Manual de instrucciones - Universidad de Magallanes

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA
SISTEMATIZACION DE EXPERIENCIAS EN EL
LABORATORIO DE BOMBAS HIDRAULICAS
DE LA UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
“Trabajo de titulación presentado en
conformidad a los requisitos para obtener el
título de Ingeniero Mecánico”.
PROFESOR GUIA: ING. RICARDO AGUILA JOFRE
PABLO ADOLFO SANCHEZ GESELL
2007
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA
SISTEMATIZACION DE EXPERIENCIAS EN EL
LABORATORIO DE BOMBAS HIDRAULICAS
DE LA UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
PABLO ADOLFO SANCHEZ GESELL
2007
RESUMEN
El trabajo que a continuación se presenta está organizado en seis capítulos,
siendo el primero la introducción, la cual da cuenta de la nomenclatura necesaria
para poder entender las ecuaciones y las tablas que serán mostradas
posteriormente.
El segundo capítulo detalla el sistema actual de adquisición de datos, el cual es
el motivo principal de este trabajo.
El tercer capítulo presenta un respaldo teórico con todo lo necesario para la
construcción actual y futura de las curvas necesarias para la elección de bombas.
El cuarto capítulo muestra el nuevo sistema de adquisición de datos y todos los
componentes necesarios para poder implementar este sistema automatizado de
adquisición de datos.
El quinto capítulo muestra las tablas, valores y curvas obtenidas con el nuevo
método.
Finalmente se presenta el sexto capítulo que da a conocer las conclusiones y
recomendaciones para futuras experiencias.
INDICE.
Página
CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN……………..……………………………………………..…1
1.1 Introducción…………………………………………………………………………….……2
1.2 Objetivos………………………………………………………………………………….….3
1.2.1 Objetivo general….……………………………………………….………….…..3
1.2.2 Objetivos específicos……………………………………………………….……3
1.3 Nomenclatura……………………………………………………………………….…......4
CAPITULO 2: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………….………...6
2.1 Planteamiento del problema………..…..…………………………….…………….…...…7
2.1.1 Procesos actuales de adquisición de datos…………………………….……...7
2.1.1.1 Caudal….……………………………………………………….…........7
2.1.1.2 Presión a la entrada y salida de la bomba…………………...…..….8
2.1.1.3 Temperatura………………………………………………………….…9
2.1.1.3 Potencia eléctrica………………………………………………...…..10
2.1.2 Principales inconvenientes en la obtención de datos……………...……….10
CAPITULO 3: RESPALDO TEORICO………………………….……………………….…..12
3.1 Ecuación de Bernouilli..............................................................................................13
3.2 Ecuación de energía………………………………..…………………………….....…...14
3.3 Pérdidas de carga ………………………………………………..…………………..…..15
3.3.1 Pérdidas de carga primarias……………………………………..….………….16
3.3.1.1 Número de Reynolds……………………………………………..…..17
3.3.1.2 Rugosidad relativa………………………………..…………….…….18
3.3.2 Pérdidas de carga secundarias…………………………..……..…………….18
3.3.2.1 Método del coeficiente K……………………………………………..18
3.3.2.2 Método de las longitudes equivalentes……………………….…….19
3.4 Potencia de máquinas hidráulicas…………………………………………..... ...……..19
3.5 Altura manométrica de una bomba centrífuga………………………...…………...….21
3.5.1 Primera expresión de la altura manométrica………………...………..……..23
3.5.2 Segunda expresión de la altura manométrica…………………...…………..26
3.6 Curvas características de una bomba centrifuga………………………………….…...28
3.6.1 Curva Altura VS Caudal……………………………………………………….29
3.6.2 Curva Potencia VS Caudal………………………………………….....……..30
3.6.3 Curva Rendimiento VS Caudal……………………………...………...……..32
3.7 Obtención de las curvas características de las bombas centrífugas…………….…32
3.7.1 Curva de estrangulación……………………………………………………….33
3.7.2 Curva Eficiencia-Caudal………………………………………………………..35
3.7.3 Curva Potencia-Caudal…………………………………………………………38
3.8 Punto óptimo de funcionamiento de una bomba centrifuga…………………..…..…39
3.8.1 Curva de la instalación… ………………………………….……….....……….39
3.8.2 Punto de proyecto ……………………………………………...……….....…..42
3.8.3 Regulación del punto de proyecto……………………………………...….….43
3.9 Operación en serie y paralelo…………………………………………..………………..44
3.9.1 Operación en paralelo……………………………….……….……..………….44
3.9.2 Operación en serie …………………………………….…….…………………47
CAPITULO 4: ADQUISICION DE DATOS……………………….…………………………49
4.1 Introducción……………………………………………………...……..……..…..50
4.2 Descripción de los elementos y equipos……………………….……..………..50
4.2.1 Software Data Studio………………………………..……….…………50
4.2.2 Interfase (Science Workshop 500)…………………………….………51
4.2.3 Sensor de frecuencia de flujo………………………………………….51
4.2.3.1 Calibración del sensor de flujo……………………………….52
4.2.4 Sensor de presión absoluta……………………………..……………..52
4.2.5 Sensor de temperatura…………………………………………....……53
4.3 Conexión de sensores a interfase………………………………………….……53
4.4 Ubicación e instalación de los sensores en sistema de bombas………….…54
4.4.1 Instalación del sensor de frecuencia flujo (Caudal)…...……………55
4.4.2 Instalación de los sensores de presión………………………….……56
4.4.3 Instalación del sensor de temperatura…………………………….…57
4.5 Configuración del software………………………………………………….……58
4.5.1 Planilla base para la adquisición de datos Soft. Data Studio…...….58
CAPITULO 5: DATOS ADQUIRIDOS Y CURVAS OBTENIDAS………………………..64
5.1 Datos adquiridos…………………………………………………………………..65
5.2 Curvas obtenidas………………………………………………..…………...……68
CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………….……..75
6.1 Conclusiones……………………………………………………………...….……76
6.2 Recomendaciones………………………………………………………...………77
BIBLIOGRAFIA...............................................................................................................78
ANEXOS…………………………………………………………………...……………………80
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO 2
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y GENERALIDADES
CAPÍTULO 3
RESPALDO TEORICO
CAPÍTULO 4
ADQUISICION DE DATOS
CAPÍTULO 5
DATOS ADQUIRIDOS Y CURVAS OBTENIDAS
CAPÍTULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
ANEXOS
2
1.1 Introducción
Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles;
son máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo
hidráulico.
El volumen que mueven es denominado caudal y la presión que
aumentan es llamada altura, estas dos variables junto a la potencia son las
principales características en la elección de una bomba hidráulica.
Como las bombas centrifugas entregan un caudal determinado para una altura
específica y por consecuencia consumen una potencia determinada, es que nace la
necesidad de crear gráficos para poder encontrar más fácilmente la bomba ideal para
una instalación en especial.
Los gráficos más utilizados para seleccionar la bomba más adecuada son los
siguientes: la curva altura-caudal, potencia-caudal y eficiencia (rendimiento)-caudal.
La construcción de estas curvas esta basada en cinco variables; presión de
entrada a la bomba, presión de salida de la bomba, temperatura del fluido, caudal y
potencia.
En este sentido, modificar la forma en que se obtienen estas variables es lo que
se pretende mejorar en la presente investigación. Por otra parte, considerando que
hoy en día todos estos datos se obtienen de forma manual, aparece también como
segundo
tema
fundamental
de
computacionalmente esta información.
este
trabajo
la
manera
de
obtener
3
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo General
•
Desarrollar un método más eficiente de adquisición de datos para las principales
variables de una instalación de bombas hidráulicas, a fin de facilitar la ejecución
del laboratorio al estudiante.
1.2.2 Objetivos específicos
•
Hacer un diagnóstico de como se procede en la actualidad.
•
Determinar los posibles puntos de automatización de las señales para captura de
datos.
•
Implementar un sistema automático de captura de datos.
•
Confeccionar software para adquisición de datos y confección de curvas
específicas.
•
Confeccionar un manual o instructivo con la nueva manera de proceder en el
laboratorio de máquinas hidráulicas.
4
1.3 Nomenclatura
Símbolo Unidad
Descripción
D
(m)
Diámetro
e
(m)
Rugosidad absoluta
f
(-)
F
(N)
g
(m/s²)
H
(m)
Energía añadida por la o las bombas
Hinst
(m)
Altura de la instalación
Hm
(m)
Altura manométrica
HP
(m)
Pérdidas primarias
HS
(m)
Pérdidas secundarias
Htop
(m)
Diferencia de altura topográfica
∆H
(m)
Pérdida de carga total
I
(A)
Intensidad de corriente eléctrica
K
L
n
Factor de fricción
Fuerza
Aceleración de gravedad
Coeficiente de pérdidas secundarias
(m)
Longitud de tubería
(RPM) Frecuencia de giro
Na
(N)
Potencia de accionamiento
Nm
(W)
Potencia eléctrica consumida por el motor
Nu
(W)
Potencia de la o las bombas
P1
(kPa)
Presión inicial
P2
(kPa)
Presión final
5
Pe
(kPa)
Presión a la entrada de la bomba
Ps
(kPa)
Presión a la salida de la bomba
Q
(m³/s)
Caudal
R
(m)
Brazo dinamómetro
Re
(-)
Número de Reynolds
V
(m/s)
Velocidad
V1
(m/s)
Velocidad inicial
V2
(m/s)
Velocidad final
Ve
(m/s)
Velocidad a la entrada de la bomba
Vs
(m/s)
Velocidad a la salida de la bomba
Z1
(m)
Altura topográfica inicial
Z2
(m)
Altura topográfica final
Altura topográfica a la entrada de la
Ze
(m)
bomba
Zs
(m)
Altura topográfica a la salida de la bomba
γ
(Kg/m³) Peso específico
ηb
(%)
ν
(m²/s)
Rendimiento de la o las bombas
Viscosidad cinemática
7
2.1 Planteamiento del problema
Desde hace muchos años se ha venido tratando de simplificar la experiencia en
los laboratorios de bombas. Para esto se han implementado diversos sistemas como
apoyo tecnológico para el estudiante.
La Universidad de Magallanes cuenta con un laboratorio de fluidos, dentro de
éste se encuentra un sistema de simulación de una instalación de bombeo de agua, el
cual consta de dos bombas y sus respectivos accesorios.
2.1.1 Proceso actual de obtención de datos
En una experiencia de bombas hidráulicas se deben medir distintas variables
como son: caudal, presión a la entrada de la bomba, presión a la salida de la bomba,
temperatura y potencia eléctrica. Al mismo tiempo se debe variar la estrangulación de
su respectiva descarga, para así poder obtener los puntos necesarios para formar las
curvas características de una Bomba e Instalación.
Los puntos descritos a continuación detallan el proceso de obtención de cada
una de las variables y los instrumentos utilizados actualmente.
2.1.1.1 Caudal
Para la obtención del caudal en cada estrangulación es necesario medir el
volumen de agua por una determina cantidad de tiempo.
La metodología para
obtención del volumen es la cubicación de un recipiente, el cual tiene la forma de un
paralelepípedo, ver figura (2.1).
8
La cubicación del recipiente consta de dos pasos; primero se debe medir el área
del recipiente y segundo se debe establecer hasta que altura del recipiente se
depositará el fluido. Esta graduación solo será visual, ya que el recipiente consta de
una regla en una de sus paredes.
El tiempo que se demore en llenar el volumen establecido será medido con un
cronómetro manual.
Este proceso de medición debe ser realizado por dos alumnos como mínimo, ya
que nace el inconveniente de la capacidad del estanque el cual es de un volumen que
debe ser vaciado al terminar cada toma de datos.
Figura 2. 1 Recipiente para la cubicación.
2.1.1.2 Presiones a la entrada y salida de las Bombas
El proceso de obtención de presiones es efectuado por otro integrante, el cual
deberá visualizar los manómetros situados a la entrada y salida de la o las bombas
respectivamente, ver figura (2.2). El principal inconveniente de esta operación es el no
poder visualizar con facilidad la diferencia de presión existente entre la succión y la
9
descarga de las bombas, esto debido a que los manómetros de entrada no son iguales
a los de salida y en consecuencia entregan sus valores en distintas unidades.
Figura 2. 2 1) manómetro de entrada bomba uno, 2) manómetro de entrada bomba dos,
3) manómetro de salida bomba uno, 4) manómetro de salida bomba dos
2.1.1.3 Temperatura
La medición de la temperatura es efectuada a través de termómetros, los cuales
basan su funcionamiento en el mercurio o en forma digital. El depósito de agua es el
lugar en el cual se obtienen las referencias de temperaturas.
Figura 2. 3 termómetro digital
10
Depósito
Figura 2. 4 Depósito de agua
2.1.1.4 Potencia Eléctrica
La potencia eléctrica es obtenida a través de un analizador industrial, el cual
entrega el valor en forma análoga. La ubicación de este es a continuación de la red de
suministro eléctrico y previamente a la Bomba. Figura (2.5)
Figura 2. 5 Analizador industrial
2.1.2 Principales inconvenientes de la obtención de datos
Como se aprecia en los párrafos anteriores la recopilación de las variables de
funcionamiento de una Bomba están basadas en la obtención manual de los datos.
