DESARROLLO DEL INFORME

PRIMERA PARTE: FUNCIONAMIENTO

1. Describa el funcionamiento del Banco Hidráulico, indicando la función de las diferentes partes del mismo en el proceso.

El Banco Hidráulico y su amplia gama de accesorios opcionales han sido diseñados para instruir a estudiantes en los diferentes aspectos de la teoría hidráulica.

La mecánica de fluidos se ha desarrollado como una disciplina analítica de la aplicación de las leyes clásicas de la estática, dinámica y la termodinámica, para esta situación en la cual los fluidos son tratados como medios continuos. Las leyes particulares involucradas son la conservación de masa, energía y momento y en cada aplicación de estas leyes pueden ser simplificadas para describir cuantitativamente el comportamiento de los fluidos.

El tanque de medición volumétrica ha avanzado para dar cabida a las tasas de flujo bajo o alto. Un deflector de amortiguación reduce las turbulencias y un tubo de visualización remota con escala da una indicación instantánea del nivel del agua dentro del tanque volumétrico.

Una válvula de vaciado en la base del tanque volumétrico es operada por un accionador remoto en la parte superior. Levantando el accionador se abre la válvula de vaciado permitiendo que el volumen de agua medido regrese al colector en la base del banco para luego ser recirculado.

Cuando es levantado, una vuelta de tuerca de 90º al accionador mantendrá la válvula de vaciado en posición abierta. El rebose en la parte del tanque volumétrico permite que el agua retorne directamente al colector de prevención debido a un sobrellenado si la válvula de vaciado permanece cerrada.

El agua se extrae del depósito mediante una bomba centrífuga autocebante que se monta en un hueco debajo del tanque colector.

Un panel montado en la válvula de control regula el flujo de la bomba a una tubería de conexión rápida liberación situado en el piso del canal moldeado en la parte superior del banco.

El tubo flexible de suministro en la mayoría de los accesorios simplemente conecta al conector de cierre rápido. Las herramientas de mano no son necesarias para cualquiera de estas operaciones, permitiendo el intercambio rápido de accesorios.

Una válvula de drenaje incorporada en un hueco en la parte frontal del tanque recolector, facilita su vaciado. Esta válvula es usada para la conexión de accesorios.

El suministro eléctrico de la bomba del motor se realiza mediante un interruptor y un dispositivo de corriente residual montada en un

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hueco en la parte frontal del banco. Este último ofrece una mayor protección al operador contra descargas eléctricas en caso de que el equipo se convierta eléctricamente peligroso.

2. ¿Qué es un aforo?

Consiste en medir el caudal del agua. En vez de “caudal” también se puede emplear los términos “gasto”, “descarga” y a nivel de campo “riegos”.

La determinación de la cantidad de agua que lleva un canal o un curso de agua.

3. Indique las razones por las cuales es importante hacer aforos en Ingeniera Civil.

La medición de caudales es de gran utilidad en la toma de decisiones durante la administración de los recursos hidráulicos, en la ejecución de programas de riego y en diversas actividades relacionadas con el manejo del agua, entre estas últimas se menciona las siguientes:

Control de la calidad de agua de riego entregada a cada usuario en un distrito de riego.

Detección de problemas potenciales en el funcionamiento de una bomba o en la operación de un sistema de riego.

Registro continuo de los abatimientos de un acuífero a fin regular las extracciones, especialmente donde tal recurso es limitado.

Determinación de las pérdidas de agua, por conducción en las redes de distribución y evaluación de la factibilidad del revestimiento en acequias y canales de tierra.

Calibración de estructuras de aforo y determinación de los coeficientes empíricos para su ecuación de descarga.

Ensayos con turbinas para fines hidroeléctricos y de modelación.

Determinación de los escurrimientos pluviales y magnitud de las crecientes en corrientes naturales.

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Q=VT

Fig.1: Aforo volumétrico

Pruebas de permeabilidad en acuíferos, para determinación de la producción específica y evaluación de la factibilidad de la recarga artificial.

