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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
ING CIP MANUEL CASAS VILLALOBOS
VERANO 2015
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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
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ÍNDICE
8. Presentación de los Resultados y Gráficos
9. Cuestionario
10. Conclusiones
11. Recomendaciones
12. Bibliografía
13. Información de Internet
LABORATORIO
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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
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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
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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:
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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
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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
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EQUIPO
Tubo para observación de velocidades decaída.
Termómetro
Cronómetro
Muestras de partículas con granulometría previamente
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.
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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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