Flujo Interno 2

7/27/2019 Flujo Interno 2

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INDICE

INTRODUCCIN ........................................................................................................ 4

OBJETIVOS ............................................................................................................... 5

FUNDAMENTO TERICO ......................................................................................... 6

INSTRUMENTOS Y MATERIALES .............................Error! Bookmark not defined.

PROCEDIMIENTO ......................................................Error! Bookmark not defined.

DATOS ..................................................................................................................... 19CLCULOS Y RESULTADOS .................................................................................. 20

OBSERVACIONES ................................................................................................... 25

CONCLUSIONES ..................................................................................................... 26

BIBLIOGRAFA ......................................................................................................... 27


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INTRODUCCIN

Los conocimientos adquiridos durante la carrera de ingeniera son base fundamental para afrontarlos diversos problemas a lo largo de nuestra vida profesional, adems de ello debemos tener lacapacidad de manejar con criterio ciertas circunstancias como asumir para una condicin dada undeterminado modelo matemtico ideal que nos permita interpretar el fenmeno en cuestin y nosbrindar respuestas aproximadas con las cuales trabajar, disear, tomar decisiones.

Uno de los campos de estudio ingenieriles corresponde a la mecnica de fluidos, siendo de vitalimportancia debido a la amplia difusin de los fluidos en la industria.

Es por tanto necesario conocer y saber resolver de la manera ms ptima los problemas queconllevan su utilizacin tales como: prdidas por friccin y medicin de caudales.

El presente informe permitir analizar experimentalmente los efectos producidos por las cadas depresin en las tuberas, para lo cual nos valemos de un ducto de ventilacin acondicionado paranuestros requerimientos. La toma de datos experimentales se apoya en el estudio previo demedicin presin desarrollado en el laboratorio de ingeniera mecnica I.

Adems comprobaremos las relaciones empricas y la validez de grficas experimentales como lade Moody aplicadas al estudio de flujos turbulentos y laminares. La corriente de aire ser generada

por un ventilador dentro del sistema de ductos. Para obtener el perfil de velocidades generado enel ducto usaremos un tubo de Pitot que estar montado en la descarga del ducto.

Habiendo descrito el panorama de trabajo a grandes rasgos damos inicio al informe N4 dellaboratorio de Mecnica que lleva por ttulo Flujo Interno, en el cual se pretenden despejar

muchas dudas y formular criterios que nos permitirn desenvolvernos adecuadamente en nuestraactividad profesional.


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OBJETIVOS

Determinar experimentalmente las prdidas de energa de presin que afectan el flujo deun fluido a travs de sistemas de ductos.

Contrastar las tablas que caracterizan a los materiales utilizados en la fabricacin de losductos contra los valores obtenidos en el laboratorio.

Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de Mecnica de Fluidos, plantandoprocedimiento y explicaciones coherentes a los fenmenos analizados y resultadosobtenidos.

Conocer nuevas formas de caracterizar las prdidas de energa en ductos y verificar suexactitud.

Si los resultados experimentales difieren en gran medida de los esperados tericamentedebemos estar en al capacidad de identificar las fuentes de error y explicarsatisfactoriamente su causa.


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P. Total

FUNDAMENTO TEORICO

PRESIN ESTTICA, DE VELOCIDAD Y TOTAL

La presin generada por un fluido la cual no es ejercida por el movimiento o velocidad de este, esllamada presin esttica.

La presin de velocidad se manifiesta en una fuerza que ofrece un fluido en movimiento, sobre el

rea perpendicular a la direccin de su movimiento.

La presin total es la suma de la presin esttica y la de velocidad ejercida en una superficie

perpendicular al desplazamiento del fluido. Se mide mediante un tubo de impacto.

TIPOS DE FLUJO:

Flujo laminar.- Es aquel flujo en el cual el fluido se mueve en capas o lminas, deslizndose una

fina capa sobre la adyacente con solo un intercambio molecular de cantidades de movimiento.

Cierta tendencia hacia la inestabilidad y la turbulencia es frenada por las fuerzas de cortadura

viscosas que resisten los movimientos relativos de las capas de fluidos adyacentes.