Para realizar esta experiencia eficientemente al menos se necesitan cinco alumnos.
11
Otro inconveniente que se origina es el tiempo necesario para lograr
exitosamente la experiencia, esto a causa de que es necesario coordinar a todos los
integrantes. Si a esto se le suma que al menos se necesitan quince estrangulaciones
para realizar una experiencia exitosa, se concluye que es necesario tener un lapso de
tiempo bastante prolongado.
La precisión es un tema muy importante a la hora de efectuar una experiencia. El
margen de error al obtener las variables visualmente y sobre todo el traspaso de
información en forma manual no es el método más preciso para efectuar una
adquisición de datos.
13
3.1 Ecuación de Bernouilli
La ecuación de Bernouilli es llamada también la ecuación fundamental de la
hidrodinámica. Expresa la energía que contiene el fluido al pasar por una tubería o
canal abierto, que se conserva en todo momento. Significa entonces que un tipo de
energía al ir disminuyendo va dejando paso a otra de tal forma que la energía siempre
se conserva.
Este concepto naturalmente es de carácter teórico ya que en los sistemas reales
siempre hay una cantidad de energía que se pierde, haciendo que cada vez la suma
sea menor. Sin embargo, aunque poco práctica en su concepción básica, la ecuación
de Bernouilli permite comprender las diferentes transformaciones de energía que en el
flujo se producen. Esta es la siguiente:
V12
P2
V22
Z1 + +
= Z2 +
+
= Cons tan te
γ 2* g
γ 2* g
P1
Donde:
Z1 , Z2
: Altura de energía potencial de los puntos considerados
P1
: Altura de presión en los puntos 1 y 2
γ
V12
2* g
,
,
P2
γ
V22
2* g
: Altura de velocidad de los puntos 1 y 2
(3.1)
14
Figura 3. 1 Representación gráfica de la ecuación de Bernouilli
3.2 Ecuación de energía
Es llamada también ecuación de Bernouilli generalizada y, como su nombre lo
indica, es una generalización de la conservación de la energía considerando ahora la
extracción (Turbina) y/o adición (Bomba) de energía por alguna máquina hidráulica
entre dos puntos (1 y 2). Además, contempla la pérdida de energía de presión (pérdida
de carga) que ocurre entre los mismos puntos. Su expresión más simple es la siguiente:
V12
P2
V22
Z1 + +
+ H = Z2 +
+
+ ΔH
γ 2* g
γ 2* g
P1
(3.2)
15
Donde:
H :
Energía añadida o extraída por medio de una máquina hidráulica
(+ : Bomba, - :Turbina)
ΔH :
Pérdida de carga entre 1 y 2
Figura 3. 2
Representación gráfica de la ecuación de Bernouilli generalizada
3.3 Pérdida de carga
Las pérdidas de carga corresponden a la caída de presión en tuberías producto
principalmente del roce del fluido con las paredes del ducto que lo contiene. Se
clasifican en pérdidas de carga primaria y pérdidas de carga secundaria.
Dependiendo de la longitud de la tubería y de la cantidad de accesorios que
contenga, la magnitud de la pérdida de carga puede ir desde una fracción de la altura
topográfica hasta llegar a ser varias veces dicha altura.
16
3.3.1 Pérdida de carga Primaria
Se producen en tramos rectos de tubería y una de las formas más conocidas de
evaluarla es por medio de la ecuación de D`Arcy-Weisbach, cuya expresión es la
siguiente:
HP =
f * L *V 2
D*2* g
(3.3)
Donde:
HP : Pérdida de carga primaria entre 1 y 2
f
: Factor de fricción (adimensional)
L
: Longitud recta del tramo de tubería
V : Velocidad media dentro de la tubería
D : Diámetro interior de la tubería
g :
Aceleración de gravedad
El factor de fricción es una función no explicita del número de Reynolds y de la
rugosidad relativa, tal como se establece en la ecuación que se muestra a continuación
de Colebrook-While, cuya forma es:
⎛ e
2.51
= −2 log10 ⎜
+
⎜ 3.7 D Re f
f
⎝
1
⎞
⎟
⎟
⎠
(3.4)
Otra forma de encontrar el factor de fricción (f) que es el método más fácil y
socorrido es a través del llamado diagrama de Moody, ver anexo (A.3).
17
Este diagrama es una representación gráfica de la ecuación nombrada
precedentemente y permite sin mayores dificultades, y con una exactitud aceptable,
determinar el factor de fricción f.
Para ingresar a él se deben utilizar dos conceptos: El número de Reynolds y la
rugosidad relativa.
3.3.1.1 Numero de Reynolds
Es adimensional y permite clasificar el tipo de flujo, su fórmula es la siguiente:
Re =
V *D
ν
(3.5)
Donde:
ν
: Viscosidad cinemática
V : Velocidad
D : Diámetro de la Tubería
•
Si el número de Reynolds es igual o inferior a 2.000 se dice que el régimen es de
flujo laminar.
•
Si el régimen de Reynolds esta entre 2.000 y 4.000 el régimen es de transición.
•
Si el número de Reynolds es superior a 4.000 el régimen es turbulento.
18
3.3.1.2 Rugosidad Relativa
Corresponde a la rugosidad interna de la tubería dividida por el diámetro interior
de la misma. O sea:
Rugosidad Re lativa =
ε
D
(Adimensional)
(3.6)
Con los valores del número de Reynolds y la rugosidad relativa se ingresa al
diagrama de Moody para obtener finalmente el factor de fricción.
3.3.2 Pérdida de Carga Secundaria
Llamadas también pérdidas de carga singulares, se producen tanto en las
singularidades (curvas, angostamientos, ensanchamientos, etc.) como en Fittings
(codos, válvulas, coplas, etc.) Pueden evaluarse por dos formas:
a) Mediante el método del coeficiente adimensional K.
b) Mediante el método de las longitudes equivalentes.
3.3.2.1 Método del coeficiente K
Es el más utilizado y consiste en afectar el término de energía cinética por medio
de un coeficiente adimensional que depende de cada accesorio o singularidad y que se
encuentra tabulado en la literatura especializada, es decir:
19
HS =
K *V 2
2* g
(3.7)
Donde:
HS :
K :
Pérdida de carga Secundaria
Coeficiente de pérdida de carga del accesorio o singularidad
3.3.2.2 Método de las longitudes equivalentes
El método de las longitudes equivalentes consiste en suponer que la pérdida de
carga que proporciona el accesorio es la misma que aportaría un tramo de tubería recta
del mismo diámetro y de la longitud L. Una vez encontrada esta longitud el tratamiento
es el mismo mostrado en las pérdidas de carga primarias. El inconveniente de este
método es que no todos los accesorios que se utilizan figuran en los diagramas
pertinentes, pero su exactitud es bastante aceptable.
3.4 Potencia de máquinas
Una bomba, se incluye dentro de las máquinas hidráulicas generadoras, absorbe
energía mecánica de una máquina impulsora y restituye al fluido energía hidráulica en
forma de presión y caudal. Esta transferencia de energía trae consigo una disminución
de ella que se pierde como calor, rozamiento de partes mecánicas, transmisión y
pérdidas de líquido exterior.
20
La capacidad que tiene la bomba de entregar energía al fluido a partir de la que
absorbe de su motor va asociada al concepto de rendimiento, cuya definición es la
siguiente:
ηb =
Nu
Na
(3.8)
Donde:
ηb
:
Rendimiento de la bomba
Nu :
Potencia de la bomba
Na :
Potencia de accionamiento
Rendimiento de la bomba
Figura 3. 3
Energías involucradas en una Bomba
La potencia que comunica la bomba al fluido se evalúa por la siguiente formula.
Nu = γ * Q * H
(3.9)
21
Y su potencia de accionamiento en el eje será:
Na =
γ *Q * H
ηb
(3.10)
Donde:
Q
:
Caudal que circula por la bomba
H :
Altura manométrica de la bomba
γ
:
Peso específico del fluido
ηb :
Rendimiento de la bomba
Para fines de instalación de bombas se recomienda sobredimensionar el motor
eléctrico en un 20%, a fin de prevenir eventuales sobrecargas derivadas de una mala
operación o montaje.
3.5 Altura Manométrica de una bomba centrifuga
La información más importante que debe proporcionar al fabricante para la
selección de una bomba destinada a alguna aplicación se refiere al caudal y a la carga
hidráulica, contra la que se requerirá que trabaje la bomba mientras descargue el
caudal deseado.
22
La sección de entrada de una bomba (sección “e” figura 3.4), se toma
inmediatamente antes de la brida o flanche de aspiración, mientras que la sección de
salida (sección “s”) se toma inmediatamente después de la brida de conexión de la
tubería de impulsión. Por lo tanto se adopta que la bomba comienza en la sección “e” y
termina en la sección “s”.
Todas las pérdidas de energía que tienen lugar entre las secciones “e” y “s” son
imputables a la bomba y disminuyen el rendimiento de la misma, en cambio, las
pérdidas que ocurren antes de la sección “e” y después de la sección “s” son imputables
a la instalación y disminuyen el rendimiento de la instalación, no de la bomba.
Figura 3. 4 Instalación de una Bomba centrifuga. Se distinguen las tuberías de aspiración y descarga, la
válvula de pie y colador que evitan que el agua retorne al pozo e ingrese suciedad a la succión, panel de
manómetro, válvula reguladora de caudal generalmente tipo compuerta y la válvula de retención
23
La altura manométrica o de elevación de una bomba centrifuga no es sólo la
altura topográfica correspondiente a los niveles de aspiración y descarga como podría
pensarse ligeramente. Intervienen en ella además otros términos estáticos y dinámicos
que es preciso considerar en el diseño del sistema de bombeo.
Para la deducción de la expresión de la altura de elevación de una bomba
centrifuga se procede de dos maneras:
a) Aplicando la ecuación de Bernouilli entre la entrada y la salida de la bomba
(primera expresión de la altura manométrica)
b) Aplicando la ecuación de Bernouilli entre los niveles de la aspiración y descarga
de la bomba (segunda expresión de la altura manométrica)
3.5.1 Primera expresión de la altura manométrica
Escribiendo la ecuación de Bernouilli entre las secciones e y s se tiene:
Pe
γ
+ Ze +
Ve2
P
V2
+ Hm = s + Zs + s
2* g
γ
2* g
(3.11)
24
De donde, despejando Hm se tiene
Hm =
Ps − Pe
γ
Vs2 − Ve2
+ Zs − Ze +
2* g
(3.12)
Se desprende de lo anterior que la altura manométrica es la diferencia de
energías entre la salida y la entrada de la bomba y corresponde a la energía específica
útil comunicada por la bomba al fluido.
Por lo tanto, la altura manométrica es igual al incremento de presión que
experimenta el fluido en la bomba más el incremento de altura topográfica o geodésica,
más el incremento de energía dinámica, todo medido entre la entrada y la salida de la
bomba.
Se pueden realizar en este punto algunas consideraciones a la primera expresión
de la altura manométrica:
-
El término (Zs – Ze) suele ser muy pequeño o igual a cero.
-
El término
Vs2 − Ve2
suele ser también muy pequeño o igual a cero, si los
2* g
diámetros de impulsión y aspiración son iguales.
25
Por lo tanto, para la mayoría de los casos se puede escribir para la altura
manométrica:
Hm =
Ps − Pe
γ
(3.13)
Lo que indica que para el caso especificado si se desea conocer el valor de la
altura de elevación, basta con observar los manómetros de aspiración, descarga y
evaluar la operación anterior.
Debe tenerse un especial cuidado en imponer el signo adecuado a Pe, es decir,
si Pe es negativa (medida con un vacuómetro) la fórmula anterior se transforma en una
suma.
En el caso de que el nivel de aspiración se encuentre por sobre el nivel de la
bomba esta lectura será positiva, con lo cual la altura manométrica disminuye.
Esta última expresión es muy útil cuando se desea conocer la altura manométrica
en instalaciones existentes, pero en muchos casos no se cuenta con el manómetro a la
entrada de la bomba y es más, no se cuenta con la instalación, por lo que se hace
necesario conocer otra manera de evaluar dicho parámetro.
26
3.5.2 Segunda expresión de la altura manométrica
Cuando se desea proyectar un sistema de bombeo se recurre generalmente a
esta segunda expresión, que se encuentra a partir de la aplicación de la ecuación de
Bernouilli entre los niveles de aspiración y de descarga de la instalación, es decir, entre
los puntos 1 y 2, (niveles de la columna de agua)
Z1 +
P1
γ
+
V12
P
V2
+ H = Z 2 + 2 + 2 + ΛH
2* g
γ 2* g
(3.14)
Donde:
P1
:
Altura de presión en el nivel de aspiración de la bomba
P2
:
Altura de presión en el nivel de descarga de la bomba.
