laboratorio 1 a

INGENIERÍA HIDRÁULICA

VELOCIDAD TERMINAL DE PARTICULAS

COEFICIENTES DE CORRECCIÓN DE VELOCIDADES:

CORILIS / BOUSSINESQ

INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL

VERANO 2015

ING CIP MANUEL CASAS VILLALOBOS

LABORATORIO DE HIDRÁULICA

INGENIERIA HIDRAULICA

LABORATORIO

VELOCIDAD TERMINAL DE PARTÍCULAS


VERANO 2015

ING.MANUEL CASAS VILLALOBOS 3

ÍNDICE

1. Objetivo

2. Fundamento Teórico

3. Equipo de Trabajo

4. Procedimiento del Ensayo

5. Procedimiento del Gabinete

6. Toma de Datos

7. Cálculos y Resultados

LABORATORIO


ÍNDICE

8. Presentación de los Resultados y Gráficos

9. Cuestionario

10. Conclusiones

11. Recomendaciones

12. Bibliografía

13. Información de Internet

LABORATORIO


OBJETIVO

El objetivo del presente laboratorio es la

determinación experimental de la velocidad terminal

de partículas en aguas quietas.

LABORATORIO

Una partícula sólida introducida en el seno de un fluido en reposo, por efecto de la gravedad inicia un movimiento de descenso o caida o asentamiento, que depende de las relaciones entre las relaciones entre las densidades de las partículas y del fluido.

FUNDAMENTO TEÓRICO


FUNDAMENTO TEÓRICO

La determinación de la velocidad de caída posee numerosas aplicaciones en la ingeniería civil, como por ejemplo, en el diseño de desarenadores , que son estructuras cuya función es retener o atrapar los sedimentos. El material transportado por las corrientes de agua posee efectos perjudiciales: disminuye el área de paso en los canales o de los conductos circulares. La arena de las tierras de cultivo, impactan en los alabes de las turbinas produciendo su abrasión.

LABORATORIO


FUNDAMENTO TEÓRICO

Stokes supuso que para el caso de una esfera inmóvil, de diámetro “D”, situada en una corriente cuya velocidad uniforme es igual a “Uα”, para números de Reynolds pequeños e inferiores a la unidad, es posible despreciar los términos de inercia frente a los de viscosidad llegando a establecer la expresión de la resistencia al avance de una esfera en el seno de un fluido:

LABORATORIO


w = ( ρs – ρw ) g . ( D ² / 18 μ )

Donde :

w : Velocidad terminal ó velocidad de caída de las

partículas

ρs ; Densidad de las partículas sólidas

ρw : Densidad del agua

g : Aceleración de la Gravedad

D : Diámetro de las partículas

μ : Viscosidad dinámica del fluido

LABORATORIO


Los límites de aplicación de la expresión son:

2 μm < D < 50 μm. (μm = micra)

Lamentablemente las limitaciones de la expresión de

Stokes le dan a este cálculo un rango de aplicación

muy escaso.

Sin embargo para la determinación de la velocidad

terminal de una partícula se recurren a relaciones

empíricas; no obstante, lo más recomendable es

proceder experimentalmente.

Este procedimiento es propuesto en el presente

laboratorio.

LABORATORIO


EQUIPO

Tubo para observación de velocidades decaída.

Termómetro

Cronómetro

Muestras de partículas con granulometría previamente

seleccionada.

LABORATORIO

PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

Verificar el estado y la puesta en “cero” de los instrumentos. Observar la precisión de la medida de los instrumentos.


PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

Registrar la temperatura del agua.

Establecer un tramo de longitud “L” en el tubo para evaluar el tiempo de caída de la muestra seleccionada.

Tomar de las muestras de los sólidos algunas partículas y colocarlas sobre la superficie liquida con mucho cuidado para no influir en el descenso de los corpúsculos.

Anotar el tamaño promedio de la partícula “D” y el tiempo de caída.

Para diferentes muestras de partículas, varias mediciones, puede considerar por lo menos tres veces por prueba.

LABORATORIO


PROCEDIMIENTO DE GABINETE

Preparar un cuadro y colocar en la primera columna los tamaños de las partículas, en las otras columnas los tiempos registrados y la temperatura registrada.

Calcular las velocidades de caída, estas serán las velocidades de caída experimentales, y colocar en otra columna.

Calcular el Número de Reynolds de la partícula con viscosidad correspondiente a la temperatura del agua registrada y colocar en otra columna.

Con la ecuación de Stokes y los datos del laboratorio preparar otra columna, considerar las velocidades de caídas teóricas.

LABORATORIO


APLICACIÓN : TOMA DE DATOS Temperatura del Agua : 18 °C

Longitud de la caída : 50 cm

Diámetros

Tiempo (seg.)

T 1

T 2 T 3

4 1.63 1.35 1.41

8 2.56 2.09 1.69

10 2.09 2.20 2.24

16

2.14

2.85

2.34

30

3.56 4.13 3.93

50

6.23

6.49

6.49

80

9.58

8.98

10.39

LABORATORIO


PRESENTACIÓN DE LOS

RESULTADOS Y GRÁFICO

Prueba # Diámetro

(cm)

T promedio

(seg)

W

experiemntal

(cm/s)

Número

Reynolds

W teórica

(cm/s)

1

2

3

LABORATORIO


Cuestionario

Encontrar la velocidad límite de una esfera de

diámetro “D” = 0.8 mm. y densidad media

ρs = 13.6 gr/cm³, que caen en el aire de densidad

ρa = 1.26 gr/cm³ y viscosidad 1.425 x 10-5 m²/s.

Encontrar la velocidad límite de la misma esfera, que cae en agua con viscosidad igual a

1.4 x 10-3 N.s/m² y densidad de 999.1 kg/m³

LABORATORIO


CONCLUSIONES

Ejemplo:

El ensayo fue realizado a una temperatura de T = 18°C.

El rango que se utilizó para las partículas corresponde a un agregado fino, en nuestro caso fue una arena.

Observamos en los gráficos que la velocidad de caída es directamente proporcional con el tamaño de las partículas

Así mismo, podemos decir que si el agua fuera helada o a una temperatura más baja que la tomada, las partículas demorarían más en bajar y el tiempo sería mayor.

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RECOMENDACIONES

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VELOCIDAD TERMINAL DE PARTICULAS

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