Perdidas Por Fricción a Lo Largo de Un Tubo de Pequeño Diámetro

Laboratorio #3 “Perdidas por Fricción a lo largo de un Tubo de  pequeño diámetro (Flujo Laminar y Turbulento! 

Marco Teórico. Teórico.

 A continuación se definen ciertos términos necesarios para la interpretación del siguiente informe de laboratorio. Fluido: Los fluidos son las sustancias que tienen la capacidad de ´´fluir´´ y que se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen. Viscosidad: La viscosidad de un fluido es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas constantes. rimeramente la viscosidad se debe a las interacciones en las moléculas de fluido. !fecto !fecto de rugosidad: rugosidad: "e sabe desde #ace muc#o tiempo que$ para el flu%o flu%o turbulento turbulento y para un determinado n&mero de 'eynolds$ una tuber(a rugosa$ da un factor de fricción mayor que en una tuber(a lisa. lisa. or consiguiente si se pulimenta )alisa* una tuber(a rugosa$ el factor de fricción disminuye y llega un momento en que si se sigue pulimentando no se reduce m+s el factor de fricción para un determinado n&mero de 'eynolds. rincipio fundamental que se aplica en flu%os de fluidos. rincipio de la cantidad de movimiento$ a partir del cual se deducen ecuaciones para calcular  las fuerzas din+micas e%ercidas por los fluidos en movimiento. Flu%o laminar y turbulento: A velocidades ba%as los fluidos tienden a moverse sin mezcla late latera ral$l$ y las las capa capass cont contig igua uass se desl desliz izan an m+s m+s sobr sobre e otra otras. s. ,o e-is e-iste ten n corr corrie ient ntes es transversales ni torbellinos. A este tipo de régimen se le llama flu%o Laminar. !n el flu%o laminar laminar las part(culas fluidas se mueven seg&n trayectorias trayectorias paralelas$ paralelas$ formando formando el con%unto con%unto de ellas capas o laminas. laminas. Los módulos de las velocidades de capas adyacentes no tienen el mismo valor.  A velocidades superiores aparece la turbulencia$ form+ndose torbellinos. !n el flu%o turbulento las part(culas fluidas se mueven en forma desordenada en todas las direcciones. Factor de fricción: La fórmula de arcy puede ser deducida por el an+lisis dimensional con la e-cepción del factor de fricción f$ que debe de ser determinado e-perimentalmente. !l factor  de fricción fricción para condiciones condiciones de flu%o laminar laminar es de )'e ˂/000* es una función función sola del n&mero n&mero de 'eynolds$ mientras mientras que para el flu%o turbulento )'e ˃1000* es también función del tipo tipo de pared de tuber(a. 2oeficiente de fricción: !l coeficiente de fricción f$ puede deducirse matem+ticamente en el caso de régimen laminar$ m+s en el caso de flu%o turbulento que no se dispone de relaciones mate matem+ m+titica cass senc sencililla lass para para obte obtene nerr la vari variac ació ión n de f con con el n&me n&mero ro de 'eyn 'eynol olds ds.. 3nvestigadores #an encontrado que sobre el valor de f fluye la rugosidad relativa.

Tablas de recolección de resultados

Lecturas 6 / 8 1 9 <  ;

volumen )ml* 80 80 80 80 80 80 80 80

4anometro de agua. 5iempo )seg* #6 )mm* #/ )mm* 8./ 9// /8 8.< 1= 91 8.; 16 ;< 1./ 11 661 1.8 1// 611 1.< 8=; 68 9./ 81 6=6 9. 899 //1

volumen )ml* 100 100 100 100 100 100 100 100

4anometro de mercurio. 5iempo )seg* #6 )mm* #/)mm* < 1/; 91 <./ 10 8.9 <. 8; ; ./ 8< 608 ; 81<.9 66 ;.< 8/= 680 =.< 80; 61/ 60.; /; 6<6

Lecturas 6 / 8 1 9 <  ;

Flujo Laminar.

5a )7F* ; 7F = 7F ;0 7F ;6 7F ;/ 7F ;8 7F ;1 7F ;9 7F 5a )7F* ;/ 7F ;8 7F ;1 7F ;9 7F ;< 7F ; 7F ;; 7F ;= 7F

#6)m* 0.9// 0.1= 0.16 0.11 0.1// 0.8=; 0.81 0.899 #6)m* 0.1/; 0.10 0.8; 0.8< 0.81<9 0.8/= 0.80; 0./;

#/)m* 0.0/8 0.091 0.0;< 0.661 0.611 0.68 0.6=6 0.//1 #/)m* 0.091 0.089 0.0; 0.608 0.66 0.68 0.61/ 0.6<6

Q (lts/seg) 0.00937 0.00333 33 0.0079$ 7$ 0.007!$" # 0.00#97# 7$ 0.00#"! 7$ 0.007#9 "3 0.00"#3 !#

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Log V & !.%'00 & !.93%'00 & !.9%'00 & ".00%'00 & ".0!%'00 & ".03%'00 & ".09%'00 & ".!3%'00

Log i !.!!%'0 0 !.0#%'0 0 9.99%&0! 9.3#%&0! .%&0! 7.##%&0! #.7#%&0! .3!%&0!