Medición de la capacidad de un sistema de drenes, en lugares con nivel freático

4. Describa el procedimiento de aforo con el banco hidráulico.

Determinar la medida de caudal, el cual consiste en la determinación de la cantidad de fluido que atraviesa una sección por unidad de tiempo. Su estudio es muy importante pues de ello implica los buenos diseños y construcciones hidráulicas, para el abasto de agua de uso doméstico, comercial, público e industrial, etc. Los instrumentos con los cuales realizaremos este ensayo serán nuestro banco hidráulico el cual nos servirá para ir variando gradualmente nuestro Volumen permitiéndonos calcular los diferentes caudales que se requieran, también utilizaremos la probeta y cronometro como instrumentos complementarios al banco hidráulico.

SEGUNDA PARTE: MEDICIONES

5. Desarrolle los conceptos de precisión y exactitud. ¿Se puede tener una independientemente de la otra? ¿Por qué?

PRECISION:

Se denomina PRECISIÓN a la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones. Esta cualidad debe evaluarse a corto plazo.

PRECISIÓN como la proximidad entre las indicaciones o valores medidos de un mismo mensurando, obtenidos en mediciones repetidas, bajo condiciones especificadas.

EXACTITUD:

Se denomina EXACTITUD a la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real. Exactitud implica precisión. Pero no al contrario.

La EXACTITUD viene definida como la proximidad entre el valor medido y el valor “verdadero” del mensurando. Así pues, una medición es más exacta cuanto más pequeño es el error de medida.

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La exactitud depende solamente de la posición del valor medio (resultado) de la distribución de valores, no jugando papel alguno en ella la precisión.

6. ¿Qué es la constante de un instrumento de medida? ¿Qué es sensibilidad?

CONSTANTE:

Normalmente, en los instrumentos de medida cada división corresponde a varias unidades de medida, en estos casos para calcular la medida será necesario multiplicar el número de divisiones por la constante que corresponda en cada caso. Esta constante se define como la división entre el calibre y el número de divisiones.

SENSIBILIDAD:

La sensibilidad de los aparatos de medida determina la mínima medida de una magnitud que se puede hacer con un determinado aparato. La sensibilidad de un aparato de medida está relacionada con la calidad de las medidas que se realicen con él.

7. ¿Por qué es importante conocer la incertidumbre en la medición?

Los laboratorios deben demostrar que los análisis arrojan resultados confiables para los fines para los cuales fueron solicitados, ya que de éstos dependerá la toma de decisiones para la resolución de uno o varios problemas que estén afectando a una comunidad o a una región en particular. Para asegurar la confiabilidad de los resultados es importante realizar la trazabilidad y la estimación de la incertidumbre en las mediciones.

Página 4 de 16Fig.3: Distribución gaussiana de los errores frente a dato de intervalo.

TERCERA PARTE: PROCESAMIENTO DE DATOS

8. Calcule el caudal para cada medición. Ordene dichas mediciones de menor a mayor en un cuadro y calcule los siguientes parámetros: promedio, mediana, desviación estándar, varianza.

Ejemplo de cálculo:

El procedimiento para el cálculo del caudal, es el siguiente:

Q=VT

Donde:

Q :Caudal , se mideen ml/ seg

Se calcula el caudal con los

primeros datos:

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NVolumen

(ml)Tiempo (seg)

Caudal (ml/seg)

1 880.00 7.45 118.122 890.00 7.38 120.603 660.00 5.26 125.484 740.00 6.10 121.315 490.00 4.16 117.796 620.00 4.92 126.027 750.00 6.13 122.358 620.00 5.16 120.169 880.00 7.34 119.89

10 500.00 4.15 120.4811 620.00 5.31 116.7612 700.00 5.85 119.6613 580.00 4.89 118.6114 400.00 3.28 121.9515 560.00 4.63 120.9516 550.00 4.56 120.6117 730.00 6.08 120.0718 490.00 4.07 120.3919 530.00 4.41 120.1820 510.00 4.36 116.97

Ordenando los caudales de menor a mayor:

