

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Calibre la escala del nivel sujeto al tanque.

Determine los tiempos de escurrimiento para el tanque con tubosde salida de diversos radios y longitudes correspondientes a unasolución acuosa de sacarosa al 60% ó aceite lubricante usado.

Determine los caudales instantáneos que egresan del tanque contubos de salida de diversos radios y longitudes, cuando el líquidodel tanque es una solución acuosa de sacarosa al 60% ó aceitelubricante usado.

Determine los tiempos de escurrimiento para un tanque con tubode salida de diversos radios y longitudes, cuando el líquido esagua.

Determine los caudales instantáneos que egresan del tanque, contubos de salida de diversos radios y longitudes cuando el líquidoes agua.

4.- CÁLCULOS Y GRÁFICOS.-

Calcular y tabular los valores, t, V, Q, con respecto a las diferentes alturasdel líquido en el tanque, según el radio y longitudes del tubo

para el agua como para la solución de sacarosa ó aceite lubricanteusado.

Graficar los cocientes entre los valores experimentales deescurrimiento y los respectivos valores obtenidos por cálculo enfunción del largo del tubo.

Graficar los cocientes entre los valores experimentales de tiempoy los respectivos valores obtenidos por cálculo, en función de larelación entre el diámetro del tubo.

Graficar los tiempos acumulativos de escurrimiento en función dela carga hidrostática.

Calcular los valores del Nº de Re para las condiciones existentes,respectivamente, al comenzar y al terminar el período deescurrimiento.

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Calcule los valores de energía cinética del líquidocorrespondiente, respectivamente, al comienzo y al fin delperiodo de escurrimiento.

En el caso de flujo turbulento estime las pérdidas debido alingreso del fluido al tubo de salida al comienzo y al término delperíodo de escurrimiento respectivamente.

Calcule los valores de la energía potencial correspondiente a lascondiciones existentes al comienzo y al final del período deescurrimiento.

ANEXO

Para calcular el tiempo de escurrimiento, deben emplearse las siguientesfórmulas :

REGIMEN LAMINAR :

2

140

28HLHLLn

RgRLt esc

Donde :R = Radio del tanque

RO = Radio del tubo

L = Longitud del tubo

H 1 = Profundidad inicial del líquido en el tanque

H 2 = Profundidad final

μ = Viscosidad del fluido

ρ = Densidad del fluido

t = Tiempo

Además : fL

HLRgV 02 4

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Re64

f ……………………………… VR 02Re

LHLRg

V

8

20

H = Profundidad del líquido dentro del tanque

RÉGIMEN TURBULENTO :

7

3

273

12

2

37 HLHLcRRto

esc

74

45

041

43

41

2

079.0

Rg

Lc

BIBLIOGRAFIA :

Claudio Mataix.- Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas

Robert Hansen.- Mecánica de Fluidos

UNI.- Laboratorio del Ingeniero Mecánico I