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. Mecánica de Fluidos 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. Mecánica de Fluidos Autores : Mag. César Falconí Cossío – Ingº Robert Guevara Chinchayán 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? Mecánica de Fluidos Autores : Mag. César Falconí Cossío – Ingº Robert Guevara Chinchayán 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 Mecánica de Fluidos Autores : Mag. César Falconí Cossío – Ingº Robert Guevara Chinchayán 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