EXPERIMENTO DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA

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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 de los conductos, en arena las tierras de cultivo, impactan en los álabes de las turbinas produciendo su abrasión.[pic 12][pic 13][pic 14]

Stokes supuso que para el caso de una esfera inmóvil, de diámetro “D”, situada en una corriente cuya velocidad uniforme es igual a “v” , 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:

2

)g D ⎤

W = ⎡(ρ - ρ ⎥

⎢

⎢⎣ s a 18μ ⎦⎥

w Velocidad terminal o caída de las partículas

ρs Densidad de las partículas sólidas

ρa Densidad de las partículas del agua

g Gravedad

D Diámetro de las partículas

μ Viscosidad dinámica del fluido

Los límites de aplicación de la expresión son: 2 μm μm. (μm = micra)

Lamentablemente las limitaciones de la expresión de Stokes le dan a este cálculo un rango de aplicación muy escaso.

En la práctica, para la determinación de la velocidad terminal de una partícula se recurren a otras relaciones empíricas, sin embargo, lo más recomendable es proceder experimentalmente. Sobre este procedimiento trata el presente laboratorio.

2.0 OBJETIVO

El objetivo del laboratorio es la determinación experimental de la velocidad de cáida de partículas en aguas quietas.

- EQUIPO DISPONIBLE

- Tubo para observación de velocidades de caída

- Termómetro

- Cronómetro

- Muestras de partículas de granulometría seleccionada.

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- PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

- Verificar el estado y la puesta en "cero" de los instrumentos.

- Observar la precisión de la medida de los instrumentos.

- Registrar la temperatura del agua.

- Establecer el tramo en el tubo para la cuenta del tiempo.

- 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 “D” y el tiempo de caída “t”.[pic 15][pic 16][pic 17]

- Repetir las etapas previas, para cada tamaño de partículas por lo menos tres veces, luego cambiar el tamaño de las muestras.

- Cambiar la temperatura del agua y repetir el procedimiento.

- PROCEDIMIENTO DE GABINETE

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

- Calcular las velocidades de caída, éstas serán las velocidades de caída experimentales, y colocar en otra columna, calcular el número de Reynolds de la partícula con la viscosidad correspondiente a la temperatura del agua registrada y registrar en otra columna.

- Con la ecuación de Stokes y los datos de la práctica preparar otra columna, ésta para las velocidades de caída teóricas.

- PRESENTACION DE LOS RESULTADOS

- Presentar los resultados en forma tabulada.

- Representar gráficamente la relación “D” versus “w” experimental, sobre el gráfico adjunto.

- Sobre el Gráfico anterior, también, colocar los datos obtenidos con la relación de Stokes. (Velocidades Teóricas)

- Discutir los resultados.

- CUESTIONARIO

- Encontrar la velocidad límite de una esfera de diámetro D = 0.8 mm y densidad media

ρs = 13.6 gr/cm³, que cae en el aire de densidad ρa = 1.26 gr/cm³ y viscosidad igual a 1.425 x 10-5 m2/s.

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

1.14 x 10-3 N s/m2 y densidad de 999.1 Kg/m3.

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