Perdida de Carga en Tuberias - Upla-VII-C2

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

CURSO : Laboratorio de Mecánica de Fluidos

CATEDRATICO : Dr. Mario Miguel Huatuco Gonzales

ALUMNOS :

- Chávez Ortega, Elizabeth Rocío

- Vásquez Garay Torres, Heidi

- Huamani Cabezas, Raúl Delfín

CICLO : VII

SECCION : C2

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS


INTRODUCCIÓN

El presente informe describe el trabajo desarrollado en el laboratorio de

mecánica de fluidos sobre “PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS”, cuyo objetivo

es determinar la perdida de carga de un flujo laminar y turbulento en una tubería

y en base a ello realizar los gráficos correspondientes para contrastar la teoría

con la práctica.

La pérdida de carga está relacionada con otras variables fluido dinámicas según

el tipo de flujo laminar o turbulento.

Al realizar el trabajo se puede observar que en el régimen laminar los

esfuerzos cortantes se pueden hallar en función de la distribución de velocidad y

en el flujo turbulento se puede comprobar que la dependencia entre los

esfuerzos cortantes y la velocidad es aproximadamente cuadrática.

Como se puede comprobar en el trabajo de laboratorio de fluidos con el

equipo de Edibon FME 07, el flujo de un líquido en una tubería viene

acompañado de una perdida de energía y en el caso de tuberías horizontales la

perdida de carga se manifiesta como una disminución de presión en el sentido

del flujo.

Según el ejercicio desarrollado se puede comprobar que el régimen

turbulento el factor de fricción depende además de Re y de la rugosidad relativa.

Siendo una necesidad para la formación profesional de todo Ingeniero Civil

esperamos contribuir en el desarrollo de este tema de importancia.

Los alumnos.



PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS

1. OBJETIVO

OBJETIVO GENERAL

Determinar la pérdida de carga de un flujo laminar y turbulento en una

tubería de hierro galvanizado.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Graficar pérdida de carga (hL) Vs caudal (Q)

- Graficar factor de fricción (f) Vs Número de Reynolds (Re )

2. MARCO TEÓRICO

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún dispositivo,

ocurren pérdidas de energía debido a la fricción interna en el fluido. Como se

indica en la ecuación de la energía, tales pérdidas de energía traen como

resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo. En

la ecuación general de la energía:

El término hL se define como la energía perdida por el sistema. Un

componente de la pérdida de energía se debe a la fricción en el fluido en

movimiento. La fricción es proporcional a la cabeza de velocidad del flujo y al

cociente de la longitud entre el diámetro de la corriente de flujo, para el caso de

flujo en conductos y tubos. Lo anterior se expresa de manera matemática en la

ecuación de Darcy:



Dónde:

hL= pérdida de energía debido a fricción (N.m/N,m,lb-pie/lb,pie)

L = longitud de corriente de flujo (m o pie)

D= diámetro del conducto (m o pie)

V= velocidad del flujo promedio (m/s o pie/s)

f= factor de fricción (adimensional)

La ecuación de Darcy se puede utilizar para calcular la pérdida de energía

en secciones largas y rectas de conductos redondos, tanto para flujo laminar

como turbulento. La diferencia entre los dos está n la evaluación del factor

fricción f, que carece de dimensiones

3. MATERIALES UTILIZADOS

Equipo Edibón FME 07

Un cronómetro

Un termómetro

Probeta de 1000 ml

Probeta de 500 ml

Banco hidráulico

4. DATOS DEL EQUIPO

L= 500 mm

D= 4 mm



5. PROCEDIMIENTO

- Preparar el equipo de prueba en el banco hidráulico.

- Con el nivel de burbuja, ajustar los piecitos para asegurar que la placa esté

horizontal.

- Verificar que los manómetros estén de manera vertical.

Para Flujo laminar:

Poner V1 y VT1 en posición laminar

Prepare el manómetro de agua

Poner en marcha la bomba y abrir cuidadosamente la válvula de flujo del

banco o grupo.

Llenar el tanque superior de agua hasta una altura constante, hasta que

rebose el agua estando abierto la V2 del aparato.

Abrir completamente la válvula de control V2 para preparar el tubo de

prueba y el resto de los conductos.

Utilizar la válvula de tres vías del manómetro de agua, para permitir que

ésta circule por todo los conductos hasta que todo el aire haya sido

expulsado.

Seleccione el manómetro de agua con VT2 y VT3.

Para conseguir el máximo caudal, abrir completamente la válvula V2 del

aparato.

Repetir la operación anterior para distintas posiciones de la válvula de

control.



Para Flujo Turbulento:

Poner V1 cerrado y VT1 en posición turbulento.

Cerrar la válvula de control del grupo o banco hidráulico y arrancar la

bomba.

Abrir completamente la válvula de control V2 para preparar el tubo de

prueba y el resto de los conductos.

Utilizar las válvulas de tres vías VT3 del manómetro de agua, para permitir

que esta circule por todo los conductos hasta que todo el aire sea

expulsado.

Seleccionar los manómetros de Bourdon con VT2 y VT3, para altas

presiones.

Una vez preparado el equipo se procede a la toma de datos.

Para conseguir el caudal, abrir completamente la válvula V2 del equipo.

Tomar las lecturas en los manómetros

Mediante la probeta graduada medir el volumen y el tiempo con el

cronómetro.

Medir la temperatura del agua.