γ
γ
Z1 , Z2 :
Alturas topográficas en los niveles de aspiración y descarga
V1 , V2 :
Velocidades del fluido en los niveles de aspiración y descarga
Hm :
Altura manométrica o elevación de la bomba
ΛH :
Pérdida de carga entre los niveles de aspiración y descarga
Haciendo finalmente Z 2 − Z1 = Htop se tiene finalmente:
Hm =
P2 − P1
γ
+
V22 − V12
+ Htop + ΔH
2* g
Denominada segunda expresión de la altura manométrica.
(3.15)
27
Algunas observaciones a la segunda expresión de la altura manométrica.
•
Si los estanques de aspiración y descarga están abiertos a la atmósfera,
entonces:
P2 − P1
γ
=0
(3.16)
Nótese que en estos casos siempre se habla de presiones relativas (manométricas) que
tienen como referencia la presión atmosférica local.
•
Si la bomba aspira y descarga en depósitos de grandes dimensiones, se puede
hacer despreciable la velocidad, con lo cual
•
V1, V2 = 0.
Si los niveles de aspiración y descarga están en un mismo plano, entonces
H top = 0.
Para este último caso y tomando en consideración también la suposición anterior,
la expresión de la altura manométrica se reduce a:
Hm = ΔH
(3.17)
Con lo cual se concluye que para estanques abiertos a la atmósfera cuyos
niveles de aspiración y de descarga se encuentran en un mismo plano (por ejemplo
para aplicaciones de recirculación), la altura manométrica solo se compone de la
28
energía necesaria para hacer circular el liquido a través de las tuberías y desde y hacia
los estanques de alimentación y descarga.
Figura 3. 5 Esquema de una instalación con estanques abiertos a la atmósfera.
Figura 3. 6
Esquema de una instalación con estanques abiertos a la atmósfera.
3.6 Curvas características de una bomba centrífuga
Las curvas características de una bomba centrífuga reflejan su funcionamiento
para distintos regímenes de altura y caudal. A diferencia de las bombas de
desplazamiento positivo, una bomba centrífuga que opera a velocidad constante puede
descargar cualquier capacidad desde cero a un valor máximo que depende del tamaño
de bomba, el tipo de rodete, diseño y condiciones de succión.
29
La altura total generada por la bomba (altura manométrica), la potencia requerida
para su funcionamiento y su eficiencia se denominan características de la bomba. Estas
relaciones se muestran mejor gráficamente y reciben el nombre curvas características
de la bomba.
3.6.1 Curva altura Vs. Caudal
La curva altura-caudal (H-Q) se denomina generalmente curva de estrangulación de la
bomba e indica todas las infinitas combinaciones de caudal y altura con que puede
operarse toda bomba centrífuga.
Figura 3. 7
Curva característica de una Bomba.
Con frecuencia se clasifican también las bombas con respecto a la forma
que presentan dichas curvas y su tendencia ante una variación de caudal. En la
mayoría de los casos la máxima altura que da la bomba ocurre con el caudal nulo,
30
disminuyendo esta conforme aumenta el caudal hasta un valor máximo que representa
las resistencias propias de la bomba.
3.6.2 Curva Potencia Vs. Caudal
La curva Potencia-Caudal (N-Q) representa la potencia absorbida por la bomba en
función del caudal impulsado. En muchos casos es más útil señalar la potencia que
deben tener los motores que impulsan las bombas, por lo que muchos fabricantes
prefieren esta opción.
Esta curva es creciente con el caudal y con las RPM de la máquina, en aquellos
casos en que pueda ser variada.
Figura 3. 8 Relación entre la potencia de la bomba y el caudal.
La forma de esta curva indica que la potencia se hace máxima cuando el caudal
es máximo, siendo este parámetro (el caudal) el más importante en la variación de la
31
potencia. De aquí nace una recomendación de tipo operacional que debe ser aplicada
siempre que sea posible:
"La bomba centrífuga debe ponerse en funcionamiento SIEMPRE con la impulsión
cerrada"
Esto evitará un consumo excesivo de corriente eléctrica a la partida, la que
sumada al normal aumento que tiene en su consumo todo motor eléctrico al
encenderse, puede hacer funcionar las protecciones del motor deteniendo el sistema.
No debe, por lo tanto, tenerse temor a estrangular completamente la impulsión de
una bomba centrífuga, pues en este caso la potencia diminuye y la bomba solo
"revuelve" el agua, generando su máxima presión la que lógicamente es absolutamente
soportable por los elementos mecánicos que la componen.
Esta operación por ningún motivo debe efectuarse en una bomba de
desplazamiento positivo ya que las presiones generadas son altísimas poniendo en
grave riesgo la bomba y el motor que la mueve. Actualmente los sistemas de bombeo
que utilizan bombas de desplazamiento positivo incluyen varios sistemas de seguridad,
tales como válvulas de seguridad, By-pass, etc., que evitan que la bomba se
sobrecargue.
32
3.6.3 Curva Rendimiento Vs. Caudal
•
Curva eficiencia (rendimiento) -Caudal. Es una curva cóncava que alcanza su
máximo más allá del caudal medio de la bomba. Tiene mucha importancia en la
selección del punto óptimo de funcionamiento.
Figura 3. 9 Curva de eficiencia de una Bomba.
3.7 Obtención de las curvas características de las bombas centrífugas
Las curvas descritas anteriormente se obtienen realizando el llamado ensayo
elemental de una bomba centrífuga. Para ello es necesario instalar la bomba en sus
conexiones e instrumental adecuado sobre un banco de pruebas a fin de registrar uno
de los parámetros necesarios.
33
Figura 3. 10 Disposición de una bomba centrífuga en un banco de pruebas con la instrumentación adecuada
para medir caudal, presiones y potencia consumida por la bomba
El procedimiento es muy simple y se describe a continuación:
3.7.1 Curva de estrangulación
Se obtiene actuando sobre la válvula reguladora de caudal en la impulsión de la
bomba, desde cierre completo hasta la apertura completa. Para cada una de las
posiciones de esta válvula se controlan además las presiones de succión y descarga
que representan, como ya se vio, la altura de elevación de la bomba. En aquellas
bombas que no posean manómetro en la aspiración y cuyo nivel de succión esta
cercano de la bomba, basta con registrar lo que indica el manómetro de la impulsión.
Esta experiencia se realiza manteniendo constante la velocidad angular de la
bomba con lo cual se obtiene sólo una curva de estrangulación.
34
En rigor, esta experiencia corresponde sólo a una simulación del comportamiento
de la bomba, ya que lo que realmente se esta haciendo al cerrar la válvula de impulsión
es suministrar una mayor pérdida de carga al sistema.
Lo que debería hacerse, pero por razones prácticas no se lleva a cabo, es
ensayar una bomba sometida a distintas alturas topográficas, tal como se muestra en la
figura (3.12), a fin de considerar todos los términos que comprende la expresión de la
altura manométrica.
Figura 3. 11 Esquema de una instalación sin manómetro en succión
35
Figura 3. 12
Variación de la altura topográfica para la obtención de Hm.
3.7.2 Curva Eficiencia-Caudal
Para obtener esta curva se requiere instrumentación más completa que para la
anterior.
El rendimiento de una máquina hidráulica generadora se define como:
ηb =
Potencia entregada por la máquina
Potencia absorbida por la máquina
(3.18)
36
La potencia entregada por la máquina, como ya se vio, corresponde a la potencia
hidráulica de la bomba, que en este caso, le transfiere al fluido y esta definida por:
Nu = γ * Q * H
(3.19)
La potencia absorbida por la bomba, en cambio corresponde a energía
mecánica, la que puede ser evaluada de varias maneras, como por ejemplo:
•
Mediante la utilización de un motor dinamómetro, en el cual se registra mediante
un dinamómetro la fuerza entregada por el motor de la bomba.
La potencia absorbida se evalúa como:
N = F *R*n
(3.20)
Donde:
F : fuerza registrada en el dinamómetro
R : brazo del dinamómetro
n : RPM
Este método de determinar la potencia absorbida por la bomba es muy exacto
pero tiene la desventaja del alto costo de adquisición del motor dinanomométrico, lo que
se hace poco difundido a nivel general, prefiriéndose el método que se describe a
continuación.
37
-El segundo método consiste en obtener la potencia absorbida por la bomba a
partir de la potencia eléctrica que absorbe el motor que acciona la bomba. Lo anterior
se explica en el siguiente diagrama de bloques:
Figura 3. 13 Diagrama de conversión de potencias en un grupo motobomba eléctrico.
Por lo tanto, si se conoce el rendimiento del motor eléctrico, es posible
determinar la potencia que este entrega en su eje a partir de la potencia eléctrica que
este consume de la red.
Si existe acoplamiento directo entre motor eléctrico y bomba puede asumirse que
el rendimiento de transmisión es del 100% para facilitar el cálculo. En el caso de
transmisión por correas en V el rendimiento también es muy alto estimándose del orden
del 95%.
El rendimiento del motor eléctrico en algunos casos lo entrega el fabricante
mediante una relación entre rendimiento-corriente consumida; si no se dispone de ella
puede confeccionarse montando a su vez el motor sobre un banco de pruebas.
38
Para este segundo caso los parámetros que deben controlarse son los
siguientes:
V
I
Nm
Pe
Ps
Q
Donde:
V
: Voltaje
I
: Intensidad de corriente eléctrica
Nm
: Potencia eléctrica consumida por el motor
Pe, Ps : Lectura de los manómetros de aspiración y descarga respectivamente
Q
: Caudal
Con esto es posible finalmente graficar Eficiencia v/s Caudal que como ya se
dijo, presenta una tendencia creciente hasta un punto tal en que decrece más
bruscamente.
3.7.3 Curva Potencia-Caudal
La potencia graficada puede ser la entregada por la bomba o la absorbida por el
motor eléctrico, eligiéndose generalmente esta última para fines de selección del
motor en aquellas bombas de disposición cuerpo-rodamiento.
39
3.8 Punto óptimo de funcionamiento de una bomba centrífuga
3.8.1 Curva de la instalación
La altura de elevación total de una bomba cualquiera, que trabaja con un caudal
dado a través de un sistema, es la suma algebraica de la altura topográfica de
elevación; la diferencia de altura de presión entre los niveles de impulsión y descarga y
todas las pérdidas de carga que se registran con ese caudal.
O sea:
Hinst = Htop +
P2 − P1
γ
+ ΔH
(3.21)
Cada una medida en altura columna de líquido.
La suma:
Htop +
P2 − P1
γ
= Hs
(3.22)
Es denominada altura de elevación estática de la instalación, dado que no
depende del flujo dentro del sistema. (Existe aún cuando la bomba esté detenida)
ΔH en cambio, como se vio en capítulos precedentes, es función cuadrática de la
velocidad y por ende del caudal, dado que:
40
ΔH =
K *V 2
2* g
(3.23)
Donde:
V =
Q
A
(3.24)
Se deduce que:
Dependiendo la inclinación de la curva del valor que adopte K.
ΔH = K * Q 2
(3.25)
K: Constante que involucra los coeficientes de pérdida de carga de la instalación
y las características (diámetro) de la tubería.
Con esto, para la instalación siguiente, se obtiene su correspondiente
la instalación, mostrada a la derecha.
Figura 3. 14 a) Esquema de una instalación típica y b) Curva de la instalación.
curva de
41
La curva mostrada como ΔH es una parábola positiva centrada con respecto al
eje H que puede tener su origen en "0", si la altura de elevación solo se compone de
pérdidas de carga.
Como podrá darse cuenta el lector, para una instalación dada, la curva ΔH es
factible de desplazar, modificando por algún método el valor de K, esto es:
•
Si se extraen elementos que provoquen pérdidas de carga en la instalación, la
curva se hace más extendida.
•
Si se agrega pérdidas de carga como puede ser el normal aumento de
incrustaciones con el tiempo, dentro de la tubería, aumentando la rugosidad
absoluta, la curva se hace más pronunciada.
Estos dos movimientos de la curva se pueden realizar también mediante una
válvula reguladora ubicada en la impulsión, elemento que es imprescindible en toda
instalación de bombeo ya que esta además trae muchas otras ventajas en la operación
de la bomba.
42
Figura 3. 15 Modificación de la curva de la instalación actuando sobre la válvula reguladora de caudal de la
impulsión o por extracción de pérdidas de carga en el sistema. La líneas segmentadas son otras características
de la tubería, pero variando la estrangulación.
3.8.2 Punto de Proyecto
La intersección de la curva de la instalación con la curva de estrangulación de la
bomba configuran el denominado punto de funcionamiento de la bomba o punto de
proyecto.
Debe preocuparse que este punto se ubique siempre dentro de una zona de alto
rendimiento de la bomba para su óptimo aprovechamiento energético.