N Volumen (ml) Tiempo (seg) Caudal (ml/seg) |-Xi| |-Xi|²11 620.00 5.31 116.76 3.66 13.3720 510.00 4.36 116.97 3.44 11.875 490.00 4.16 117.79 2.63 6.911 880.00 7.45 118.12 2.30 5.27

13 580.00 4.89 118.61 1.81 3.2712 700.00 5.85 119.66 0.76 0.589 880.00 7.34 119.89 0.53 0.28

17 730.00 6.08 120.07 0.35 0.128 620.00 5.16 120.16 0.26 0.07

19 530.00 4.41 120.18 0.24 0.0618 490.00 4.07 120.39 0.02 0.0010 500.00 4.15 120.48 0.06 0.002 890.00 7.38 120.60 0.18 0.03

16 550.00 4.56 120.61 0.20 0.0415 560.00 4.63 120.95 0.53 0.284 740.00 6.10 121.31 0.89 0.80

14 400.00 3.28 121.95 1.53 2.357 750.00 6.13 122.35 1.93 3.733 660.00 5.26 125.48 5.06 25.596 620.00 4.92 126.02 5.60 31.35

Σ= 2408.34 Σ= 105.97

Calculando los siguientes parámetros:

Promedio del Caudal:X=

∑i

n

Q i

n=2408.34

20=120.42

Mediana: Me=Semisumade losdatos centrales

2=120.16+120.18

2=120.17

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Desviación Estándar:S=√∑i

n

( X−X i )2

n=√ 105.97

20=2.30

Varianza: S2=5.30

9. Elabore una distribución de frecuencias con cuatro intervalos de clase que tengan el mismo ancho.

Distribución de frecuencias:

Donde: f : frecuenciaabsoluta ; F : frecuenciaabsolutaacumulada .

10.Halle los cuartiles de los datos y el rango intercuartil.

Bigote inferior: L

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115.603899683065

117.917757567406

120.231615451748

122.545473336089

124.859331220431

127.1731891047720

2

4

6

8

10

12

Histograma y Poligono de frecuencias su-perpuestos

MARCA DE CLASE

FREC

UEN

CIA

"f"

N Intervalos Marca de clase f F1 116.76 119.07 117.92 5 52 119.07 121.39 120.23 11 163 121.39 123.70 122.55 2 184 123.70 126.02 124.86 2 20

Σ= 20

Posición de la mediana: Me 10.500Calculo de la mediana: Me 120.287

Calculo del primer cuartil: Q1 119.134Calculo del tercer cuartil: Q3 121.131

Calculo del rango intercuartil: RIQ=Q3-Q1 1.997Calculo del límite inferior=Q1-1,5(RIQ) 116.138

Calculo del límite superior=Q3+1,5(RIQ) 124.127

L=Q1−1,5RIQ=116.138

Bigote superior: U

U=Q3+1,5RIQ=124.127

11.Elaborar el diagrama de caja de los datos, con todos los elementos mencionados en la teoría.

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12.Elabore un nuevo grupo de datos eliminando los datos aislados (si los hubiera), según el criterio utilizado en el diagrama de caja. Calcule los mismos parámetros de la pregunta 8 para el nuevo grupo de datos.

Según los datos obtenidos del diagrama de caja se observa que existen 2 datos (Dato 3 y dato 6), que exceden el límite superior, por consiguiente se procede a calcular los parámetros Promedio (X ), Mediana (Me), Desviación Estándar (S), Varianza (S2).

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0.5 1 1.5 2110

112

114

116

118

120

122

124

126

128

Maximo=124.13

Diagrama de Caja

Q1=119.13

Minimo=116.14

Q3= 121.13

Mediana= 120.28

N Volumen (ml) Tiempo (seg) Caudal (ml/seg) |-Xi| |-Xi|²11 620.00 5.31 116.76 3.06 9.3920 510.00 4.36 116.97 2.85 8.145 490.00 4.16 117.79 2.04 4.151 880.00 7.45 118.12 1.70 2.90

13 580.00 4.89 118.61 1.22 1.4812 700.00 5.85 119.66 0.17 0.039 880.00 7.34 119.89 0.07 0.00

