6TO CICLO

16-9-2015

CAPILLO MINAYA ARNOLD ENCISO POLO BRANDON HUAMAN TORREJON DAVI JERSON VILLENA MURGA HENRY

MECANICA DE FLUIDOS I

PIEZOMETRO EN TANQUE ELEVADO

ING.HUGO ROJAS

PIEZOMETRO EN UN TANQUE ELEVADO

TANQUE ELEVADO:

Generalmente al elegir un tanque de agua para el domicilio el usuario busca que el producto conserve el líquido en condiciones, protegiendo el reservorio de insectos, bacterias, hongos, olores y sabores extraños. A su vez, es importante que el tanque resulte fácil de limpiar. Para lograr todas esas ventajas, desde hace tiempo las marcas especializadas trabajan con materiales que le confieren al producto la resistencia y el aislamiento térmico necesarios para mantener el agua excelente condiciones. Los tanques comúnmente instalados en los domicilios tiene la función de servir de reserva en caso que fallaste el servicio de agua público y para mantener la presión de sistema.

Consideraciones de Diseño de tanques de Uso familiar

1. El nivel del fondo del tanque debe estar como mínimo a 2.50 m del artefacto más desfavorable, que en una vivienda es la flor de la ducha.

2. Debe ubicarse de manera cercana a los núcleos sanitarios para optimizar el tendido de la instalación, sin dejar de lado los aspectos estructurales y estéticos de la volumetría de la vivienda

.3. Del tanque de agua sale el COLECTOR, compuesto como mínimo por 2bajadas:

a) Una es para suministrar agua al resto de los artefactos sanitarios, como lo son por ejemplo el inodoro, la bañadera, el bidet, los lavatorios, el lavarropas y la pileta del lavadero, entre otros.

b) La segunda bajada es para materializar la válvula de limpieza que permite realizar el mantenimiento del Tanque de Reserva, ya que como no es completamente hermético, en su interior se generan sedimentaciones varias y pequeños microorganismos, que deben ser quitados periódicamente

.4. Para calcular la Capacidad del Tanque de almacenamiento de Reserva de agua potable se estima un consumo diario per cápita de 200 litros, teniendo en cuenta que un núcleo familiar básico se compone de 4 personas, la capacidad mínima de un Tanque de Reserva para una vivienda debe ser de 800 litros, dependiendo la dimensión final de la marca comercial que generalmente oscila entre 450 a2500 litros.

VASOS COMUNICANTES:

Fundamentos físicos

Dos recipientes de secciones S1 y S2 están comunicados por un tubo de sección S inicialmente cerrado. Si las alturas iniciales de fluido en los recipientes h01 y h02 son distintas, al abrir el tubo de comunicación, el fluido pasa de un recipiente al otro hasta que las alturas h1 y h2 del fluido en los dos recipientes se igualan.

Si h01>h02, la altura h1 del fluido en el primer recipiente disminuye y aumenta la altura h2 en el segundo recipiente. La cantidad total de fluido no cambia, de modo que

S1h1+S2h2=S1h01+S2h02=(S1+S2)heq

Donde heq es la altura final de equilibrio.

Vamos ahora a deducir la función que describe la evolución de la altura h1 o h2 con el tiempo t.

El teorema de Torricelli afirma que la velocidad de salida del fluido por un orificio situado en el fondo de un recipiente es

Siendo h la altura del fluido en el recipiente por encima del orificio

Si ahora tenemos dos depósitos conectados, podemos describir el comportamiento de los vasos comunicantes suponiendo que la velocidad del fluido en el tubo de comunicación es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de alturas que alcanza el fluido en ambos recipientes.

La cantidad de fluido que sale del primer recipiente a través del tubo que comunica ambos recipientes en la unidad de tiempo es vS, y en el tiempo dt será vSdt.

La disminución de la altura h1 en el primer recipiente se expresa del siguiente modo

Escribiendo h2 en función de h1, podemos integrar fácilmente esta ecuación

Se alcanza la altura de equilibrio heq después de un tiempo t que se calcula poniendo en la ecuación precedente h1=heq.

Sirven para demostrar que la presión hidrostática sólo depende de la altura. En nuestro caso consta de cuatro recipientes de vidrio de diferente capacidad y forma unidos en su parte inferior por un tubo metálico que va cerrado por uno

de los extremos. Al verter el líquido en uno cualquiera de los vasos se observa que en todos ellos alcanza la misma altura.