La forma práctica de proceder en la identificación del punto de funcionamiento
puede resumirse como sigue:
43
a) obtención de la curva de la instalación evaluando todas las pérdidas de carga del
sistema, sumadas a la altura de la elevación estática; esto equivale
encontrar la
ecuación que rige la curva.
b) superponer esta curva sobre las curvas características de la bomba que entrega el
fabricante, procurando que el punto de proyecto quede en una zona de alto rendimiento.
C) si esto último no ocurre ubicar otra bomba y superponer la curva de la instalación
hasta que se cumpla lo indicado en B)
3.8.3 Regulación del punto de proyecto
Se denomina "regulación del punto de proyecto" a la operación que permite
desplazar el punto de proyecto hacia uno u otro lado de la curva de estrangulación. Se
realiza actuando sobre la válvula de regulación de caudal y permite ajustar el
funcionamiento de la bomba al valor de rendimiento adecuado.
Debido a que con el paso del tiempo y el uso la instalación, las pérdidas de carga
van aumentando, es decir, la curva H se va haciendo más pronunciada, se recomienda
proyectar el sistema con la válvula de estrangulación 3/4 abierta a fin de que se pueda
compensar las pérdidas de presión producida por el aumento de las pérdidas.
44
3.9 Operación en serie y en paralelo
Es posible conectar hidráulicamente dos o más bombas para la operación en
paralelo o en serie con el objeto de lograr una amplia gama de requerimientos de la
manera más económica.
Cuando las bombas están muy juntas, es decir en la misma estación, el análisis
que se da a continuación deberá ser adecuado para asegurar una operación
satisfactoria. En cambio, si las bombas están ampliamente separadas, como es el caso
de dos o más bombas instaladas equidistante a lo largo de una tubería, se pueden
generar serias condiciones transitorias de presión por procedimientos inadecuados de
arranque o parada.
3.9.1 Operación en Paralelo
La operación en paralelo de dos o más bombas es un método común para llenar
los requisitos cuando varía el caudal. Arrancando solo aquellas bombas que se
necesitan para cumplir la demanda, es posible lograr la operación en puntos de
eficiencia.
Las características de altura-caudal de las bombas no necesitan ser idénticas,
pero las características inestables pueden dar problemas, a menos que se pueda
asegurar la operación solo en la parte estable de la curva característica.
45
Por lo anterior es que se recomienda que se hagan los ajustes necesarios con
las válvulas de regulación para que las alturas generadas por cada bomba sean las
mismas, no importando el caudal que impulse cada una de ellas.
La figura siguiente muestra la forma de trazar la curva Q-Hm resultante o Q-Hm
combinada, para la conexión en paralelo de dos bombas distintas.
Figura 3. 16 Conexión en paralelo de dos bombas centrifugas distintas.
Como puede apreciarse en la figura 3.16, la forma gráfica de obtener la curva
combinada de conexión en paralelo, es sumado horizontalmente para una altura dada,
los caudales de cada bomba (experimentalmente la curva es muy similar)
Los puntos 1, 2 y 3 de la figura 3.16 corresponden a los puntos de operación o
proyecto para la bomba 1, bomba 2 y combinadas respectivamente. Nótese que
mediante el acoplamiento de estas dos bombas en paralelo es posible obtener un punto
de mayor caudal, que por ambas por separado no se lograría.
46
Debe advertirse también el hecho de conectar en paralelo ambas bombas no
significa que el caudal resultante sea la suma de los caudales de ambas bombas, es
decir:
"el caudal obtenido por la combinación siempre es menor que la suma de los
caudales de las bombas por separado"
Este fenómeno se fundamenta en las pérdidas de carga, dado que ya sea
funcione una o ambas bombas la instalación sigue siendo la misma (con los mismos
diámetros de tubería), lo que trae como consecuencia, que al elevar el caudal la pérdida
también aumente, prolongando en forma creciente la curva de la instalación.
Cuando se conectan dos bombas idénticas en paralelo, obviamente las curvas de
estrangulación de cada una se superponen, obteniéndose la curva combinada, ver
figura 3.17.
Figura 3. 17 Conexión en paralelo de dos bombas centrifugas iguales.
47
La conexión de dos o más bombas en paralelo es muy utilizada cuando se
requiere abarcar una gran gama de caudales condición que se logra agregando o
quitando las bombas al sistema. Adicionalmente en forma eventual alguna de las
bombas pueden servir de repuesto facilitando la Mantencion.
3.9.2 Operación en serie
Frecuentemente las bombas se operan en serie para proporcionar alturas
mayores que las de las bombas individuales. El procedimiento de planeación es similar
al caso de las bombas en paralelo. La curva de estrangulación del sistema combinado y
las curvas individuales de cada bomba se muestran en las figuras 3.18 y 3.19.
Figura 3. 18
Curvas de estrangulación de dos bombas distintas
en serie.
Figura 3.19
Conexión en serie de dos bombas idénticas.
48
Las cargas de las bombas se suman verticalmente, como se muestra en las
figuras 3.18 y 3.19, para obtener la curva combinada de Carga -Caudal.
En este ejemplo la bomba 2 operando sola no entregará fluido porque su carga
de cierre es menor que la carga estática del sistema.
Hay dos puntos posibles de operación, 1 y 2 (figura 3.18) por las intersecciones
de ambas curvas Q-H con la curva de la instalación del sistema.
Un requisito importante que debe cumplir un sistema conectado en serie es que
ambas bombas impulsen el mismo caudal, condición que se logra actuando sobre las
válvulas reguladoras de la primera bomba.
Puede concluirse también que la altura total obtenida por la conexión de las dos
bombas es menor que la suma de las alturas de ambas por separado.
De las dos configuraciones estudiadas la más utilizada es la conexión en
paralelo. La conexión en serie de dos bombas físicamente separadas también existe
pero en muchas aplicaciones ha sido reemplazada por las bombas de alta presión
multicelular que, conceptualmente, viene a ser también una bomba en serie.
50
4.1 Introducción
Basado en los inconvenientes actuales que existen en la adquisición de datos
nace la necesidad mejorar las condiciones de las experiencias en el laboratorio de
bombas de la Universidad de Magallanes. Para esto se implementó un nuevo sistema
computacional de adquisición de datos.
El nuevo sistema esta basado en cuatro elementos: computador,
software,
interfase y sensores.
4.2 Descripción de los elementos y equipos
4.2.1 Software Data Studio
Data Estudio es un programa de recopilación, análisis y presentación de datos. El
software hace uso de interfases y sensores fabricados por Pasco para recopilar y
analizar los datos. Una gran ventaja de este software es poder recopilar y mostrar los
datos durante el experimento.
Con Data Studio puede crear y realizar experimentos de ciencias generales.
Figura 4. 1 Carátula Software Data Studio
51
4.2.2 Interfase (Science Workshop 500)
Esta interfase es la que nos permite traspasar la señal eléctrica a una señal
digital o análoga. Esta consta de tres canales análogos y dos canales digitales.
Los requisitos computacionales de esta interfase son los siguientes:
Se debe tener un sistema operativo Windows 95, 98 o NT 4.0, una memoria 16
MB RAM o superior, un puerto SCSI o USB, unidad de CD-ROM y 20 MB de espacio en
el disco duro.
Como requisito indispensable es tener el software Data Studio que acompaña
esta interfase.
Figura 4. 2 Interfase Science Workshop 500
4.2.3 Sensor de frecuencia de flujo
Este sensor puede medir tanto en unidades métricas o inglesas, esta diseñado
para ser utilizado con la interfase antes nombrada y con otros modelos, originalmente
fue construido para ser utilizado en canales abiertos, después de una modificación en el
sistema de tuberías se logró que pudiese obtener valores de velocidad en canales
cerrados (tuberías).
52
Figura 4. 3 Sensor de frecuencia de flujo.
4.2.3.1 Calibración del sensor de flujo
Originalmente el sensor de caudal de flujo fue construido para ser utilizado en
canales abiertos, como en esta experiencia se utilizará en canales cerrados (tuberías),
nace la necesidad de establecer la confiabilidad de este instrumento. Para establecer
esta confiabilidad se comparan los valores obtenidos a través del sistema antiguo con
los obtenidos a través de este nuevo sensor. La diferencia que se obtiene nos permitirá
rectificar con un factor los valores obtenidos a través del nuevo sensor
4.2.4 Sensor de presión absoluta
Este sensor mide la presión absoluta y la presión puede ser entregada las
siguientes unidades: KPa, pulg. Hg, mm de Hg, Bar, atmósferas.
Estos sensores son conectados a los canales análogos provistos por la interfase.
53
Figura 4. 4 Sensor de presión absoluta.
4.2.5 Sensor de temperatura
El sensor de temperatura puede operar en un rango de ±200 ºC, como también
entregar el valor de su medida en Grados Celsius, Fahrenheit y Kelvin.
Figura 4. 5
Sensor de temperatura.
4.3 Conexión de sensores a interfase
En la figura 4.6 se visualizan los diversos sensores conectados a la interfase
correspondiente. El único sensor que funciona a través de una señal digital es él de
caudal todos los demás funcionan análogamente.
54
Figura 4. 6 Sensores conectados a la Interfase Science Workshop 500.
4.4 Ubicación e instalación de los sensores en sistema de bombas
La primera limitación al implementar el nuevo sistema de medición nace al querer
instalar los sensores en la red de tuberías existente, esto debido a que todo el sistema
está adaptado para los instrumentos utilizados anteriormente, en consecuencia se
procede a adaptar y modificar el sistema bombas.
La ubicación de cada uno de los elementos es muy importante, ya que gran parte
de la precisión se basa en el lugar en que se encuentren situados.
La posibilidad de efectuar una experiencia en forma manual no debe ser pasada
a llevar, por ende se debe compatibilizar la nueva instalación con la existente.
55
4.4.1 Instalación del sensor de frecuencia flujo
La instalación de este sensor fue el que llevó mayor dificultad, debido a que fue
necesario modificar las tuberías.
Basado en la necesidad de poder realizar también la experiencia en forma
manual se construyó un circuito paralelo al existente, para ello fue necesario incluir tres
válvulas de compuerta, de esta manera se pueden utilizar las distintas variantes de la
instalación.
Para poder acoplar específicamente el sensor de frecuencia fue necesario
construir dos adaptadores, estos tienen la función de igualar el diámetro exterior de la
tubería con el del sensor.
Con el fin de poder retirar el sensor del sistema en el periodo que no sea
utilizado, se optó por acoplarlo a través de dos tramos de manguera y cuatro
abrazaderas metálicas, por consecuencia es un sistema de fácil extracción.
Debido a la fuerza que ejerce el fluido al ser estrangulado el sistema de tuberías,
se construyó un tensor con la finalidad de limitar el desplazamiento de la unión entre las
mangueras y el sensor, ver figura (4.7).
56
Figura 4. 7 Instalación del sensor de flujo
4.4.2 Instalación de los sensores de presión
Para la instalación de los sensores de presión fue necesario colocar cinco niples
con acoples rápidos de 6 mm. Cada uno de ellos esta dispuesto de tal forma que se
pueda medir la presión para cualquiera sea la combinación de las bombas, todo esto sin
dejar de considerar limitantes como ser la distancia a la que se ubica la interfase, ver
figura (4.8).
57
Figura 4. 8 A, B, C, D, E, Puntos de medición de presión.
4.4.3 Instalación del sensor de temperatura
La ubicación del sensor de temperatura está dispuesto de tal manera que los
valores entregados sean representativos de la temperatura del fluido en el interior de la
tubería. Como se puede visualizar en la figura (4.5) la forma de la termocupla es un
cilindro circular recto. A raíz de esto fue necesario construir un niple el cual contiene en
su interior un Anillo 0, más bien conocido como O-ring. Todo lo anterior para poder
restringir el paso del agua hacia el exterior de la tubería, ver figura (4.9)
58
Figura 4. 9
1) Niple soldado a la tubería, 2) Anillo O, 3) Sensor, 4) Tuerca de sujeción.
4.5 Configuración del software
Para facilitar la experiencia se entrega una planilla configurada a modo de evitar
que el usuario dedique tiempo extra a la configuración del programa. A continuación se
da a conocer una planilla base creada para un laboratorio de bombas hidráulicas.
4.5.1 Planilla base para la adquisición de datos en software Data Studio
Para poder adquirir las variables en el software antes mencionado es necesario
crear un cuaderno de prácticas, esta opción viene incluida en el soporte computacional
de la interfase. La forma de crear este cuaderno de trabajo está detallada en el anexo
(D.1).
El cuaderno de prácticas que se utilizó en este caso fue creado priorizando su
fácil ejecución y comprensión, de esta manera se logra un fácil entendimiento
laboratorio.
A continuación se presenta paso a paso el cuaderno de prácticas.
del
59
Figura 4. 10 Primera hoja cuaderno de prácticas.
Figura 4. 11 Introducción a la adquisición de datos.
60
Figura 4. 12 Elementos del nuevo sistema computacional.
Figura 4. 13
Conexión de los sensores a la interfase.
61
Figura 4. 14
Consideraciones básicas antes de comenzar una experiencia.
Figura 4. 15 Primeros pasos al adquirir los datos.
