Perdida de Cargas en Tuberias

UNIVERSIDAD NACIONAL

SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO MECANICA DE FUIDOS


SANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE CIENCIA AGRARIAS

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL

INGENIERA AGRCOLA

ASIGNATURA: MECNICA DE FLUIDOS

TEMA: PRDIDA CARGA POR FRICCIN EN TUBERAS

DOCENTE: ING. REYES RODRIGUEZ Toribio Marcos

INTEGRANTES:

LOPEZ OLORTEGUI GUNTHER

SEVILLANO ASENCIO NELSON

VIDAL MORENO JAMES

HUARAZ ANCASH- 2014



INTRODUCCION

En el ensayo de este laboratorio vamos a evaluar la perdida de energa que

ocasiona un fluido ya sea laminar o turbulento, al pasar por un conducto que sufre

una variacin de su rea transversal en todo el recorrido. Sabemos que la perdida

de carga atraves de un conducto puede ser local o de friccin, su manejo es

importante para el manejo de la energa. Ahora cuando el flujo es ms viscoso,

habr mayor resistencia al desplazamiento y por ende mayor friccin con las

paredes del conducto, originndose mayor perdidas de carga, si la rugosidad de

las pared es mayor o menor, habr mayores o menores perdidas de carga.

Esta correspondencia entre la viscosidad- rugosidad, se puede apreciar en el

grfico de Moody, que sintetiza las diversas investigaciones realizadas, acerca de

la evaluacin de los diferentes valores de f, para diferentes regmenes de flujo.



OBJETIVOS

Observar y estudiar las prdidas de energa por friccin en las tuberas

Estudiar en forma sistemtica las prdidas de carga lineal en conductos

circulares, obteniendo una gama de curvas que relacionan los coeficientes

de prdidas de carga "f" en funcin del nmero de Reynolds.

Estudiar las prdidas de cargas debido a los accesorios (singularidades)

que se instalan en un tramo de la tubera.



MARCO TERICO

PRDIDAS DE CARGA

La prdida de carga en tuberas son de dos clases: primarias y secundarias.

Las perdidas primarias son las prdidas de la superficie, en el contacto del fluido

con la tubera (capa limite), rozamiento de unas capas de fluidos con otras

(Rgimen laminar) o de las superficies del fluido entre s (Rgimen turbulento).

Tienen lugar en un flujo uniforme, por lo tanto en tuberas de seccin constante.

Las perdidas secundarias son las prdidas de forma, que tienen lugar en la

transiciones (estrechamiento o expiacin de corriente), codos, vlvulas, y en toda

clase de accesorios de tuberas. Si la conduccin es larga como en oleoductos o

gaseoductos, las perdidas secundarias tienen poca importancia, pudiendo a veces

despreciarse, o bien se tienen en cuenta al final.

ECUACION GENERAL DE LAS PRDIDAS DE LAS PRDIDAS PRIMARIAS:

ECUACION DE DARCY WEISBACH.

Los manuales de Hidrulica estn llenos de tablas, curvas, bacos y nomogramas

para el clculo del trmino Hr1-2 que es preciso utilizar con precaucin. Hay

tablas, por ejemplo, que solo sirven para las tuberas de fundicin. En estas tablas

no se menciona para nada la rugosidad porque es un factor de constante en las

tuberas de fundicin; pero sera errneo utilizar estas tablas, por ejemplo,

para perdida de carga en tuberas de uralita. Ya a fines del siglo pasado

experimentos realizados con tuberas de agua de dimetro constante demostraron

que la perdida de carga era directamente proporcional al cuadrado de la velocidad

media en la tubera y a la longitud de la tubera e inversamente proporcional al

dimetro de la misma. La frmula fundamental que expresa lo anterior es la

siguiente:



f = f (L / D) (v2/ 2g)

En funcin del caudal, la expresin queda de la siguiente forma:

f = 0,0826 f (Q2/D5) L

Dnde:

f : prdida de carga o de energa (m)

f: coeficiente de friccin (adimensional)