Flujo turbulento.- En cambio tiene un movimiento de partculas de fluidos muy errtico, con un

violento intercambio transversal de cantidades de movimiento. La naturaleza del flujo, es decir, el

que sea laminar o turbulento y su posicin relativa en una escala que indica la importancia relativa

de la tendencia a que sea laminar o turbulento, se expresa por el N de Reynolds:


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5

Lneas de Alturas Piezomtricas y de Alturas Totales

Los conceptos de lneas de altura piezomtricas y de altura totales son tiles en el anlisis de

problemas complejos de flujo. Si en cada punto a lo largo de un sistema de tuberas se determina

el valor de y se lleva verticalmente hacia arriba desde el centro de la tubera, el lugar de los

puntos extremos es la lnea de altura piezomtricas. Con ms generalidad, si se hace la suma

Y se lleva grficamente como ordenada, tomando como abscisa la longitud de la tubera se

obtienen la lnea de altura piezomtricas.

La lnea de altura piezomtricas es el lugar de las alturas a las que subira el lquido en tubos

verticales conectados a agujeros piezomtricos situados en la tubera. Cuando la presin en la

conduccin es menor que la atmsfera es negativa y la lnea de altura piezomtricas est por

debajo de la tubera.

La lnea de altura total es la lnea que une la serie de puntos que sealen la energa total en cada

punto de la tubera tomada como ordenada, llevada en correspondencia a la longitud de la tubera

tomada como abscisa. Es el grafico de


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6

Para cada punto de la conduccin. Por definicin, la lnea de alturas totales est siempre

verticalmente por encima de la lnea de alturas piezomtricas a una distancia de

depreciando el factor de correccin de la energa cinemtica.

Las Lneas de Alturas piezomtricas y totales se representan en la figura para una tubera sencilla

que contiene una entrada en arista viva, una vlvula y una boquilla al final de la conduccin. Para

construir estas lneas, cuando se da la superficie del depsito, es necesario primeramente aplicar

la ecuacin de la energa desde el dispositivo hasta la salida, incluyendo todas las prdidas

menores, as como las prdidas por rozamiento en las paredes de la tubera y despejar entonces la

altura de velocidad

Despus para encontrar la altura piezomtrica en cualquier punto,

incluyendo todas las prdidas entre los 2 puntos. En la ecuacin de la energa se despeja

que se lleva al grfico por encima del origen arbitrario. Para encontrar la lnea de alturas totales en

el mismo punto se despeja en la ecuacin

que se lleva al grfico a partir del origen

arbitrario.

CLCULO GRFICO DE LA VELOCIDAD MEDIA

Mediante el tubo de Pitot en una seccin circular a lo largo del dimetro medimos las presiones de

velocidad y luego lo pasamos a unidades de velocidad.

Para una seccin cualquiera: dQ = V dA


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7

AA rvdrdrVQ2

2

Como tambin se cumple: Q = Vm A = Vm R2

Igualando:

2

22

R

rdvVm

r

o

Si graficamos las velocidades en funcin de r2:

El rea bajo la curva es:

rea = 2

2

0

2r

rdV

Luego en 2:

Vm =2

2 R

diagramaArea

Y el caudal puede hallarse de:

2RVQ m

CAUDAL EN EL TUBO DE PITOT

El tubo de Pitot como se mencion permite calcular el caudal gracias a que nos permite tener la

velocidad:


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8

hg

VPP estticototal

2

2

Luego la velocidad en el punto donde se realiza la medicin es:

hgV 2

Como el manmetro contiene un fluido diferente al que circula; debe convertirse el en una altura

equivalente de fluido.

La velocidad hallada se afecta de un coeficiente de calibracin C para el tubo; pero como 0.98 10:30 A.M

Este laboratorio consiste en medir el flujo de un fluido a travs de los distintos mtodos que hay

para este.

PARA EL ENSAYO EN EL BANCO DE TUBERIAS

a.- Primero accionamos la bomba hidrulica para hacer correr al flujo del lquido (agua).

b.- Abrimos la primera llave del banco de tuberas (con sumo cuidado).

c.- En el extremo opuesto obtenemos de 3 a 5 medidas del caudal, los cualespromediaremos. Estos caudales, se obtienen midiendo el intervalo de volumen (que es de5 litros), junto a un cronmetro para medir el tiempo que fluye ese intervalo de volumen,promediando estos valores.

d.- Medimos la distancia entre los puntos en los cuales haremos la medicin (L=140``).

e.- Medimos la prdida de presin en los extremos del codo respectivo (secundarias).

f.- Medimos la prdida de presin en los extremos de la tubera (primarias).

g.- Repetimos los procedimientos para el resto de tuberas a los dimetros respectivos(manteniendo la bomba encendida).

h.- Repetimos la experiencia para tres valores de caudal promedio diferentes, para losdimetros respectivos de las tuberas (que son 3 tipos).