62
Figura 4. 16 Tablas de adquisición de datos para velocidad y temperatura.
Figura 4. 17
Tablas de adquisición de datos para las presiones de entrada y salida respectivamente.
63
Figura 4. 18
Guardado y traspaso de los valores.
65
5.1 Datos Adquiridos
Una vez revisado el respaldo teórico podemos aseverar que los datos que se
visualizan a continuación son necesarios para la construcción de las curvas de las
bombas e instalación, no
todos ellos fueron obtenidos a través del método
computacional descrito en el capitulo anterior. La
potencia fue obtenida con un
analizador industrial. Esto debido a que no se contaba con una interfase con más
canales, ni con un sensor que midiese potencia.
La facilidad que brindan las instalaciones del laboratorio de turbomáquina es
poder crear distintas combinaciones de la instalación, como poder funcionar con las
bombas en forma independiente o poder hacer combinaciones en serie y paralelo.
Los valores de las tablas que a continuación se visualizan fueron copiados
directamente desde las tablas entregadas por el Software Data Studio e insertadas en
una planilla Excel, todo esto debido a que las tablas ofrecidas por este software no
contienen las herramientas necesarias para poder realizar los cálculos necesarios.
Cabe resaltar que el traspaso de datos es muy simple, ya que solo hay que copiar y
pegar en la nueva planilla la información requerida.
A continuación se encuentran las tablas con los datos adquiridos en las distintas
combinaciones de las bombas.
66
Tabla 5. 1 Datos adquiridos bomba 1
Tiempo ( s )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Temperatura ( °C ) Velocidad( m/s ) Presión Succión( kPa )
13
13
13
12
12
12
13
12
12
12
12
13
13
13
13
12
0
0,13
0,27
0,61
0,93
1,17
1,33
1,44
1,49
1,53
1,56
1,59
1,62
1,64
1,66
1,67
101,6
99,6
98,1
93,8
92,3
89,8
87,9
83
77,2
73,7
73,2
71,3
70,8
70,3
69,3
67,4
Presión descarga( kPa )
Potencia (w)
281,1
280,3
276,9
271
259,8
250
244,1
233,4
225,1
223,6
222,2
217,3
215,4
212,9
211,9
211,9
880
880
960
1120
1200
1200
1280
1280
1360
1360
1360
1360
1360
1360
1360
1360
Presión Descarga( kPa )
Potencia (w)
281,3
277,4
271,5
267,1
252
240,2
228,5
226,6
214,9
214,4
209,5
205,6
203,1
201,7
201,7
198,2
720
800
880
960
1040
1120
1120
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1280
1280
Tabla 5. 2 Datos adquiridos bomba 2
Tiempo ( s )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Temperatura ( °C ) Velocidad( m/s ) Presión Succión( kPa )
12
13
13
13
12
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
0
0,15
0,27
0,61
0,95
1,18
1,31
1,41
1,46
1,49
1,52
1,54
1,56
1,57
1,59
1,59
100,1
99,6
97,7
92,8
85,9
81,5
76,7
72,3
68,8
68,4
67,4
66,4
65,9
65,4
64,5
64,1
67
Tabla 5. 3 Datos adquiridos bomba 1 en serie con bomba 2
Tiempo ( s )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Temperatura ( °C ) Velocidad ( m/s ) Presión Succión( kPa )
11
11
11
10
11
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
0
0,26
0,37
0,83
1,24
1,5
1,64
1,72
1,75
1,75
1,76
1,77
1,78
1,79
1,78
1,78
104,5
103,5
102,1
97,7
89,8
80,1
70,3
69,8
64,9
64,9
61,5
60,1
60,1
59,1
58,6
57,6
Presión Descarga( kPa )
Potencia (w)
461
461
446,8
423,8
391,6
356,5
345,2
311,5
298,8
287,1
281,3
278,3
263,7
262,2
261,7
258,3
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2600
2800
2800
2800
2800
2800
2800
2800
2800
2800
Tabla 5. 4 Datos adquiridos bomba 1 en paralelo con la bomba 2
Tiempo ( s )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Temperatura ( °C ) Velocidad ( m/s ) Presión Succión( kPa )
13
14
14
14
14
14
14
14
13
14
14
14
14
13
14
14
0
0,2
0,26
0,62
1,01
1,31
1,52
1,66
1,75
1,82
1,86
1,9
1,95
1,99
2,02
2,04
95,2
95,2
95,2
91,3
89,4
84,5
81,1
79,1
78,1
73,2
72,3
70,3
69,3
67,9
68,8
68,4
Presión Descarga( kPa )
Potencia (w)
316,4
311,2
310,6
308,6
300,8
294,4
287,1
281,3
280,8
278,3
272,5
271,5
267,6
264,7
263,7
262,7
1800
1800
1800
2000
2000
2000
2200
2200
2200
2200
2200
2200
2200
2400
2400
2400
68
Todos los datos adquiridos anteriormente tienen la finalidad de captar las
variables necesarias para realizar los cálculos de altura y eficiencia de un conjunto de
bombas e instalación.
Adquiridos estos se realizan los cálculos necesarios para las distintas
combinaciones de las bombas (anexo C), posteriormente se extraen los datos
necesarios para hacer los gráficos, los cuales especifican a través de curvas el
comportamiento de las bombas e instalación.
5.2 Curvas obtenidas
La finalidad del respaldo teórico, toda la adquisición de datos y cálculos
numéricos tienen un solo fin y es poder establecer las curvas de funcionamiento de una
bomba e instalación.
Los siguientes gráficos representan las curvas de bombas, instalación, potencia y
eficiencia. Estos gráficos fueron realizados al igual que los cálculos en una planilla
Excel, esto debido que el software solo entrega en eje de las abscisas la variable
tiempo.
Todas las curvas están acompañadas de una línea de tendencia polinómica, esto
debido a que en la práctica los valores que se adquieren tienen pequeñas variaciones,
por ende no se visualizan la curvas con precisión. Al crear esta línea polinómica se
consigue tener curvas bastantes similares a las expresadas teóricamente.
69
20
18
16
H (m. Col. agua)
14
12
C. Bomba
10
C. Instalación
Polinómica (C. Bomba)
8
Polinómica (C. Instalación )
6
4
2
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
Caudal (m³/s)
Figura 5. 1 Gráfico de Curva de la bomba e instalación (Bomba 1).
1600
1400
1200
Potencia (W)
1000
Potencia
800
Polinómica (Potencia)
600
400
200
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
Caudal (m³/s)
Figura 5. 2 Gráfico de curva de potencia (Bomba 1)
0,004
70
0,5
0,45
0,4
0,35
Eficiencia
0,3
Eficiencia
0,25
Polinómica (Eficiencia)
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
Caudal (m³/s)
Figura 5. 3 Gráfico de curva de la eficiencia (Bomba 1)
20
18
16
14
H (m. Col. agua)
12
C. Bomba
C. Instalación
10
Polinómica (C. Bomba)
Polinómica (C. Instalación)
8
6
4
2
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
Caudal (m³/s)
Figura 5. 4 Gráfico de curva de la e instalación (Bomba 2)
71
1400
1200
Potencia (W)
1000
800
Potencia
Polinómica (Potencia)
600
400
200
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
Caudal (m³/s)
Figura 5. 5 Gráfico de curva de la eficiencia (Bomba 2)
0,5
0,45
0,4
0,35
Eficiencia
0,3
Eficiecia
0,25
Polinómica (Eficiecia)
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
Caudal (m³/s)
Figura 5. 6 Gráfico de Curva de la eficiencia (Bomba 2)
0,004
72
45
40
35
H (m. Col. agua)
30
C. Bombas en serie
25
C. Instalación
Polinómica (C. Bombas en serie)
Polinómica (C. Instalación)
20
15
10
5
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
0,0045
Caudal (m³/s)
Figura 5. 7 Grafico de curva de las bombas e instalación (Bombas en serie)
3000
2500
Potencia (W)
2000
Potencia
1500
Polinómica (Potencia)
1000
500
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
0,0045
Caudal (m³/s)
Figura 5. 8 Gráfico de curva de potencia de las bombas (bombas en serie)
73
0,4
0,35
0,3
Eficiencia
0,25
Eficiencia
0,2
Polinómica (Eficiencia)
0,15
0,1
0,05
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
0,0045
Caudal (m³/s)
Figura 5. 9 Gráfico de curva de la eficiencia de las bombas (Bombas en serie)
20
H (m. Col. agua)
15
C. Bombas en paralelo
C. Instalación
Polinómica (C. Bombas en paralelo )
Polinómica (C. Instalación)
10
5
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
0,0045
0,005
Caudal (m³/s)
Figura 5. 10 Gráfico de curva de las bombas e instalación (Bombas en paralelo)
74
2500
2000
Potencia (W)
1500
Potencia
Polinómica (Potencia)
1000
500
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
0,0045
0,005
Caudal (m³/s)
Figura 5. 11 Grafico de curva de potencia de las bombas (Bombas en paralelo)
0,5
0,45
0,4
0,35
Eficiencia
0,3
Eficiencia
0,25
Polinómica (Eficiencia)
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
0,0045
0,005
Caudal (m³/s)
Figura 5. 12 Grafico de curva de la eficiencia de las bombas (Bombas en paralelo)
76
6.1 Conclusiones
En este trabajo de titulo se enfocó a implementar y sistematizar la adquisición de
datos en las experiencias del laboratorio de bombas hidráulicas, con el objetivo de
mejorar el entendimiento de la experiencia. A continuación se concluyen los siguientes
puntos:
1- Se ha mejorado el sistema de adquisición de datos, a partir de la instalación de
un nuevo sistema computacional el cual consta de diversos sensores, una
interfase y un software.
2- La no adquisición visual de los datos ni el traspaso al papel en forma manual de
los resultados, concibe que se aminore el margen de error de adquisición visual.
3- La facilidad
brindada por el sistema hace que
se reduzca
el número de
alumnos necesarios para poder realizar la experiencia. Anteriormente se
necesitaban alrededor de cinco alumnos, hoy en día dos pueden efectuar la
experiencia sin mayor dificultad.
4- Debido a la reducción del tiempo empleado entre cada estrangulación y a la
adquisición automática de los datos, se aminora considerablemente el tiempo
total de la experiencia.
5- Debido a la instalación de los sensores de presión antes de un codo y después
de una “T“, se visualizan oscilaciones en los gráficos, esto a consecuencia de la
turbulencia en el interior de la tubería. Estas oscilaciones son mayores en la
medida que aumenta la velocidad del fluido.
6- Es necesario afectar la velocidad de flujo medido con un factor de corrección de
aproximadamente un 0.4, a raíz de la imprecisión de este sensor, debido a la
inestabilidad del fluido al interior de la tubería. Al no poderse desarrollar el flujo
producto del breve tramo de tubería recta posterior a un codo
77
6.2 Recomendaciones
1- Contar con una interfase que cuente a lo menos con cuatro canales análogos y
uno digital para poder implementar un sensor de potencia al sistema.
2- Medir las variables de la instalación para al menos quince diferentes
estrangulaciones de la tubería.
3- Instalar de un filtro de agua en la instalación.
4- Leer el cuaderno de prácticas para una fácil y rápida adquisición de datos
Como conclusión final, hoy en día el laboratorio de bombas hidráulicas de la
Universidad de Magallanes cuenta con un nuevo sistema de adquisición de datos para
futuras experiencias.
78
BIBLIOGRAFÍA
¾ Claudio Mataix, Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas, segunda edición,
abril 1986.
¾ Víctor L. Streeter, Benjamín Wylie, Keith W. Bedford, Mecánica de Fluidos,
novena edición, noviembre 1997.
¾ Gonzalo Cerda Varela, fundamentos de la selección, operación y mantenimiento
de las bombas hidráulicas, primera edición, Universidad de Magallanes, chile,
1988.
REFERENCIAS.
¾ http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfuga
¾ http://www.monografias.com/trabajos15/bombas/bombas.shtml
Anexo A.1
Rugosidades absolutas (e) para diferentes materiales utilizados en la
fabricación de tuberías.
MATERIAL
Vidrio
PVC, CPVC
Asbesto cemento
GRP
acero
Hierro Forjado
CCP
Hierro fundido asfaltado
Hierro galvanizado
Arcilla vitrificada
Hierro fundido
Hierro dúctil
Madera cepillada
Concreto
Acero bridado
e (mm.)
0,0003
0,0015
0,03
0,03
0,046
0,06
0,12
0,12
0,15
0,15
0,15
0,25
0,18-0,9
0,3-3,0
0,9-9,0
Anexo A.2
Coeficientes de pérdidas de accesorios y codos.