Flujo ur*ulento. (lts/seg)

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Log V

Log i

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Los calculos para el caso del flu%o laminar y turbulento se #icieron con medidas de presion en metros y no en milimetros como lo indicaban las lecturas

 A continuacion se describen las siguientes formulas usadas en el calculo de los datos caludal: volumen ( m 3 ) tiempo ( s )

Q=

3 teorico  I =

32 μV 

γD

2

3 real  I =

h 1 −h 2  L

'eynolds  D∗V  v

ℜ=

Valor de >  I = K ∗V  ∴ K =

I  V 

Valores de n log ireal=logk + nlogV  ∴ n=

logi −logk  logV 

Lamda o factor de darci ?eis#bac#: fD =

 

[ (

0.25

/ D 5.74 log + 0.9 37 ℜ ϵ 

)]

2

2uestionario 6. @2ómo afecta la rugosidad de la superficie a la ca(da de presión en una tuber(a si el flu%o es turbulento @2u+l ser(a la respuesta si el flu%o fuese laminar

'ugosidad es una caracter(stica que tienen todas las tuber(as ferrosas y no ferrosas ocasionadas por el uso$ e-cepto las tuber(as lisas que tiene rugosidades demasiado ba%as. 5BA" LA" 5CD!'EA" 53!,! C, 2B!F323!,5! ! F'3223, G>G sin importar si se trata de tuber(a lisa o met+lica y esto se debe al #ec#o de que cualquier fluido )liquido o gas* que fluye a través de ella tiene Ginvertir energ(aG para superar las fuerzas tangenciales del tubo )fricción* y debido a esta energ(a gastada por el fluido se genera una ca(da de presión del punto 6 a la entrada de la tuber(a a cualquier punto de la misma$ entonces entres m+s rugosa )+spera* sea una tuber(a m+s energ(a necesitara el fluido para fluir y por lo tanto se generara una mayor ca(da de presión dentro del tubo$ cuando se #acen c+lculos de tuber(as la rugosidad es bien importante para saber qué tipo de equipos )bombas$ ventiladores* se requieren . /. @or qué usamos manómetro de mercurio en flu%o turbulento 3ndicar cambios si tenemos que usar agua en lugar de mercurio.

ara evitar el sedimento de part(culas y que de una mala interpretación de medida. 8.

Hrafique el gradiente #idr+ulico vs velocidad

Flu%o laminar ir !".9$3#" 7 !!.$9!03 # 9.9## 9 .#3773! 0" 7."!!07 7 .3#30$ 7$ $.7$##! !9 3.390"# 3"

V(m/seg) 0.0!3"#" 9! 0.0" 0.0!!79 "# 0.0!!!# 0.0! 77 0.0!0!0 0.0! 0 0 0.00970 " 07 0.009""# 37 0.00!#! ir 79 0.7!37$0 $# 0.007$$  0.#3#$0 3 0.7"!9 0 0.03!# 79 0.$37977 ! 0.379770 99 0.3!#793 9 0."$0$

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Flu%o turbulento

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0.3

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0.#

0.7

0.

Se puede observar que tanto el gradiente y la velocidad aumentan de formar positiva

1. A partir de grafico anterior$ obtener 9 valores de i y V correspondiente al flu%o turbulento y calcule F y el n&mero de 'eynolds$ analice el comportamiento.

9.

Hrafique factor arcy vs 'eynolds y analice.

+ ".$!%& 0 ".#33%& 0 ".$$%& 0 3.077%& 0 3.397%& 0 3.#"3%& 0 $.077%& 0 $.##%& 0

Re Re "!!#70. 3$ 3000000 "$30#$. "00000 7" "000000 ""$9"7. 0" !00000 "0930. !000000 00000 #" 0 !37". 0 0 0 0 0 0 0 7# !7"3". ! <. Hrafique log i vs log V$ con todos los datos del e-perimento y !#9793. determine el valor de n para los régimen del flu%o. 9# !3937". Flu%o laminar $!

Log i !.!!"0 99 !.0#039 !7 0.999$!# !7 0.93#399 # 0.000 "$ 0.7##!37 9# 0.#7#$0# 3 0.3!""# 7$

Log V & !.773#! !! & !.9"!3 #$ & !.9!99$ 73 & !.99$#0 $3 & ".00#79 9 & ".03$9# 97 & ".0"!$ $ & ".!"0 99

log i -s Log V &!.7 0. &!.

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Flu%o turbulento Log i

Log V

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Logi -s Log V &0.7

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& 0.!!73 . 2alcular 'eynolds critico a partir de la velocidad cr(tica y la & viscosidad absoluta obtenida con los valores le la gr+fica. 0.""907 7 'ecritico: 1$0/891<9 & 0."0##0 3

;. @Iué importancia tiene el estudio de la pérdida de energ(a en el flu%o de fluidos en una tuber(a !l estudio de estas perdidas es de gran importancia$ debido a que mediante éste se pueden definir cu+les son las pérdidas de carga que se producir+n durante su trayecto$ ya sea locales o de fricción. =. Iué importancia tiene estudio de la perdida de energ(a en el flu%o fluidos en tuber(as urante el flu%o del fluido$ este pierde energ(a debido a la friccion que se produce en las paredes del tubo$ tener conocimiento de esta y los cambios de energ(a potencial $ ya que estas pérdidas ser+ posible llevar a cabo la selección de la bomba.

60. Analice y efectué los c+lculos necesarios en el manómetro en ´´C´´ de mercurio para convertir )#/J #6* Kg a metros de columna de K/B )m.c.a*. 60$88 )m.c.a*  <0 mm Kg #6 #/)mm* )#/J )m.c.a* )mm* #6*mm 1/; 91 81 9.0;811 8 10 8.9 888.9 1.98/=< 66 8; ; 800 1.0<86 9; 8< 608 /<1 8.9;;869 = 81<.9 66 //=.9 8.66=8;; 6< 8/= 680 6== /.01;/; =9 80; 61/ 6<< /./9
 "neos

5abla para el calculo de la viscosidad cinematica del mercurio