.

Sistema de tuberas recipiente para medir volumen de agua


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PARA EL ENSAYO EN EL SISTEMA DE DUCTOS

a.- Se enciende el ventilador centrifugo(mediante un motor elctrico) para accionar

el flujo de aire en el ducto de succin ydescarga.

b.- Calibrar el manmetro inclinado pararealizar la medicin de las alturas de presin.

c.- Conectar los ductos del manmetroinclinado a cada una de las boquillas del largodel ducto de aire (ya sea para la zona desuccin y de descarga).

d.- Luego de hacer las conexiones, se tomarnlos datos de las alturas para cada boquilla delducto de aire (son 8 en la succin y 11 en ladescarga).

a) 4.2.- Medicin de la altura de la presin de velocidad.

a.- Se debe calibrar el micro-manmetro diferencial para realizar lamedicin de las alturas de presin develocidad. Procurar que el meniscosuperior del agua colorada este bienposicionada.

b.- Conectar los ductos de presinesttica y total (desde las manguerasdel micro-manmetro diferencial).

c.- Regular la regleta graduada a losdistintos radios del ducto de descargade aire.

d.- Tomar los datos de la posicin (odistancia) con la medida de la presinde velocidad.


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DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Diametro = 1 1/4''

Vol(L) t(s) P(cm Hg)

0.005512556 2.26 66.5

0.005512556 3.25 51.8

0.005512556 4.16 36.3

0.005512556 4.92 23.4

0.005512556 6.53 15.3

Diametro = 3/4''

Vol(L) t(s) P(cm Hg)

0.005512556 2.78 33.5

0.005512556 4.35 24.6

0.005512556 5.57 13.5

0.005512556 7.63 7.7

0.005512556 10.07 4.6

Codo superior

Q(m3/s) H(mH2O) k

9.96E-04 0.1 0.508

4.50E-04 0.02 0.497

3.93E-04 0.016 0.523

0.509

Codo inferior

Q(m3/s) H(mH2O) k

9.96E-04 0.05 0.62

4.50E-04 0.01 0.606

3.93E-04 0.007 0.559

0.595


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Medicin de presiones

PUNTO PRESION(ACEITE)pulgH2O PRESION(DIGITAL)cmH2O PRESION(DIGITAL) SEPARACION

1 -0.64 -16.256 -16.6 0

2 -0.35 -8.89 -9.4 25

3 -0.35 -8.89 -9.1 30.3

4 -0.34 -8.636 -9.3 30.8

5 -0.35 -8.89 -9.3 30.5

6 -0.35 -8.89 -9.2 30.8

7 -0.35 -8.89 -9.2 30.5

8 -0.35 -8.89 -9.3 31

9 -0.25 -6.35 -6.9 61

10 0 0 -6.5 61.3

11 0 0 0 61.3

12 0.02 0.508 0.7 61.4

13 0.02 0.508 0.6 31

14 0.02 0.508 0.4 63

15 0.02 0.508 0.6 28

16 0.02 0.508 0.6 31

17 0.02 0.508 0.6 30

18 0.01 0.254 0.1 30.7

19 0.01 0.254 0.5 30.7

20 0.01 0.254 0.3 60.8

distancia(pulg) h(pulgH2O) Velocidad

2.5 0.181 0.300334793

2.5625 0.185 0.303635275

2.625 0.193 0.310130882

2.6875 0.199 0.314914674

2.75 0.201 0.316493204

2.8125 0.209 0.322730123

2.875 0.213 0.325803812

2.9375 0.22 0.331114119

3 0.222 0.332615778

3.5 0.242 0.347275418

4 0.252 0.3543779

4.5 0.255 0.356481051

5.25 0.25 0.352968837

6.5 0.24 0.345837418

7.5 0.25 0.352968837

8.5 0.245 0.349421322


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CALCULOS Y RESULTADOS

a) Medicin perdidas en las tuberas de agua

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LOS CALCULOS:

Caudal:

Q = Volumen / Tiempo

Velocidad media:

V = Q / A = Caudal / rea

Clculo del Nmero de Reynolds

Clculo del factor de friccinSabemos que:

AGUA

P

g

V

D

LfHf

2

2

LV

gDHff

2

2

Para el tubo de 1

VD=Re

Q(m3/s) V(m/s) Re Hf(m) f

0.002439184 0.03274336 926.8235422 6.78987E-05 0.01111295

0.001696171 0.02276923 644.4988324 5.28895E-05 0.01790141

0.001325134 0.01778846 503.5147128 3.70635E-05 0.02055342

0.001120438 0.01504065 425.7360173 2.38922E-05 0.01853262

0.000844189 0.01133231 320.7689442 1.56218E-05 0.02134561

0

0.00002

0.000040.00006

0.00008

0 0.001 0.002 0.003

PERDIDA

S

CAUDAL

CAUDAL vs PERDIDAS

Series1


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21

Para el tubo de

0

0.0050.01

0.015

0.02

0.025

0 200 400 600 800 1000

F

REYNOLD

REYNOLD vs f

Series1

Q(m3/s) V(m/s) Re Hf(m) f

0.001982934 0.02661871 452.0765191 6.16943E-05 0.0091672

0.001267254 0.01701149 288.9132697 4.53039E-05 0.016482230.000989687 0.01328546 225.6324458 2.48619E-05 0.01483018

0.000722484 0.00969856 164.7146426 1.41805E-05 0.01587238

0.000547424 0.00734856 124.8036468 8.47145E-06 0.01651654

0

0.00002

0.00004

0.00006

0.00008

0 0.001 0.002 0.003

PERDIDAS

CAUDAL

CAUDAL vs PERDIDAS

Series1

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0 200 400 600

F

REYNOLD

REYNOLD vs f

Series1


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b) Ducto de aire

0.29

0.3

0.31

0.32

0.33

0.34

0.35

0.36

0 2 4 6 8 10

distancia()

distancia(pulg)

distancia vs velocidad

Series1

-20

-15

-10

-5

0

5

0 5 10 15 20 25

PRESION

PUNTO

COMPARACIN DE MEDIDAS

Series1

Series2

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

0.0400

0.0450

0.0500

60000.00090000.000120000.000150000.000180000.000

f

Re

f vs Re

f


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OBSERVACIONES

1. Se observ que algunas tomas de presin del ducto, al asomar la palma de la

mano, no conducan ningn flujo. Es decir, al acercar la palma de la mano a la

mayora de los ductos se poda percibir como una corriente de aire que sala de

estos, sin embargo, en unos cuantos no haba tal sensacin. El punto 10 del ducto

de descarga es uno, y se puede notar claramente en la figura 10 como este punto

queda fuera de la tendencia general.

2. Se observa una gran prdida de presin entre los puntos cercanos a la salida del

ventilador. Se presume que pueda encontrarse algn residuo slido dentro del

ducto que este ocasionando este problema.

3. Se observa en las graficas f vs Re, el coeficiente de friccin no sale como se

esperaba.

4. En la experiencia observamos que mientras aumentbamos el dimetro de la

tubera, las perdidas de presin disminuan.

5. Se aprecia en la grafica hf vs Q que las perdidas tienen una tendencia cuadrtica

con respecto al caudal.

6. Se presentaron problemas en la toma de medidas por la presencia de burbujas en

el manmetro.


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CONCLUSIONES

1. Para una tubera, las perdidas de presin son menores mientras se aumenta eldimetro. Por lo tanto se concluye que las perdidas y el dimetro estn

relacionadas inversamente.

2. Para un mismo dimetro, mientras mayor sea el caudal las perdidas son mayores,teniendo una tendencia cuadrticas. Por lo tanto se concluye que al mismodimetro los caudales y las perdidas son directamente proporcionales.

3. El valor de la rugosidad absoluta del material presenta un valor bastante elevado, lo

que nos da una idea de la antigedad del ducto. Se intent hallar en tablas valores

cercanos a este, pero no tuvimos xito, por lo que se confirma que la causa de aquel

valor tan elevado es la antigedad y la falta de mantenimiento de sus paredes

internas.

4. podemos concluir que el modelo con menos error que nos permite caracterizar las

prdidas de altura en una lnea de ductos o tuberas es aquel de la forma

. El modelo basado en la ecuacin de Darcy y la ecuacin de Colebrook en

general presenta buenos resultados, sin embargo, en este caso presenta un error

muy alto.


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BIBLIOGRAFA

Seymour Doolittle, Jesse - Laboratorio del Ingeniero Mecnico. Editorial

Hispano Americana, Buenos Aires, 1971.

Manual de Laboratorio de Ingeniera Mecnica. TOMO I, Profesores de

Dpto. de EnergaFIM.

Mott, Robert - Mecnica de los Fluidos. Cuarta Edicin. Prentice Hall.

Mxico, 1996.

Cea E. Carlos Construccin de un vertedero - Tercera ficha tcnica.

Universidad de Concepcin. Chile.

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