Accesorio
Válvula de globo, completamente abierta
Válvula en ángulo, completamente
abierta
Válvula de cheque, completamente
abierta
Válvula de compuerta completamente
abierta
Válvula de compuerta con ¾ abierta
Válvula de compuerta con ½ abertura
Válvula de compuerta con 1/4 abertura
Codo de radio corto (r/d=±1)
Codo de radio mediano
Codo de 45°
Retorno (curva en U)
Tee en sentido recto
Tee a través de la salida lateral
Unión
Ye de 45°, en sentido recto
Ye de 45°, salida lateral
Entrada recta a tope
Entrada con boca acampanada
Entrada con tubo reentrante
Salida
Fuente: Hidráulica de tuberías, (Juan G. Saldarriaga).
K (m)
10
5
2,5
0,2
1-1,5
5,6
24
0,9
0,75-0,8
0,4-0,42
2,2
0,3
1,8
0,3
0,3
0,8
0,5
0,1
0,9
1,0
Anexo A.3
Diagrama de Moody
Anexo B.1
Bomba 1 Paralelo Bomba 2
Longitud
Rugosidad (m)
R Relativa
Diámetro
L Tubería (m)
PVC
2,36
0,0000015
3,93701E-05
0,0381
Galvanizado
3,25
0,00015
0,003937008
0,0381
Zs-Ze (m)
0,8
cantidad
K
K total
Accesorios
Llaves Bola abierta
Llaves compuerta abierta
T en sentido recto
T a través de la salida
lateral
codos
2
7
3
2
7,1
0,2
0,05
2
14,2
1,4
0,15
4
8
0,9
Total de
pérdidas
7,2
26,95
Anexo B.2
Bomba 1 serie Bomba 2
PVC
Longitud (m)
Rugosidad (m)
R Relativa
Diámetro
2,36
0,0000015
3,93701E-05
0,0381
Galvanizado
3,1
0,00015
0,003937008
0,0381
Zs-Ze (m)
K
K Total
0,8
Accesorios
cantidad
Llaves Bola
Llaves compuerta
T en sentido recto
T a través de la salida
lateral
codos
1
7
0
1
8
Total de
pérdidas
7,1
0,2
0,05
2
7,1
1,4
0
2
0,9
7,2
17,7
Anexo B.3
Bomba 1
Longitud
Rugosidad (m)
R Relativa
Diámetro
L Tubería (m)
PVC
2,36
0,0000015
3,93701E-05
0,0381
Galvanizado
2,3
0,00015
0,003937008
0,0381
Zs-Ze (m)
0,8
cantidad
K
K Total
Accesorios
Llaves Bola
Llaves compuerta
T en sentido recto
T a través de la salida
lateral
codos
1
2
5
2
6
Total de
pérdidas
7,1
0,2
0,05
2
7,1
0,4
0,25
4
0,9
5,4
17,15
Anexo B.4
Bomba 2
L Tubería (m)
PVC
Longitud
Rugosidad (m)
R Relativa
Diámetro
2,36
0,0000015
3,93701E-05
0,0381
Galvanizado
2,87
0,00015
0,003937008
0,0381
Zs-Ze (m)
0,8
K
K total
Accesorios
cantidad
Llaves Bola
Llaves compuerta
T en sentido recto
T a través de la salida
lateral
codos
1
2
1
3
7,1
0,2
0,05
2
7,1
0,4
0,05
6
6
0,9
5,4
18,95
Total de
pérdidas
Anexo C.1
Tabla C. 1 Datos adquiridos y cálculos de las bombas dispuestas en paralelo.
Tiempo ( s )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Vel. Tub. ( m/s ) Caudal (m³/s) Presión de entrada( kPa ) Presión de salida ( kPa ) Temperatura ( °C )
Peso especifico (kg/m³)
H (m. Col. de agua)
0
0
95,2
316,4
13
10332,1318
21,40894099
0,383715229
0,00043744
95,2
311,2
14
10446,40556
20,67696862
0,498829798
0,00056867
95,2
310,6
14
10446,40556
20,6195326
1,18951721
0,00135605
91,3
308,6
14
10446,40556
20,80141334
1,937761907
0,00220905
89,4
300,8
14
10446,40556
20,23662577
2,51333475
0,0028652
84,5
294,4
14
10446,40556
20,09303571
2,916235741
0,00332451
81,1
287,1
14
10446,40556
19,71970156
3,184836401
0,00363071
79,1
281,3
14
10446,40556
19,35594007
3,357508254
0,00382756
78,1
280,8
13
10332,1318
19,61841021
3,491808584
0,00398066
73,2
278,3
14
10446,40556
19,63354752
3,56855163
0,00406815
72,3
272,5
14
10446,40556
19,16448666
3,645294676
0,00415564
70,3
271,5
14
10446,40556
19,26021336
3,741223483
0,00426499
69,3
267,6
14
10446,40556
18,98260592
3,817966529
0,00435248
67,9
264,7
13
10332,1318
19,04737607
3,875523813
0,0044181
68,8
263,7
14
10446,40556
18,65713511
3,913895336
0,00446184
68,4
262,7
14
10446,40556
18,59969909
Tabla C. 2 Prolongación tabla C.1
Pot. Hid. (W)
0
94,48603799
122,4906498
294,6695823
466,9928684
601,405819
684,8488013
734,1302691
775,8462923
816,4337323
814,4434014
836,1139492
845,748463
856,5684267
861,0871339
866,9356447
Pot. Consumida. (W) Rendimiento
Perd prim. (m col. de agua) Perd sec (m. col. de agua) Hinst (m col. de agua)
1800
0
0
0
0,8
1800
0,05249224
0,035458846
19,44343182
20,27889066
1800
0,06805036
0,033887009
32,85939977
33,69328678
2000
0,14733479
0,051107655
186,8513798
187,7024874
2000
0,23349643
0,278623077
495,8561199
496,934743
2000
0,30070291
0,726827648
834,1718336
835,6986612
2200
0,31129491
1,212747123
1123,052622
1125,065369
2200
0,33369558
1,625457126
1339,458018
1341,883475
2200
0,35265741
1,933764759
1488,637749
1491,371513
2200
0,37110624
2,145241695
1610,110589
1613,055831
2200
0,37020155
2,318014486
1681,662418
1684,780432
2200
0,3800518
2,418748764
1754,769722
1757,98847
2200
0,38443112
2,52106319
1848,341237
1851,6623
2400
0,35690351
2,653201872
1924,948359
1928,40156
2400
0,35878631
2,761432687
1983,42448
1986,985912
2400
0,36122319
2,844153966
2022,894646
2026,5388
Reynold
0
8190,224216
10647,29148
25389,69507
41360,63229
53645,96862
62245,70404
67978,86099
71664,46189
74531,04037
76169,08521
77807,13005
79854,68611
81492,73095
82721,26458
83540,287
Coficiente de friccion
0
0,037623541
0,035955748
0,032087385
0,030763006
0,030240137
0,029993195
0,029859561
0,029783967
0,02973002
0,02970082
0,029672897
0,02963955
0,029613937
0,029595343
0,029583219
Anexo C.2
Tabla C. 3 Datos adquiridos y cálculos de las bombas dispuestas en serie.
Tiempo ( s )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Vel. Tub. ( m/s ) Caudal (m³/s) Presión de entrada( kPa ) Presión de salida ( kPa ) Temperatura ( °C )
0
0
104,5
461
0,498829798 0,000568666
103,5
461
0,709873174 0,000809255
102,1
446,8
1,5924182 0,001815357
97,7
423,8
2,37903442 0,002712099
89,8
391,6
2,877864218 0,003280765
80,1
356,5
3,146464878
0,00358697
70,3
345,2
3,29995097 0,003761944
69,8
311,5
3,357508254 0,003827559
64,9
298,8
3,357508254 0,003827559
64,9
287,1
3,376694015 0,003849431
61,5
281,3
3,395879777 0,003871303
60,1
278,3
3,415065538 0,003893175
60,1
263,7
3,4342513 0,003915046
59,1
262,2
3,415065538 0,003893175
58,6
261,7
3,415065538 0,003893175
57,6
258,3
11
11
11
10
11
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
Peso especifico (kg/m³) H (m. Col. de agua)
10132,72398
35,18303674
10132,72398
35,28172688
10132,72398
34,01849302
10048,63161
32,45217983
10132,72398
29,7846858
10048,63161
27,50623277
10048,63161
27,35695871
10048,63161
24,05302627
10048,63161
23,27680117
10048,63161
22,11246353
10048,63161
21,87362504
10048,63161
21,71439938
10048,63161
20,26146524
10048,63161
20,21170722
10048,63161
20,21170722
10048,63161
19,97286873
Tabla C. 4 Prolongación tabla C.3
Pot. Hid. (W)
0
203,2980841
278,9503426
591,9878357
818,5115502
906,8035035
986,0580423
909,2618903
895,2661459
850,4837008
846,1049728
844,7183027
792,6503717
795,1459404
790,7037843
781,360165
Pot. Consumida. (W) Rendimiento Perd prim. (m col. de agua) Perd sec (m. col. de agua) Hinst (m col. de agua) Reynold
Coficiente de friccion
1600
0
0
0
0,8
0
0
1800
0,11294338
0,057266925
21,58112712
22,43839405
10647,29148
0,035954416
2000
0,13947517
0,110010636
43,7049749
44,61498553
15151,9148
0,034105647
2200
0,26908538
0,507135031
219,9295632
221,2366983
33989,4305
0,031243703
2400
0,34104648
1,099298448
490,8748678
492,7741663
50779,39014
0,030343615
2600
0,34877058
1,591132235
718,306746
720,6978782
61426,68162
0,030013651
2600
0,37925309
1,893368467
858,6479217
861,3412902
67159,83857
0,02987738
2800
0,32473639
2,07777575
944,4616343
947,3394101
70435,92826
0,029808275
2800
0,31973791
2,149115895
977,6952931
980,644409
71664,46189
0,029783711
2800
0,30374418
2,149115895
977,6952931
980,644409
71664,46189
0,029783711
2800
0,30218035
2,173747395
988,9008783
991,8746257
72073,9731
0,029783711
2800
0,30168511
2,197349222
1000,170313
1003,167662
72483,48431
0,02976786
2800
0,28308942
2,222248164
1011,503597
1014,525845
72892,99552
0,02976786
2800
0,28398069
2,246119818
1022,900731
1025,946851
73302,50673
0,029752395
2800
0,28239421
2,221093609
1011,503597
1014,524691
72892,99552
0,029752395
2800
0,2790572
2,221093609
1011,503597
1014,524691
72892,99552
0,029752395
Anexo C.3
Tabla C. 5 Datos adquiridos y cálculos realizados bomba derecha.
