1. INTRODUCCIÓN El estudio de las pérdidas de carga en diferentes sistemas de tuberías es un estudio crucial en la ingeniería ya que está ligada estrechamente con la caída de pres presión ión en el sist sistem ema, a, las las pé pérd rdid idas as de ca carg rga a prim primar aria ias s so son n las las má más s importantes ya que en comparación con las perdidas secundarias, son mucho mayores, así mismo éstas se dan por la fricción existente entra la superficie del fluido circulante y la superficie de la tubería, mientras mayor sea la rugosidad del material de la tubería mayores serán las perdidas, es por ello que con el fin de estudiar éstas pérdidas se elabora el siguiente informe en base a un ensayo experimental realizado en el Laboratorio de Mecánica de luidos y Máquinas !érm !érmic icas as en la "ME "ME # $%&' $%&',, la ex expe peri rien enci cia a se real realiz izó ó en el ba banc nco o de tuberías, la metodología aplicada en el siguiente informe es teórico practico ya que calcularem calcularemos os las pérdidas pérdidas reales y las pérdidas pérdidas teóricas en una tubería tubería horizontal(
2. Marco Teórico
PERDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS
Las pérdidas de carga en las tuberías se di)iden en * clases+ pérdidas primarias y pérdidas secundarias( Las perdidas primarias son las pérdidas que genera la superficie en contacto con el fluido en la tubería capa limite-, rozamiento de unas capas de fluido con otras régimen laminar- o de las partículas de fluido entre sí régimen turbulento-( !ienen lugar en un flu.o uniforme, por lo tanto en los tramos de tubería de sección constante( Las pérdidas secundarias son las pérdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones angostamientos, ensanchamientos, etc(-, codos, )ál)ulas, elementos de medición y toda clase de accesorios y elementos adicionales de las tuberías(
PERDIDAS PRIMARIAS
/upongamos una tubería horizontal de diámetro constante D (Fig.1) por la que circula un fluido cualquiera, cuya )elocidad media en la tubería es V. La energía en el punto * será igual a la del punto 0, o sea seg1n la ecuación de 2ernoulli modificada en la forma siguiente+
igura 0 Ecuación de 2ernoulli
En el caso particular del e.emplo+
igura*( /ección de la !ubería &nalizada 30 4 3* tubería horizontal-
50 4 5* sección trans)ersal constanteLuego la pérdida de carga por roce será+
igura6( 7erdida de carga en una tubería horizontal
7ara un flu.o turbulento las perdidas primarias se pueden determinar teóricamente mediante la ecuación de 8arcy 2
L V h p =f × D 2 g
8onde+ f es el factor de fricción y se determina del diagrama de Moody o por distintas ecuaciones( L+ es la longitud de la tubería 8+ diámetro hidráulico 5+ es la )elocidad del fluido g+ aceleración de la gra)edad
PERDIDAS SECUNDARIAS
'onsideremos el esquema de conducción representado en el esquema siguiente, los tramos a9b, d9e, f9g, h9i, .9:, l9m son tramos rectos de sección constante( En todos ellos se originan pérdidas primarias( En los tramos restantes se originan pérdidas secundarias+ así es un filtro, 9a desag;e de un depósito, b9c un codo, c9d un ensanchamiento brusco, :9l un medidor de caudal y m9n desag;e de un depósito(
igura <( /istema de tuberías con pérdidas secundarias y primarias