TEORIA

Galileo dedujo lo siguiente: cuando vertemos un mismo fluido dentro de varios vasos de diferentes formas comunicados entre sí, la altura que alcanza el fluido es la misma para todos ellos. Sin embargo si a los vasos echamos líquidos diferentes, las alturas que ocupan los líquidos es la siguiente. El más denso de todos estará abajo y el más ligero ocupará la altura más alta. En medio los demás según razón

Aplicaciones

Los canales entre ríos o entre mares son cursos de agua que unen ríos o mares. Funcionan en compartimentos o puertas herméticas que hacen posible el llenado o vaciado del agua. Esto sirve para vencer los distintos niveles de agua

Las instalaciones municipales suelen aprovechar este principio de vasos comunicantes para suministrar

En el baño es imprescindible usar el sifón que sirve para trasvasar agua y aislar.

Materiales

Balde transparente de 8 lt. Tubo PVC de ½” Silicona en barra Pistola de silicona Sierra Tubo transparente Caño Acoplamiento PVC en “T”

Procedimiento

Se cortó el tubo en dos trozos de 30 cm Se realiza un orificio en la parte inferior del balde, de un diámetro mayor a ½” Con la silicona se pega el contorno del orificio con el primer tramo de tubo

cortado Una vez asegurado bien este primer tramo de tubo, al otro extremo se enrosca

un acoplamiento en T A los otros dos extremos se le enrosca el tubo transparente y el otro tramo del

tubo PVC, asegurando las uniones con silicona para evitar fugas Por último se asegura el caño al extremo del segundo tramo de tubo PVC.

RECOMENDACIONES Para realizar el experimento se recomienda cerrar herméticamente la tapa del

tanque lleno de agua usado. Los piezómetros de preferencia serán de material transparente para observar

el fenómeno de presiones. Evitar cualquier tipo de fugas de agua para que este no altere el experimento.

CONCLUSIONES Se concluye que un piezómetro adquiere la misma altura “h” de agua que el

tanque cerrado (manómetro), cuando el fluido esta estático ósea el agua no tiene velocidad alguna.

Se deduce también que si el agua tuviera velocidad (descarga), entonces el nivel de agua en el piezómetro disminuye.

Los piezómetros ayudan a romper el vacío en tanques elevados ya que mediante estos se libera el aire del tanque.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

-Por el principio general de la hidrostática se comprueba que cuando la llave está

cerrada el fluido en estado estático tiene el mismo nivel en el piezómetro y en el

balde(el cual representa el tanque elevado) Esto se da porque la presión en ambos

lados es la misma independiente de la forma del recipiente que la contenga.

-Cuando abrimos la llave se observó que el nivel que desciende el agua en el balde es

diferente al nivel de descenso del agua en el piezómetro debido a que se cumple el

principio de energía de la termodinámica (la energía no se crea ni se destruye, solo se

transforma). Al principio como el fluido esta estático, en el tanque se tiene una energía

potencial , la cual al accionarse la llave se convierte en energía cinética cuando el fluido

se desplaza por la tubería con una velocidad V y observamos que el nivel del agua en el

tubo piezométrico es menor que en el tanque, esto es debido a que parte de la energía

potencial se pierde cuando el fluido roza con las paredes de la tubería.

- El tubo piezometrico ayuda a un sistema de tanque elevado en la forma que cuando

se abre la llave se eliminan los vacios de aire en la tubería lo que hace que el fluido

fluya mas eficientemente, esto se logra debido a que el aire tiene menor densidad que

el agua y por eso asciende a la atmosfera gracias al tubo piezometrico.

-Gracias al Principio Fundamental de la Hidroestatica y a la propiedad de la densidad,

los tubos piezometricos son muy utililes ya que nos ayudan a medir el nivel de agua en

un tanque elevado con una simple observación además de que ayudan a que el agua

fluya mas eficientemente.

ANEXOS

Momento preliminar al ensayo: el sistema está

vacío.

Es llenado el tanque de almacenamiento, con agua.

Observamos que al estar el fluido en un estado estático, la altura de la columna de agua en el

piezómetro esta al mismo nivel que la del tanque.

Finalmente observamos que al abrir la válvula el

fluido cambia a un estado dinámico, y la altura de la

columna de agua en el piezómetro es menor que

la del tanque.

BIBLIOGRAFIA

Rojas Rubio Hugo, “MANUAL DE MECANICA DE FLUIDOS I”, 2da edición, 2010.

http://oa.upm.es/6531/1/amd-apuntes-fluidos.pdf

http://repositorio.pucp.edu.pe/index/bitstream/handle/123456789/7140/ Medina_Fisica2_Cap4.pdf?sequence=5

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del 

material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. Sexta edición. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886, página 89