Tiempo ( s )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Vel. Tub. ( m/s ) Caudal (m³/s) Presión de entrada( kPa ) Presión de salida ( kPa ) Temperatura ( °C ) Peso especifico (kg/m³) H (m. Col. de agua)
0
0
101,6
281,1
13
10332,1318
17,37298783
0,249414899
0,000284333
99,6
280,3
13
10332,1318
17,48913036
0,518015559
0,000590538
98,1
276,9
13
10332,1318
17,30523801
1,170331449
0,001334178
93,8
271
12
10227,40199
17,32600323
1,784275815
0,002034074
92,3
259,8
12
10227,40199
16,37757078
2,24473409
0,002558997
89,8
250
12
10227,40199
15,66380202
2,551706273
0,002908945
87,9
244,1
13
10332,1318
15,1178869
2,762749649
0,003149535
83
233,4
12
10227,40199
14,70559191
2,858678456
0,003258893
77,2
225,1
12
10227,40199
14,46115056
2,935421502
0,003346381
73,7
223,6
12
10227,40199
14,65670364
2,992978786
0,003411996
73,2
222,2
12
10227,40199
14,56870475
3,050536071
0,003477611
71,3
217,3
13
10332,1318
14,13067533
3,108093355
0,003543226
70,8
215,4
13
10332,1318
13,99517571
3,146464878
0,00358697
70,3
212,9
13
10332,1318
13,80160481
3,184836401
0,003630713
69,3
211,9
13
10332,1318
13,80160481
3,204022162
0,003652585
67,4
211,9
12
10227,40199
14,12871031
Tabla C. 6 Prolongación tabla C.5
Pot. Hid. (W)
0
51,37897034
105,5881475
236,4163153
340,7074669
409,9512973
454,3772326
473,6900038
481,9903398
501,6224388
508,3873767
507,7312236
512,350541
511,5019164
517,7397447
527,7985708
Pot. Consumida. (W)
880
880
960
1120
1200
1200
1280
1280
1360
1360
1360
1360
1360
1360
1360
1360
Rendimiento Perd prim. (m col. de agua) Perd sec (m. col. de agua) Hinst (m col. de agua)
0
0
0
0,8
0,058385194
0,015914133
5,227631782
6,043545915
0,109987654
0,059842545
22,54996195
23,40980449
0,211085996
0,274654635
115,1006974
116,175352
0,283922889
0,614916379
267,5372028
268,9521192
0,341626081
0,957547075
423,4381743
425,1957214
0,354982213
1,227744143
547,1691041
549,1968482
0,370070315
1,43276821
641,4211398
643,653908
0,354404662
1,531148204
686,7375928
689,068741
0,368840029
1,612197304
724,1043336
726,5165309
0,373814248
1,674348219
752,7789766
755,2533248
0,373331782
1,737672517
782,0104087
784,5480813
0,376728339
1,802166929
811,7986301
814,400797
0,37610435
1,845809603
831,9667716
834,6125812
0,380690989
1,889975891
852,382375
855,0723509
0,388087184
1,912815272
862,6829749
865,3957902
Reynold
0
5323,64574
11056,80269
24980,18386
38084,5426
47912,81166
54464,99104
58969,61436
61017,17041
62655,21525
63883,74889
65112,28252
66340,81615
67159,83857
67978,86099
68388,3722
Coficiente de friccion
0
0,04099523
0,035737122
0,032133965
0,030951893
0,030452676
0,030216325
0,030080704
0,030024912
0,029982813
0,029952539
0,029923386
0,029895239
0,02987695
0,029859129
0,029859129
Anexo C.4
Tabla C. 7 Datos adquiridos y cálculos realizados bomba izquierda
Tiempo ( s )
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Vel. Tub. ( m/s ) Caudal (m³/s) Presión de entrada( kPa ) Presión de salida ( kPa ) Temperatura ( °C ) Peso especifico (kg/m³)
H (m. Col. de agua)
0
0
100,1
281,3
12
10227,40199
17,7171094
0,287786422 0,000328077
99,6
277,4
13
10332,1318
17,20845256
0,518015559 0,000590538
97,7
271,5
13
10332,1318
16,82131077
1,170331449 0,001334178
92,8
267,1
13
10332,1318
16,8697035
1,822647338 0,002077818
85,9
252
12
10227,40199
16,24068362
2,263919851 0,002580869
81,5
240,2
13
10332,1318
15,35985052
2,51333475 0,002865202
76,7
228,5
13
10332,1318
14,69203093
2,705192365 0,003083919
72,3
226,6
13
10332,1318
14,93399455
2,801121172 0,003193278
68,8
214,9
13
10332,1318
14,14035388
2,858678456 0,003258893
68,4
214,4
13
10332,1318
14,13067533
2,916235741 0,003324509
67,4
209,5
13
10332,1318
13,75321209
2,954607263 0,003368252
66,4
205,6
13
10332,1318
13,47253429
2,992978786 0,003411996
65,9
203,1
13
10332,1318
13,2789634
3,012164548 0,003433868
65,4
201,7
13
10332,1318
13,19185649
3,050536071 0,003477611
64,5
201,7
13
10332,1318
13,2789634
3,050536071 0,003477611
64,1
198,2
13
10332,1318
12,97892851
Tabla C. 8 Prolongación tabla C.7
Pot. Hid. (W)
0
58,3320054
102,6354588
232,5471995
345,125564
409,5838516
434,9376052
475,8487473
466,5379357
475,7984423
472,4126926
468,8607174
468,125826
468,0361518
477,1282458
466,3476513
Pot. Consumida. (W)
720
800
880
960
1040
1120
1120
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1280
1280
Rendimiento Perd prim. (m col. de agua) Perd sec (m. col. de agua) Hinst (m col. de agua)
0
0
0
0,8
0,072915007
0,023069305
7,690346235
8,51341554
0,116631203
0,067160438
24,9167218
25,78388224
0,242236666
0,308249728
127,1812371
128,2894868
0,331851504
0,718972936
308,4683323
309,9873052
0,365699868
1,092541185
475,9128043
477,8053455
0,388337147
1,337987022
586,5512522
588,6892392
0,396540623
1,543516146
679,5189933
681,8625095
0,388781613
1,651742113
728,5663126
731,0180548
0,396498702
1,718427662
758,8150078
761,3334355
0,393677244
1,786433297
789,6789307
792,265364
0,390717265
1,832496067
810,5966725
813,2291685
0,390104855
1,879146431
831,7878488
834,4669952
0,390030126
1,903315268
842,4859749
845,1892901
0,372756442
1,950220417
864,087303
866,8375234
0,364334103
1,950220417
864,087303
866,8375234
Reynold
0
6142,668162
11056,80269
24980,18386
38903,56503
48322,32288
53645,96862
57741,08072
59788,63678
61017,17041
62245,70404
63064,72646
63883,74889
64293,2601
65112,28252
65112,28252
Coficiente de friccion
0
0,039771619
0,03573611
0,032133965
0,030902002
0,030436526
0,030243398
0,030115788
0,030057843
0,030024791
0,029993069
0,029972494
0,029952474
0,029952474
0,029923386
0,029923386
Anexo D.1
Manual de instrucciones
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de
DataStudio
Manual Nº 012-08107
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Introducción
¿Qué es DataStudio?
DataStudio es un programa de recopilación, análisis y presentación de datos. El software hace uso de
interfaces y sensores PASCO para recopilar y analizar los datos. Con DataStudio puede crear y realizar
experimentos de Ciencias generales, Biología, Física y Química de cualquier nivel de estudios.
Interfaces
Dependiendo del equipo utilizado, se recomiendan las siguientes interfaces:
Equipos con puertos serie y SCSI
Interfaces ScienceWorkshop
Equipos con conexión USB
USB Link PASPORT o Xplorer
Requisitos de DataStudio
Para usar DataStudio, necesita como mínimo el equipo y los componentes siguientes:
Macintosh: System 7.5 o superior, memoria RAM disponible: 8 Mb (se recomiendan 16 Mb), puerto
serie, SCSI o USB, unidad de CD-ROM y 20 MB de espacio libre en el disco duro.
Windows: Windows 95, 98 o NT 4.0, memoria RAM disponible: 8 Mb (se recomiendan 16 Mb),
puerto serie, SCSI o USB, unidad de CD-ROM y 20 MB de espacio libre en el disco duro.
Utilización de DataStudio
DataStudio recopila y muestra los datos durante el experimento.
Para configurar un experimento, sólo lo tiene que conectar los sensores a la interfaz y configurar
el software. DataStudio puede mostrar los datos de varias formas, por ejemplo, dígitos,
instrumento analógico, gráficos o un osciloscopio.
Para utilizar DataStudio, puede:
1. Abrir un experimento previamente configurado.
2. Abrir un cuaderno de prácticas diseñado previamente.
3. Crear un cuaderno de prácticas electrónico o configurar un experimento.
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Configuración de los equipos y el software
Las instrucciones de configuración de DataStudio y los distintos equipos pueden variar según la
interfaz utilizada. Consulte la sección de la interfaz correspondiente.
Uso de DataStudio por primera vez: PASPORT
Si dispone de un sensor PASPort, puede conectarlo al equipo en cualquier momento. Consulte las
instrucciones de conexion en el manual de la interfaz o en la tarjeta de referencia rápida del sensor.
Al conectar un sensor PASPORT, se abre automáticamente la ventana PASPORTAL:
Ejemplos de cuadernos de
prácticas electrónicos ya
diseñados. Para abrirlos,
seleccione uno de ellos y
haga clic en Abrir
cuaderno de prácticas
seleccionado.
Hacer clic aquí para
ejecutar DataStudio y
crear su propio
experimento.
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Si no se abre la ventana PASPORTAL, haga doble clic en el icono DataStudio del escritorio para
Ejecutar el software DataStudio.
Al iniciar DataStudio, aparece la ventana del navegador "Bienvenido a DataStudio" y muestra cuatro
opciones:
En la pantalla de inicio, elija Crear experimento.
Si ya está abierto DataStudio, elija "Nueva actividad" en el menú Archivo.
Seleccionar esta opción
para abrir una actividad
existente.
Seleccionar esta
opción para crear
un experimento
nuevo.
Crear experimento
Abrir actividad
Escribir una expresión
Escribir datos
manualmente en
una tabla.
matemática (p.ej.: y = x2 )
Introducir
datos
Representar
gráficamente la
ecuación
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Configuración de un experimento PASPORT
Conecte un sensor a la interfaz PASPORT (p.ej.: USB Link o Xplorer). DataStudio detectará
automáticamente la presencia del sensor y creará la pantalla adecuada.
Las medidas disponibles se muestran en el panel Resumen. En algunos casos, puede hacer clic en el
botón configuración para tener acceso a otras unidades o medidas.
Configurar la frecuencia de muestreo
del sensor.
Hacer clic en este botón para
calibrar el sensor.
Seleccionar la unidad de medida.
En la ventana configuración del experimento se muestran los sensores que está n conectados al
equipo, así como la frecuencia de muestreo de cada sensor y los tipos de datos disponibles.
Los sensores que precisan calibrado muestran el botón Calibrar, que permite activar el menú de
calibrado.
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Si necesita agregar un sensor que no está conectado a la interfaz, haga clic en el botón Agregar
sensor de la ventana configuración del experimento. Se abre una nueva ventana que muestra todos los
sensores, en la que puede seleccionar el sensor que desee.
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Uso de DataStudio por primera vez: ScienceWorkshop
Al hacer doble clic en el icono DataStudio del escritorio se abre el programa DataStudio.
Cuando se inicia DataStudio, aparece la ventana del navegador Bienvenido a DataStudio, que muestra
cuatro opciones:
Seleccionar esta opción
para abrir una actividad
existente.
Seleccionar esta
opción para crear
un experimento
nuevo.
Crear experimento
Escribir datos
manualmente en
una tabla.
Abrir actividad
Escribir una expresión
matemática
(p.ej.: y = x2 )
Introducir
datos
Representar
gráficamente la
ecuación
Configuración de un experimento con ScienceWorkshop
Haga clic en el botón configuración para activar la ventana configuración del experimento. En esta
ventana puede seleccionar sensores y establecer las condiciones experimentales.
Si el software no reconoce la interfaz inmediatamente, haga clic en el botón Cambiar y selecciónela
en la lista de la ventana Por favor seleccione la fuente de datos. La interfaz seleccionada se muestra
seguidamente en la ventana configuración del experimento.
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Panel Sensores
El panel Sensores muestra una lista con todos los sensores disponibles. Desplazase en la lista para
buscar los sensores que desee utilizar en el experimento. Para seleccionar un sensor, haga doble clic
en el icono correspondiente en el panel Sensores. El software seleccionará automáticamente el puerto
libre apropiado.
A continuación, conecte el sensor físico en el canal correspondiente.
Al seleccionar un sensor, en la ventana Configuración del experimento aparece un icono con una
flecha que señala el canal adecuado para cada sensor. Si hace doble clic en el icono del sensor en esta
ventana, se abre otra ventana con las propiedades del sensor en la que puede definir las medidas, el
calibrado y la frecuencia de muestreo. Las medidas disponibles se muestran en el panel de resumen.
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Utilización de DataStudio para configurar
experimentos: todas las interfaces
DataStudio proporciona diversas herramientas que le permiten configurar los experimentos. Mediante
el panel Resumen y las funciones asociadas puede definir con más precisión los parámetros del
experimento. Las diversas pantallas suponen un excelente método de visualización de datos. Este
apartado trata sobre la creación de pantallas de datos y describe las funciones que realizan.
Presentación de datos
Panel Resumen
El panel Resumen muestra una lista de las mediciones que se pueden realizar,
los datos recopilados en el experimento y las pantallas.
Para mostrar los datos, el sensor o los datos tienen que estar asociados
a una pantalla. Al arrastrar un tipo de pantalla de la parte inferior del panel
Resumen y colocarlo en un sensor en la parte superior, se crea una pantalla
para el sensor o el conjunto de datos elegidos.
Para mostrar en las pantallas distintos tipos de datos, puede arrastrar
el sensor o el ensayo de datos desde la columna Resumen de datos y
colocarlos en una pantalla abierta. Algunas pantallas serán de más utilidad
que otras según los sensores o las condiciones experimentales.
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Creación de una pantalla de datos
Puede crear o quitar una pantalla de un experimento en cualquier momento, incluso durante la
recopilación de datos.
Pantallas disponibles en DataStudio
A continuación se describen los distintos tipos de pantallas:
Gráfico
La pantalla de gráficos representa los datos de un sensor con respecto al tiempo.
Para representar un tipo de datos con relación a otro, arrastre los datos desde el resumen de datos
(en el panel Resumen) y colóquelos en el eje de tiempo (eje X) del gráfico. El nuevo tipo de datos
sustituye el tiempo y genera una representación XY (p.ej.: Fuerza con respecto a Posición).
Al hacer clic y arrastrar un número sobre el eje se cambia directamente la escala del gráfico. Si hace
clic y arrastra la propia línea del eje, éste se desplaza en la pantalla de presentación.
Tabla
La pantalla de tabla muestra las coordenadas numéricas en columnas pareadas.
Medidor digital
La pantalla de medidor digital muestra el valor instantáneo de los datos durante la ejecución del
experimento.
Instrumento analógico
La pantalla de instrumento analógico muestra una representación gráfica de los datos mediante un
instrumento analógico gráfico.
Histograma
La pantalla de histograma traza los puntos de datos agrupados en barras como recuentos. El área de
una barra es proporcional a la frecuencia del rango de datos especificado o al número de veces que se
ha observado un valor de medida especificado.