6. DATOS TOMADOS EN LA PRACTICA

6.1. Flujo laminar


A. DATOS

N° he (mm) hs (mm) Volumen ml Tiempo (s)

1 319 252 200 482 349 271 200 433 434 301 200 304 458 291 200 295 477 283 200 26


6.2. Flujo turbulento

7. CALCULOS

RECOLECCION DE DATOS

7.1. Flujo laminar


A. DATOS

N° he (bar) hs (bar) Volumen ml Tiempo (s)

1 2.48 2.45 500 272 2.35 2.25 500 183 2.24 2.09 500 154 2.16 1.95 500 135 2.06 1.81 500 126 1.65 1.19 500 8

A. DATOS

N° he (mm) hs (mm)Volumen ml

Tiempo (s)

1 319 252 200 482 349 271 200 433 434 301 200 304 458 291 200 295 477 283 200 26


7.2. Flujo turbulento

8. PROCEDIMIENTO DE CALCULOS

8.1. FLUJO LAMINAR

Datos:

T°= 27° °C

= 9771.82 N/m³

μ= 0.000857 N.S/m²

g = 9.806 m/s²

D= 0.004 m

L= 0.5 m

Dónde: T°= temperatura.

= peso especifico

g = gravedad

= coeficiente de fricción

D = diámetro

L = longitud de corriente o flujo


A. DATOS

N° he (bar) hs (bar) Volumen ml

Tiempo (s)

1 2.48 2.45 500 272 2.35 2.25 500 183 2.24 2.09 500 154 2.16 1.95 500 135 2.06 1.81 500 126 1.65 1.19 500 8


Formulas a usar:

Donde:

Q =caudal

= Volumen

V = Velocidad

A = Área

D = Diámetro

Re= Reynolds



CALCULOS CON EL PRIMER DATO:

Caudal:

Velocidad

Numero De Reynolds:

8.2. FLUJO TURBULENTO:

T= 27°C °C

= 9771.82 N/m³

μ= 0.000857 N.S/m²

g= 9.806 m/s²

D= 0.004 m

L= 0.5 m

Dónde: T°= temperatura.

= peso especifico

g = gravedad

= coeficiente de fricción

D = diámetro

L = longitud de corriente o flujo

Formulas a usar:


N° he (mm) hs (mm)hL=he-hs

(mm)Q (m³/s) V (m/s) Re

1 319 252 67 4.1667E-06 0.332 1544.192 349 271 78 4.6512E-06 0.370 1720.933 434 301 133 6.6667E-06 0.531 2469.774 458 291 167 6.8966E-06 0.549 2553.505 477 283 194 7.6923E-06 0.612 2846.52


Q =caudal

= Volumen

V = Velocidad

A = Área

D = Diámetro

Re= Reynolds

f = factor de fricción

CALCULOS CON EL PRIMER DATO:

Caudal:

Velocidad:

Numero de Reynolds:

Factor de fricción:

9. RESULTADOS

9.1. REGIMEN LAMINAR

a. Procesamiento de Datos:

b. Gráfico:



9.2. REGIMEN TURBULENTO

a. Procesamiento de Datos:

b. Gráfico:


N° he (bar) hs (bar)hL=he-hs

(m.c.a) *6.8 Q (m³/s) V (m/s) Re f

1 2.48 2.45 0.204 1.8519E-05 1.474 6855.83 0.015 2 2.35 2.25 0.680 2.7778E-05 2.210 10279.10 0.022 3 2.24 2.09 1.020 3.3333E-05 2.653 12339.57 0.023 4 2.16 1.95 1.428 3.8462E-05 3.061 14237.25 0.024 5 2.06 1.81 1.700 4.1667E-05 3.316 15423.30 0.024 6 1.65 1.19 3.128 6.2500E-05 4.974 23134.95 0.020


CONCLUSIONES

A partir de la práctica del laboratorio se determinó la pérdida de carga

del flujo laminar y turbulento en donde se determinó que las pérdidas

en flujo turbulento son mayores que en los de flujo laminar; ello

debido a que en el caso de flujo laminar, las diferentes capas del

fluido discurren ordenadamente, siempre en dirección paralela al eje

de la tubería y sin mezclarse, siendo el factor dominante en el

intercambio de cantidad de movimiento la viscosidad. En flujo

turbulento, en cambio, existe una continua fluctuación tridimensional

en la velocidad de las partículas, que se superpone a las



componentes de la velocidad. Este es el fenómeno de la turbulencia,

que origina un fuerte intercambio de cantidad de movimiento entre las

distintas capas del fluido, lo que da unas características especiales a

este tipo de flujo.

Del mismo modo se realizaron los respectivos cálculos y graficos en

los cuales a partir del flujo turbulento se determinó el factor de fricción

de cada dato; los cuales fluctúan entre 0.015 a 0.024; los cuales

dependen directamente del número de Reynolds y la rugosidad del

material.

RECOMENDACIONES

Se recomienda hallar el régimen laminar en forma analítica debido a

las características que presenta y no debe resolverse en forma

analítica en régimen turbulento.

Se recomienda realizar mayor cantidad de ensayos para obtener

datos más confiables y con mayor exactitud en los caculos realizados.



BIBLIOGRAFÍA

- Robert L. Mott (1996): “Mecánica de fluidos aplicada”. 4° edición.

Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. Edo de México.

- Manual Edibón FME 07.


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