L: longitud de la tubera (m)

D: dimetro interno de la tubera (m)

v: velocidad media (m/s)

g: aceleracin de la gravedad (m/s2)

Q: caudal (m3/s)

El factor f, es obviamente adimensional y depende de la rugosidad k, la cual,

como se explica puede expresarse en unidades de longitud (m). De lo dicho se

deduce que

f = f (v,D,,n,k )

Esta frmula sirve para cualquier flujo en cualquier condicin, pero tiene el

inconveniente de que la determinacin del factor de friccin f es compleja, pues

depende de varios factores como el tipo de flujo o la rugosidad de la tubera.

DIAGRAMA DE MOODY

La ecuacin de Poiseuille junto con la ecuacin de Colebrook White permiten el

clculo del coeficiente f en todos los casos que pueden presentarse en la prctica

Dichas ecuaciones pueden programarse para la resolucin de los problemas

pertinentes con ordenador. Las mismas ecuaciones se representan grficamente

en el baco conocido con el nombre de diagrama de Moody, que se representa en

el anexo, en la parte posterior.



Caractersticas del diagrama de Moody:

Esta construido en papel doblemente logartmico.

Es la representacin grfica de dos ecuaciones :

La ecuacin de Poiseuille , esta ecuacin en papel logartmico es una recta. La

prolongacin dibujada a trazos es la zona crtica; en esa zona solo se utilizara la

recta de Poiseuille si consta que la corriente sigue siendo puramente laminar.

De lo contrario f puede caer en cualquier punto (segn el valor de Re) de la

zona sombreada (la zona critica es una zona de incertidumbre) .

La ecuacin de Colebrook White. En esta ecuacin f = f( Re, k/D ), o sea f es

funcin de dos variables . Dicha funcin se representa en el diagrama de Moody

por una familia de curvas, una para cada valor del parmetro k/D . Estas curvas

para nmeros bajos de Reynolds coinciden con la ecuacin de Blasius y la primera



ecuacin de Karman- Prandtl es decir son asintticas a una u otra ecuacin y se

van separando de ellas para nmeros crecientes de Reynolds. Esto se representa

en el esquema simplificado del diagrama de Moody .Es un diagrama adimensional,

utilizable con cualquier sistema coherente de unidades. Incorpora una curva de

trazos, que separa la zona de transicin de la zona de completa turbulencia. Esta

curva de trazos es convencional (en realidad las curvas son, como ya se han dicho

asintticas).Los valores de k que se necesiten para leer

este diagrama pueden obtenerse de la tabla siguiente.

Los valores de la tabla son un tanto imprecisos, por lo cual el valor de f obtenido,

que puede tener un error de+-5% en tuberas lisas, puede llegar a +-10% en

tuberas rugosas. De ordinario no se necesita ms precisin. En muchos

problemas puede obtenerse una primera aproximacin haciendo f = 0.02 a 0.03.

En un tubo rectilneo la influencia del cambio de seccin se hace sentir hasta un

recorrido igual a 10 veces el dimetro (60 veces si el flujo es laminar). El clculo

de f es, pues menos preciso aun si la tubera es corta.



TUBO DE VENTURI

El Tubo de Venturi fue creado por el fsico e inventor italiano Giovanni Battista

Venturi (1.746 1.822). Fue profesor en Mdena y Pava. En Paris y Berna,

ciudades donde vivi mucho tiempo, estudi cuestiones tericas relacionadas con

el calor, ptica e hidrulica. En este ltimo campo fue que descubri el tubo que

lleva su nombre. Segn l este era un dispositivo para medir el gasto de un fluido,

es decir, la cantidad de flujo por unidad de tiempo, a partir de una diferencia de

presin entre el lugar por donde entra la corriente y el punto, calibrable, de mnima

seccin del tubo, en donde su parte ancha final acta como difusor.

