Perdida de Carga en Tuberias - Upla -PDF-VII-C2

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS CURSO

: Laboratorio de Mecánica de Fluidos

CATEDRATICO : Dr. Mario Miguel Huatuco Gonzales

ALUMNOS

:

CICLO

: VII

SECCION

: C2

-

Chávez Ortega, Elizabeth Rocío

-

Vásquez Garay Torres, Heidi

-

Huamani Cabezas, Raúl Delfín

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS


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. LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS


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 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 equipo de prueba en el banco hidráulico. hidráulico. - Con el nivel de burbuja, ajustar los piecitos para para asegurar que la placa esté horizontal. - Verificar que los manómetros estén de manera vertical. vertical.



Para Flujo laminar: 

Poner V1 y VT1 en posición laminar 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 2 3 4 5

319 349 434 458 477

252 271 301 291 283

200 200 200 200 200

48 43 30 29 26



6.2.

Flujo turbulento A.

DATOS

N°

he (bar)

hs (bar)

Volumen ml

Tiempo (s)

1 2 3 4 5 6

2.48 2.35 2.24 2.16 2.06 1.65

2.45 2.25 2.09 1.95 1.81 1.19

500 500 500 500 500 500

27 18 15 13 12 8

7. CALCULOS RECOLECCION DE DATOS 7.1. Flujo laminar

A.

DATOS

N°

he (mm)

hs (mm)

1 2 3 4 5

319 349 434 458 477

252 271 301 291 283

Volumen ml 200 200 200 200 200

Tiempo (s) 48 43 30 29 26

7.2. Flujo turbulento A. DATOS N°

he (bar)

hs (bar)

Volumen ml

Tiempo (s)

1 2 3 4 5 6

2.48 2.35 2.24 2.16 2.06 1.65

2.45 2.25 2.09 1.95 1.81 1.19

500 500 500 500 500 500

27 18 15 13 12 8



8. PROCEDIMIENTO DE CALCULOS 8.1. FLUJO LAMINAR Datos:

Dónde:

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

T°= temperatura.  = peso especifico

g = gravedad  = coeficiente de fricción

D = diámetro L = longitud de corriente o flujo

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:

Dónde:

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

T°= temperatura.  = peso especifico

g = gravedad  = coeficiente de fricción

D = diámetro L = longitud de corriente o flujo

Formulas a usar: 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: 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

1544.19

2

349

271

78

4.6512E- 06

0.370

1720.93

3

434

301

133

6.6667E- 06

0.531

2469.77

4

458

291

167

6.8966E- 06

0.549

2553.50

5

477

283

194

7.6923E- 06

0.612

2846.52

b. Gráfico:



9.2. REGIMEN TURBULENTO

a. Procesamiento de Datos: Datos: N°

he (bar)

hs (bar)

1

2.48

2.45

2

2.35

3

hL=he-hs (m.c.a) *6.8

Q (m³/s)

V (m/s)

Re

0.204

1. 1.8519E-05

1.474

6855.83

0.015

2.25

0.680

2.7778E-05

2.210

10279.10

0.022

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

f

b. Gráfico:



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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