17 730.00 6.08 120.07 0.24 0.068 620.00 5.16 120.16 0.33 0.11

19 530.00 4.41 120.18 0.36 0.1318 490.00 4.07 120.39 0.57 0.3210 500.00 4.15 120.48 0.66 0.432 890.00 7.38 120.60 0.77 0.59

16 550.00 4.56 120.61 0.79 0.6215 560.00 4.63 120.95 1.13 1.274 740.00 6.10 121.31 1.49 2.21

14 400.00 3.28 121.95 2.13 4.527 750.00 6.13 122.35 2.52 6.37

Σ= 2156.85 Σ= 42.72

Calculando los siguientes parámetros:

Promedio del Caudal:X=

∑i

n

Q i

n=2156.85

18=119.83

Mediana: Me=Semisumade losdatos centrales2

=120.16+120.182

=120.17

Desviación Estándar:S=√∑i

n

( X−X i )2

n=√ 42.72

18=1.54

Varianza: S2=2.37

13.Calcule la incertidumbre de caudal promedio, considerando que no hay incertidumbre en el volumen.

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N Volumen Tiempo Incertidumbre de Tiempo

Incertidumbre de Caudal

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11 620.00 5.31 0.0355 0.106120 510.00 4.36 0.9145 0.92005 490.00 4.16 1.1145 1.11901 880.00 7.45 2.1755 2.1778

13 580.00 4.89 0.3845 0.397312 700.00 5.85 0.5755 0.58419 880.00 7.34 2.0655 2.0679

17 730.00 6.08 0.8055 0.81178 620.00 5.16 0.1145 0.1520

19 530.00 4.41 0.8645 0.870318 490.00 4.07 1.2045 1.208610 500.00 4.15 1.1245 1.12892 890.00 7.38 2.1055 2.1079

16 550.00 4.56 0.7145 0.721515 560.00 4.63 0.6445 0.65224 740.00 6.10 0.8255 0.8315

14 400.00 3.28 1.9945 1.99707 750.00 6.13 0.8555 0.86133 660.00 5.26 0.0145 0.10106 620.00 4.92 0.3545 0.3683

= 5.2745 0.9592

14.¿El caudal es lo suficientemente estable para considerarlo constante? Justifique su respuesta en función de los datos obtenidos.No, debido a que afecta el tiempo, ya que no podemos precisar exactamente el momento en que el flujo ocupa el volumen que queremos, para lo cual se ha requerido 20 mediciones para reducir el error.

CONCLUSIONES

1. Los datos que se obtuvo en laboratorio para obtener el valor del caudal promedio se obtuvo con una alta exactitud pero con una baja precisión.

2. El aforo obtenido a través del caudal nos da la determinación del volumen del líquido que fluye en un determinado tiempo.

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3. Se eliminó dos datos debido a que no se encuentra dentro del intervalo que se encuentra dentro del límite del bigote superior e inferior.

4. Eliminado dicho datos se volvió a calcular el promedio, mediana, desviación y su variación llegando a concluir que la desviación disminuye y la variación aumenta.

5. Las practicas desarrolladas en el laboratorio de hidráulica son muy importantes para nuestro aprendizaje y en nuestra vida profesional les una parte primordial de su entrenamiento previo donde es posible visualizar diferentes situaciones en un ambiente controlado para luego poder transformar los resultados obtenidos en estas situaciones a la práctica, la mejor manera de corroborar la teoría con la realidad y la manera más segura de experimentar en cualquier campo de la ingeniería.

RECOMENDACIONES

1. Para todo tipo de ensayo se recomienda tener una base teoría, para así facilitar el desarrollo de dicho ensayo, lograr también una mejor compresión de los fenómenos observadores.

2. También se recomienda antes de empezar a realzar el ensayo, verificar que el equipo se encuentre en óptimas condiciones para realizar un buen ensayo.

3. Recomendamos poner atención en los fenómenos que se producen con el equipo, y diferenciar los conceptos del caudal, aforó.

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FOTOGRAFIAS DE LA PRÁCTICA

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ANEXOS

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Fotografía 3: En la imagen se observa la recolección de datos.