El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una prdida de presin al pasar

por l un fluido. En esencia, ste es una tubera corta recta, o garganta, entre dos

tramos cnicos. La presin vara en la proximidad de la seccin estrecha; as, al

colocar un manmetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la

cada de presin y calcular el caudal instantneo, o bien, unindola a un depsito

carburante, se puede introducir este combustible en la corriente principal. Las

dimensiones del Tubo de Venturi para medicin de caudales, tal como las

estableci Clemens Herschel, son por lo general las que se indica en el

Laboratorio. La entrada es una tubera corta recta del mismo dimetro que la

tubera a la cual va unida. El cono de entrada, que forma el ngulo a1, conduce

por una curva suave a la garganta de dimetro d1. Un largo cono divergente, que



tiene un ngulo a 2, restaura la presin y hace expansionar el fluido al pleno

dimetro de la tubera. El dimetro de la garganta vara desde un tercio a tres

cuartos del dimetro de la tubera. La presin que precede al cono de entrada se

transmite a travs de mltiples aberturas a una abertura anular llamada anillo

piezomtrico. De modo anlogo, la presin en la garganta se transmite a otro

anillo piezomtrico. Una sola lnea de presin sale de cada anillo y se conecta con

un manmetro o registrador.

REGMENES DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Laminar y turbulento:

En los fluidos reales, la existencia de la viscosidad hace que aparezca una

resistencia al movimiento entre dos capas contiguas de fluido, esta influencia

dinmica de la viscosidad en el movimiento viene definida por el nmero de

Reynolds:

Se comprob que a velocidades bajas (inferiores a la crtica) el flujo era laminar.

Este rgimen se caracteriza por el deslizamiento de capas cilndricas concntricas

una sobre otra de manera ordenada, siendo la velocidad del fluido mxima en el

eje de la tubera, disminuyendo rpidamente hasta anularse en la pared de la



tubera. A velocidades mayores que la crtica, el rgimen es turbulento, y la

distribucin de velocidades es ms uniforme, a pesar de ello siempre existe una

pequea capa perifrica o subcapa laminar

Para estudios tcnicos

si R < 2000 el flujo se considera laminar.

si R > 4000 el flujo se considera turbulento

ECUACIONES QUE SE USARAN EN LOS CALCULOS

hf = f.L.V/(D*2*g)

f = Coeficiente de friccin.

L = Longitud del tramo considerado.

D = Dimetro

V = Velocidad media (V = Q/A)

g = Aceleracin de la gravedad.

Re= V*D/

Re = Numero de Reynolds.

V = Velocidad de la Tubera.

= Viscosidad Cinemtica

METODO DE MEDICION DE CAUDALES POR MEDIO DE VERTEDEROS.

Este mtodo se utiliza cuando la corriente posee un caudal tal que no permite usar

otro mtodo y donde las condiciones del terreno lo permitan. Es el ms adecuado

cuando se desea obtener registros de caudal de la corriente por periodos largos.

Consiste en hacer circular la corriente de agua a travs de restricciones de

geometra y perfil conocido, de modo que, por medio de la medicin de un

parmetro, normalmente la altura del agua sobre la cresta superior del vertedero,



es posible cuantificar la cantidad de agua que fluye. Aunque existen distintas

formas de vertederos, solo se especificaran las caractersticas del vertedero

triangular.

VERTEDERO DE REBAJO TRIANGULAR

Este vertedero se utiliza preferentemente para la medicin de pequeos caudales,

inferiores a 300 lts/s (mnimo 3lts/s), en canales de ancho reducido respecto a su

profundidad .Este vertedero de puede apreciar en la siguiente figura

MATERIALES Y EQUIPOS

Equipo: se utilizar un banco de tuberas para un flujo turbulento el cual es un

equipo que est destinado para el estudio de perdida de energas en tres tuberas

diferentes, a travs de los cuales escure el agua preferentemente en rgimen

turbulento

Instalacin:

Un banco de 3 tuberas cuya longitud til para realizar los ensayos es de

aproximadamente 9m. y los dimetros interiores son 80mm, 50mm. y 26mm.