Transformada Rá pida de Fourier
La FFT (Transformada Rá pida de Fourier) muestra la descomposición espectral de los datos. Una
frecuencia de muestreo más alta producirá una definición más precisa del espectro de frecuencias de
los datos. Al contrario que las demás pantallas, ésta no almacena datos, sino muestra una instantánea
de un 'intervalo de tiempo' de los datos.
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Osciloscopio
La pantalla de osciloscopio traza un gráfico basado en el tiempo y, al igual que la Transformada
Rápida de Fourier, muestra una instantánea de un 'intervalo de tiempo'. Los datos no se almacenan. Esta
pantalla es idónea para experimentos que emplean frecuencias de muestreo rápidas.
Cuaderno de prácticas
La pantalla de cuaderno de prácticas es un entorno de diseño avanzado e independiente. Esta
característica sirve para crear consultas científicas guiadas o como herramienta para escribir anotaciones
en el laboratorio. Los cuadernos de prácticas pueden contener pantallas de DataStudio, gráficos y texto.
Opciones de configuración de experimentos
Opciones
Utilice el botón Opciones para definir las opciones de muestreo. Al hacer clic en el botón Opciones de
la ventana Configuración del experimento se abre la ventana Opciones de muestreo.
Ficha Muestreo manual
Esta opción se utiliza en experimentos en los que hay que seleccionar puntos de datos concretos en
vez de recopilar datos continuos. Los puntos de datos pueden asociarse después con un parámetro no
medido por un sensor. El parámetro asociado puede escribirse manualmente.
Al hacer clic en la casilla de selección "Conservar valores de datos sólo si se solicita" se activa el
modo de muestreo manual. Si los datos conservados deben tener asociados datos de entrada manual,
active también la casilla de selección "Escribir valor con el teclado cuando se guarden los datos". Si se
conservan los datos y está activada la casilla de selección "Solicitar un valor", DataStudio solicitará al
usuario que introduzca manualmente los datos asociados. Las opciones restantes sirven para describir
los datos de entrada manual. Puede describir los datos y asignar nombres, prescribir unidades y
especificar la precisión numérica.
Ficha Inicio retardado
Una condición de inicio retardado hace que DataStudio supervise los datos del experimento, pero sin
almacenarlos, hasta que se cumpla una condición establecida. La condición puede estar basada en el
tiempo o ser experimental.
En la ficha Inicio retardado puede elegir entre medición de tiempo o datos y, a continuación, definir los
parámetros de la condición de inicio.
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Ficha Detención automática
Una condición de detención automática hace que DataStudio detenga la recopilación de datos al
cumplirse una condición establecida. La condición puede estar basada en el tiempo o ser
experimental. En la ficha Detención automática puede elegir entre medición de tiempo o de datos y, a
continuación, definir los parámetros de la condición de inicio.
Cambiar
El botó n Cambiar sirve para cambiar entre interfaces PASCO. Utilice este botó n para seleccionar la
interfaz apropiada:
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Toma de mediciones
Recopilación de datos
Después de configurar el experimento, haga clic en el botón Inicio para comenzar a recopilar datos.
Botón Inicio y temporizador
Al hacer clic en el botón Inicio, éste se convierte en el botón Detener. Un clic en el botón Detener
interrumpe la recopilación de datos. El temporizador del experimento muestra la condición de
temporización actual: el tiempo transcurrido durante la recopilación de datos o una cuenta atrás
establecida en una condición de temporización inicial.
Botón Mantener/Detener
Si el experimento se ha configurado para Muestreo manual (consulte Opciones de configuración de
experimentos), el botón Inicio se convierte en Mantener/Detener. Al presionar el botón Mantener
durante la recopilación de datos se almacena un punto de datos. Si se hace clic en el cuadrado rojo que
aparece a la derecha del botón Mantener, se interrumpe la recopilación de datos.
Herramientas de visualización y análisis
DataStudio proporciona una serie de funciones complementarias que permiten visualizar y analizar
los datos. Las pantallas se pueden crear o cerrar en cualquier momento, antes, durante o después de la
recopilación de datos.
Optimizar escala
Mediante la herramienta optimizar escala es posible ajustar automáticamente la escala de un gráfico, una
Transformada Rá pida de Fourier, un histograma o una pantalla de instrumento analógico. La pantalla
completa ajusta el rango automáticamente para mostrar todos los datos.
Zoom para acercar, Zoom para alejar, Habilitar zoom
Las herramientas de zoom de gráficos e histogramas cambian la vista de la pantalla de presentación para
reducir, ampliar o centrar un área seleccionada de datos. Para usar la herramienta habilitar
zoom, haga clic en la herramienta y, después, dibuje un cuadrado haciendo clic y arrastrando alrededor
del área de datos que desee. El gráfico se ampliará para mostrar el área seleccionada. El
botón Optimizar escala vuelve a mostrar los datos con la mejor presentación de todos los puntos de
datos.
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Herramienta inteligente
La Herramienta inteligente activa un conjunto de cruces que muestran el par de datos de
coordenadas de un punto de datos concreto. A medida que se vaya acercando a un punto de datos, la
Herramienta Inteligente "gravitará " en dirección al punto de datos. Las coordenadas se muestran entre
paréntesis en la esquina superior derecha del pequeño cuadro que aparece junto a la cruz. La
Herramienta inteligente puede usarse también para mostrar la diferencia entre dos puntos de datos.
Desplazamiento de la Herramienta inteligente
Para cambiar la posición de las cruces de la Herramienta inteligente, pase el puntero del mouse
(ratón) sobre el centro de la herramienta inteligente hasta que su forma cambie a dos flechas de dos
puntas cruzadas y una mano. Arrastre las cruces de la Herramienta inteligente a la nueva posición. Para
forzar el movimiento de las cruces hacia un eje, pase el puntero sobre la línea discontinua
perpendicular al eje sobre el que desea desplazarse hasta que su forma cambie a una mano. Arrastre
las cruces a la nueva posición.
Medición de cambios: herramienta Delta
La herramienta Delta es una característica de la Herramienta
inteligente que permite medir el cambio de las coordenadas X e Y entre
dos puntos de datos de una pantalla de gráficos.
Para usar la herramienta Delta:
Arrastre las cruces de la Herramienta inteligente hasta un punto de datos.
Pase el puntero del mouse (ratón) sobre uno de los lados del pequeño
recuadro que aparece junto a la cruz, hasta que su forma cambie a un
triángulo y una mano.
Haga clic y arrastre el triángulo hasta el segundo punto de datos. Se
muestra un recuadro de líneas discontinuas con los puntos de datos
seleccionados en dos de sus esquinas. En los lados del cuadro de líneas
discontinuas aparecerá n los números que representan la diferencia entre los valores de coordenadas de los
dos puntos.
Para cambiar el tamaño de este cuadro, haga clic en la esquina que contiene las flechas y arrástrela
hasta el nuevo punto de datos. Al hacer clic y arrastrar una línea discontinua se cambia también el
tamaño del cuadro (limitando el desplazamiento a una sola dimensión).
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Herramienta Notas
La herramienta Notas permite escribir notas en un
grafico o en un histograma, así como puede asignar
etiquetas a puntos de datos individuales.
Herramienta Estadísticas
Este botón permite activar o desactivar la herramienta
Estadísticas. Al presionar la flecha desplegable que aparece junto al símbolo Sigma se muestran las
estadísticas disponibles en una lista.
Herramienta Mostrar tiempo
Activa o desactiva el componente de tiempo del par de datos en dígitos, instrumentos o presentaciones
de tablas.
Herramienta Editar datos
Para editar los datos de una tabla, haga clic en la herramienta Editar datos. Si está activada esta
herramienta, se muestra una copia de los datos en la columna Resumen. El conjunto de datos
originales no se puede modificar nunca en DataStudio. Esta herramienta activa la inserción y la
supresión de botones de fila. Estos botones se emplean para insertar una fila vacía o para eliminar una
fila seleccionada en una tabla de datos.
En algunos experimentos es necesario recopilar los datos manualmente. Los datos pueden introducirse
después en DataStudio para su análisis. La manera más fácil de introducir datos consiste en crear una
tabla de datos vacía.
En el menú Experimento, elija "Nueva tabla de datos vacía".
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Al seleccionar esta opción, el software crea una pantalla de tabla en la que se pueden incluir los nuevos
datos. En el panel Resumen aparece también un indicador. Para cambiar las propiedades de los datos puede
hacer doble clic en la medición de la columna Resumen. Puede especificar el nombre de los datos, las
unidades y otras propiedades, como la precisión.
Seleccionar datos / Quitar datos
Puede consultar los datos de forma selectiva mediante el botón Datos. Haga clic en el botón Datos para
activar o desactivar conjuntos de datos o para seleccionar los que desea mostrar u ocultar. Para borrar
datos de la pantalla puede utilizar el botón Quitar. Al hacer clic en el botón Quitar se borra de la pantalla
el conjunto de datos seleccionado.
Configuración de pantalla
Al hacer clic en el botón Configuración de pantalla se abre un menú en el que puede cambiar las o
opciones de la pantalla. Para abrir un menú con las opciones má s utilizadas, haga clic en el botón de
flecha abajo. También puede abrir el menú de opciones haciendo clic en el centro de la pantalla de
visualización.
Calculadora
DataStudio dispone de una función de calculadora que, además de calcular expresiones matemáticas,
puede manipular mediciones de datos de los sensores. Al igual que las pantallas, los cálculos se pueden
crear o eliminar en cualquier momento.
La calculadora sirve para crear ecuaciones o para realizar cálculos de conjuntos de datos. Haga clic en el
botón Calcular para activar la ventana de la calculadora. Escriba las funciones con el formato y = f (x),
donde "y" es el nombre de la función y "x" es la variable. Para que DataStudio evalúe la expresión, haga
clic en el botón "Aceptar". El software resaltará los términos no definidos, si son necesarios para realizar
el cálculo. Las variables pueden definirse como:
Constante: establece la variable en un valor numérico. Esta es una variable local que sólo se utilizará en
esta ecuación.
Constante del experimento: establece la variable en un valor numérico que será reconocido por todas las
ecuaciones del experimento (por ejemplo, masa del carro = 500 g).
Medición de datos: asocia una medición de datos a una variable. Realiza un cálculo sobre un conjunto
de datos completo para convertir los datos en otra cantidad elegida (p.ej.: calcular la cantidad de
movimiento a partir de datos de velocidad). Haga clic y, sin soltar el botón, arrastre la medición y
suéltela en la ventana de la calculadora sobre la variable que desea definir.
En toda la escala: define un á rea para la ecuación y el número de puntos de coordenadas del rango.
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Al hacer clic en los botones situados debajo del área de definición, puede seleccionar los términos e
introducirlos automáticamente en el formato correcto. Los términos están agrupados en:
Científicos (sen (x), cos (x), exp (x), etc.)
Estadísticos (mín (x), prom (x), etc.)
Especiales (integral (x), derivada (x), etc.)
Herramienta de ajuste
La Herramienta de ajuste permite suavizar los datos de un gráfico en función de la relación de los tipos
de datos.
Manual Nº 012-08107
Manual de introducción de DataStudio
Uso del Cuaderno de prácticas
El Cuaderno de prácticas es un
contenedor especial que puede utilizarse
para tomar notas o crear actividades en el
laboratorio. Los cuadernos de prácticas
pueden contener pantallas de
visualización, gráficos y texto. El
Cuaderno de prácticas de DataStudio
puede utilizarse para guiar a un alumno
en una actividad, dejando que éste realice
cada paso de la actividad y registre las
observaciones.
Para crear un cuaderno de prácticas, haga
doble clic en el icono Cuaderno de
prácticas en la lista Pantallas del panel
Resumen. Se abre una página vacía de un cuaderno de prácticas.
Para desactivar las herramientas del cuaderno de prácticas, presione <Ctrl> + T.
Herramientas del cuaderno de prácticas
Agregar una pantalla al Cuaderno de prácticas
En la pantalla Resumen, haga clic y arrastre una pantalla a la ventana Cuaderno de prácticas. Se
muestra la pantalla en la ventana.
Agregar un bloque de texto
Esta herramienta permite crear un bloque de texto y agregarlo directamente al cuaderno de prácticas.Al
hacer clic con el botón secundario en un bloque de texto se abre una lista con las opciones de formato. Si
desea permitir que los alumnos escriban en el cuadro, seleccione Siempre editable.
Agregar un archivo de texto
Esta herramienta permite importar un archivo de texto directamente en el cuaderno de prácticas.
Manual de introducción de DataStudio
Manual Nº 012-08107
Agregar una imagen
Esta herramienta permite importar un gráfico .bmp o .pic directamente en el cuaderno de prácticas.
Suprimir el elemento seleccionado
Borra completamente un elemento seleccionado en el cuaderno de prácticas.
Agregar Pagina /Suprimir Pagina
Esta herramienta agrega una nueva página vacía al cuaderno de prácticas o elimina la página actual.