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Mecánica de Fluidos
Autores : 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 con
cierto volumen de líquido, y el tiempo de escurrimiento a través de
un caño de descarga colocado en el fondo del tanque.
II.-
OBJETIVOS ESPECIFICOS :
 Medir el tiempo de vaciamiento de un tanque con orificio
inferior.
 Determinar el tiempo de descarga de un volumen de líquido, a
través de tuberías de distinto calibre.
 Comprobar la relación existente entre la viscosidad de un
líquido y la velocidad de flujo frente al diámetro de la tubería.
2.-
FUNDAMENTO TEÓRICO.Los balances macroscópicos efectuados en condiciones
isotérmicas, de composición constante, permiten realizar el
inventario completo de un Balance General ( de masa, cantidad de
movimiento y energía ), que se efectúa en sistemas en los cuales no
varía la composición ni la temperatura.
Un estudio realizado casi en estado de régimen permanente con las
suposiciones de que se puede despreciar la pérdida en la entrada del
tubo y la energía cinética del líquido que abandona el tanque,
permite vincular con facilidad el tiempo de escurrimiento en las
dimensiones del sistema y las propiedades del líquido.
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Autores : Mag. César Falconí Cossío – Ingº Robert Guevara Chinchayán
Aplicando un balance de energía al tubo de salida y teniendo en
cuenta las condiciones mencionadas, tenemos:
( V )2 
3.R0 L  H 
L. f
…….. (1)
f = factor de fricción
H = profundidad del líquido dentro del tanque
L = longitud del tubo
R0 = radio del tubo
V = 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:
 V    g R0 L  H  ………. (2)
8 L
3.-
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Calibre al nivel, por medio de un tapón, obturando el fondo del
tanque y llenar con volúmenes o pesos conocidos de agua, sin
desagitar los precedentes.
(En esta forma se calibra el nivel, según las diferencias entre
cantidades agregadas)
 Mida los tiempos integrales de escurrimiento, en la siguiente
forma:
a) Conecte con el tanque uno de los tubos de salida, llene el
tanque y el tubo con el líquido cuyo tiempo de escurrimiento
se desea determinar.
b) Permita que el líquido comience a fluir por dentro del tubo.
c) Registre la forma en que varía, el tiempo de escurrimiento
con la profundidad del líquido (efectúe lecturas de tiempos
para pequeños intervalos de variación en el nivel del líquido)
según lo observado en el nivel, de sus extremos superior al
inferior.
 Calibre la escala del nivel sujeto al tanque.
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 Determine los tiempos de escurrimiento para el tanque con tubos
de salida de diversos radios y longitudes correspondientes a una
solución acuosa de sacarosa al 60% ó aceite lubricante usado.
 Determine los caudales instantáneos que egresan del tanque con
tubos de salida de diversos radios y longitudes, cuando el líquido
del tanque es una solución acuosa de sacarosa al 60% ó aceite
lubricante usado.
 Determine los tiempos de escurrimiento para un tanque con tubo
de salida de diversos radios y longitudes, cuando el líquido es
agua.
 Determine los caudales instantáneos que egresan del tanque, con
tubos de salida de diversos radios y longitudes cuando el líquido
es agua.
4.-
CÁLCULOS Y GRÁFICOS.-
Calcular y tabular los valores, t, V, Q, con respecto a las diferentes alturas
del líquido en el tanque, según el radio y longitudes del tubo
 para el agua como para la solución de sacarosa ó aceite lubricante
usado.
 Graficar los cocientes entre los valores experimentales de
escurrimiento y los respectivos valores obtenidos por cálculo en
función del largo del tubo.
 Graficar los cocientes entre los valores experimentales de tiempo
y los respectivos valores obtenidos por cálculo, en función de la
relación entre el diámetro del tubo.
 Graficar los tiempos acumulativos de escurrimiento en función de
la carga hidrostática.
 Calcular los valores del Nº de Re para las condiciones existentes,
respectivamente, al comenzar y al terminar el período de
escurrimiento.
 Calcule los valores de energía cinética del líquido
correspondiente, respectivamente, al comienzo y al fin del
periodo de escurrimiento.
 En el caso de flujo turbulento estime las pérdidas debido al
ingreso del fluido al tubo de salida al comienzo y al término del
período de escurrimiento respectivamente.
 Calcule los valores de la energía potencial correspondiente a las
condiciones existentes al comienzo y al final del período de
escurrimiento.
 Que son Grados Brix? Como influye el % de sacarosa en la
velocidad de escurrimiento de un fluido?
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ANEXO
Para calcular el tiempo de escurrimiento, deben emplearse las siguientes
fórmulas :
REGIMEN LAMINAR :

t esc
Donde
L  H 1 
8 L R2
Ln


L

H
 g R 04

2

:
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 :
V
f

2

4 g R 0 L  H 
L f
64
………………………………
Re
V

Re 
 2 R0 V

 g R 02 L  H 
8 L
H = Profundidad del líquido dentro del tanque
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RÉGIMEN TURBULENTO :
t esc

3
3
7 R2 

7  L  H  7


c
L

H
1
2

3 R o2 

 0.079 L 
c   3
1
5
 2 4 g  4 R 04

1
4





4
7
BIBLIOGRAFIA :
 Claudio Mataix.- Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas
 Robert Hansen.- Mecánica de Fluidos
 UNI.- Laboratorio del Ingeniero Mecánico I