Un reservorio metlico con un controlador de nivel con un difusor en la parte

superior, que asegura la alimentacin a las tuberas bajo una carga constante.

Accesorios para medir las prdidas de carga locales que sern acoplados al

conducto de 80 mm. (Codo, ensanchamiento y contraccin venturmetro, vlvula,

etc.) Una batera de piezmetros conectados al tablero de medicin con conductos

flexibles (mangueras transparentes) Los conductos y los accesorios deben ser

instalados a presin en la posicin adecuada para obtener la lnea piezomtrica

correcta, y las correspondientes prdidas de carga. Para realizar el experimento

conviene elegir el nmero de tuberas para el ensayo, sealizar los piezmetros en

el tablero y la tubera, medir la temperatura del agua y las distancias entre los

piezmetros de trabajo.

PROCEDIMIENTO

Hacer circular agua a travs de las tuberas elegidas para el experimento, en

conjunto o independientemente. Para verificar el buen funcionamiento de los

medidores de presin se debe aplicar una carga esttica al equipo, cuando no

exista flujo los piezmetros debern marcar la misma carga.

Tuberas por donde pasa el agua, bomba que lleva agua al tanque, desde la

cual alimenta a las tuberas, el agua excedente va por una tubera que llena

al tanque de agua.



Medir el caudal en la tubera con el vertedero y el contador volumtrico (aqu

tomar tres medidas para un mismo caudal para luego promediar) calibrado.

Hacer las mediciones de nivel en los piezmetros.

Piezmetros conectados en los puntos a medir la carga y la forma de la

singularidad, el rea se reduce luego aumenta.



Medicin de la carga en los piezmetros

Cambiar el caudal, abriendo gradualmente la vlvula compuerta instalada al final

de la tubera y repetir 7veces para asegurar buenos resultados.

Medir la temperatura del agua para cada toma de datos, se utilizar un

Termmetro digital.



CUESTIONARIO

1. Con los datos obtenidos, determinar para cada juegos de datos:

a) El nmero de Reynolds, Re

b) La prdida de carga por friccin, hf

c) El coeficiente de friccin, f

d) El coeficiente de perdida local, k

e) El coeficiente de Chezy.

f) El coeficiente C de Hazen & Williams, y comparar con los valores publicados

en textos.

Solucin

Para poder solucionar se van a utilizar las siguientes formulas

Con estas frmulas se procede a calcular los valores pedidos, a continuacin se

muestran estos por cada tramo analizado.



TRAMO 1-2 DE LA TUBERIA




CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.




CONCLUSIONES

Al momento de tomar los datos del piezmetro se observ que estos

vibraban, esto se debe a que a la salida hay una vlvula, que controla la

salida del caudal y ac se est produciendo el golpe de ariete, la cual

genera una velocidad de onda que hace oscilar el piezmetro

Tambin se comprob que la perdida de carga por friccin est

relacionado directamente con el nmero de Reynolds, es decir que la

friccin es inversamente proporcional al nmero de Reynolds.

Al realizar el laboratorio Nacional de Hidrulica se estudi la perdida de

cargas por friccin y local en una determinada tubera, donde se determin

que la perdida ms frecuente fue por friccin.

Tambin se comprob que la perdida de carga por friccin est

directamente relacionado con la velocidad del flujo, es decir que la

velocidad es inversamente proporcional a la perdida de carga.

Se demostr que el nmero de Reynolds aumenta a medida que la

velocidad va aumentando.

Se observa que la prdida de carga en la tubera, viene descendiendo casi

rectilneamente; pero se ve un pronunciado descenso a la hora que pasa

por el venturmetro; esto se debe a que al ser la garganta de menor

dimetro, la velocidad aumenta, y por ello la presin se reduce.



RECOMENDACIONES

Leer adecuadamente e interpolar los resultados obtenidos (perdida de

carga y temperatura).

Realizar adecuada interpolacin de la viscosidad cinemtica y dinmica al

momento de realizar los clculos y resultados.

Tomar correctamente las medidas, al momento de hacer el laboratorio.



ANEXOS

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