La ecuación general para las perdidas secundarias es+
8onde+ = es el coeficiente de pérdida de accesorio y depende del accesorio
3. FORMULACION DEL PROBLEMA /e desea determinar experimental y analíticamente las pérdidas de carga primaria en una tubería horizontal(
4. OBJETIVO •
•
•
8eterminar experimental y analíticamente las pérdidas de carga en la tubería horizontal Entender el funcionamiento del sistema de tuberías, así como también aprender el .uego de )ál)ulas para el sistema( Entender el comportamiento con.unto de la unidad de instrucción experimental 5asos comunicantes, bomba centrifuga, .uego de )ál)ulas, etc(-
!. MATERIALE •
• • • •
$nidad de instrucción experimental conformado por cuatro tuberías de hierro gal)anizado, )asos comunicantes, piezómetros, )ál)ulas $na bomba centrífuga de >(? @7( $na probeta graduada( 'ronómetro( Aegla(
igura0( 2anco de tuberías # "ME !ubería 2/906BC Li)iano 9 'édula *> !$2EA"&
Longitud cm-
0 *60 * *60 6 *60 < *60 !abla 0( 'aracterísticas
∅n
∅i
∅e
0D 6F< G 0F* G 0D
mm*B(C* **(6* 0C(6< *B(C*
mm6<(>0 *C *0(<> 6<(>0
Espesor de pared *(< *(6< *(>6 *(<
!écnicas H/eg1n la ábrica 'entroamericana de %iples # 'osta Aic& Augosidad 40(?x0>9< m-
relait)a
del
hierro
gal)anizado
ɛ>
". PROCEDIMIENTO 0( Encender la unidad experimental, encendido de la bomba centrifuga, abrir las )ál)ulas que permitan circular el agua por las tubería de diámetro nominal I G *( !omar lecturas de la diferencia de alturas en los piezómetros, el cual )endría a ser las pérdidas de carga primaria en la tubería horizontal( 6( 'alcular el caudal que circula haciendo uso de la probeta y de cronómetro( <( !abular datos y proceder a los cálculos(
#. TABULACION DE DATO
N° de Ensayo 1 2 3 4
Q x10-4 (m3/s) 2.55 2.32 2.22 2.44
!abla*( 8atos medidos
H1 (m) 0.14 0.095 0 0.072
H2 (m) 0.433 0.4 0.345 0.37
HLos caudales considerados en la tabla* son los caudales promedio ya calculados, para un tiempo de ? s(
$. ANALII % METODO DE C&LCULO Tra'a(a)*o co) +o, *a-o, ara e+ ri/er e),a0o 0 -i+ia)*o e+ +a -'era *e 5 Calculo del n!e"o de Re#nold$ Re =
4×Q π × ∅ I × v
Re =14445.26863
8ónde+ !emperatura del agua !4*>J'K4 *(??x0>9< m6Fs 5+ 0(>>Cx0>9 m*Fs i+ 8iametro interior de la tubería 4**(6*mm-
Calculo del coe%icien&e de %"icci'n 0.25
f =
([ log
1
( )
dh 3.7 × εo
f =
+
5.74 0.9
R e
])
2
0.25
([
1
log
f
3.7 ×
(
−
22.32 × 10 −
1.5 × 10
0.03860183
=
Calculo de la e"dida "i!a"ia *
4
3
)
+
14445.26
])
2
5.74 0.9
2
L × 8 ×Q hp =f × 5 2 ∅ × π × 9.81 hp1= 0.305614474 m
6. TABULACION DE REULTADO
+ ,1-/ 0(!2$)
Re
% (&u3o)
4 del &u3o (!)
*5 (!)
h1 (m)
Q l/s
*,??
0<<,* B6 060<*,6 *>? 0*?C?,B B>6 06B**,0 6<
>,>6B >0B6 >,>6> *66< >,>6* 6>>< >,>6BC
>,6>?0< ,*??C6* << >,*6?<>* 0< >,*B0*0? 6*
>,0<
0%43 3 0%4
0%25 5 0%23 2 0%22 2 0%24 4
*,6* *,** *,<<
>,>? > >,>C*
0%34 5 0%37
h1-h2 ! h"e#d$das1a 2 0%293 0%305 0%345 0%29&
!abla6( Aesultados obtenidos
17. CONCLUIONE /e logró determinar correctamente las perdidas primarias de forma experimental y teórica( /e obser)a que las perdidas experimentales difieren de las teóricas, esto debido al en)e.ecimiento de la tubería y a la falta de mantenimiento del equipo(
11. BIBLIO8RAFIA • •
'en$a de *l+$dos de ,oe# . 'o 'en$a de *l+$dos *+ndamenos y a"l$a$ones de enel y $mala.