LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS GUIA DE LABORATORIO LABORATORIO LABORATORIO N 01: DETERMINACION DETERMINACION DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCION EN TUBERIAS Finalidad Consiste en demostrar que cuando un fluido se desliza en una tuberia, existen caídas de presión o pérdidas de carga. Estas pérdidas de carga dependen de la fricción del fluido con las paredes del tubo; éstas dependen de la velocidad del fluido, del área de la superficie baada ! del grado de rugosidad de las paredes del tubo, así como de la longitud del tubo. "as pruebas se efectuarán con tubos de distintos diámetros para diversos valores del caudal de líquido que los atraviesa.
Operacin #. $ispon $isponer er la la unidad unidad sobre sobre la la mesa mesa de traba% traba%o. o. &. $isponer $isponer el tubo en en prueba prueba entre entre los dos elementos elementos idóneos idóneos de la unidad. unidad. '. Conectar Conectar el envío de la bomba con con el tubo tubo de alimentación alimentación de la unidad. unidad. (. Conectar Conectar las las dos tomas de presión presión con los los piezómetro piezómetross correspon correspondientes dientes.. ). *brir la la válvula válvula de regulación regulación del del caudal ! poner en marc+a la la bomba a ba%o ba%o nmero de giros -)/. 0. *ctuan *ctuando do simu simultá ltáneam neament ente e sobre sobre la válvula válvula ! sobre sobre el régimen régimen de rotaci rotación ón de de la bomba, regular el caudal de manera que se obtenga el máximo diferencial entre las lecturas lecturas de los piezómetros. piezómetros. 1i el diferencial diferencial es demasiado demasiado ba%o, presurizar presurizar la cámara superior de los piezómetros de manera que se pueda aumentar el caudal circulante en los tubos. 2. "ect "ectur urar ar la altu altura ra de la colum columna na de agua agua en los los dos dos piez piezóm ómet etro ross ! el correspondiente valor de caudal. 3eportar este valor en la tabla. 4. En caso caso de que los valores valores del caudal sean demasia demasiado do ba%o, ba%o, para para +acer +acer una buena medición se podrá usar un cilindro graduado ! un cronómetro. 5. 3edu 3educi cirr el caudal caudal de maner manera a que que se teng tenga a una dismin disminuc ució ión n del del valor valor del diferencial de # mm -) mm para los valores más ba%os de caudal/. #. 3epetir las operaciones del punto 2. ##. 3epetir las operaciones indicadas entre los puntos 2 ! 5 de manera que se tengan algunos puntos de medición. #&. 6arar la bomba ! permitir el completo retorno del agua en el tanque. #'. Cambiar el tubo en prueba ! repetir todas las operaciones del nmero & +asta el 7mero #&. In!erpre!acin de l"# re#$l!ad"# El movimiento de un fluido en un conducto en el caso ideal, está descrito por la fórmula -8eorema -8eorema de 9ernoulli/: 2
z + p/ � + v /2g = costante
donde: p presión en la sección que se examina v velocidad del fluido en la sección que se examina z altura de la sección con respecto a la línea de referencia
& peso específico del líquido -g aceleración de gravedad -5.4# m
6ero por efecto de la fricción del líquido con las paredes de la tubería o de la fricción interna del líquido líquido o bien porque se forman eventuales eventuales fenómenos fenómenos de vórtices, vórtices, la relación relación precedente se altera para asumir la forma: Energia en la sección 1 – Energia perdida = Energía en la sección 2
"a determinación de la energía perdida representa la dificultad más grande para la solución 1
de problemas relativos al movimiento de los fluidos en los conductos. El caso más sencillo que se pueda analizar, es el del movimiento de un líquido en un conducto rectilíneo de sección constante. Gradiente piezométrica
& En base a la relación de 9ernoulli, siendo constante los valores de = <&g ! de z, la presión se debería mantener constante en los distintos puntos del conducto. 1in embargo en realidad, como +emos podido notar durante las pruebas, la cota piezométrica en vez de mantenerse constante, ba%a siempre en el sentido del movimiento del líquido. Esta recibe el nombre de gradiente +idráulico J = ∆h / 1
Esta energía, como !a se +a dic+o, será empleada para vencer la fricción que se opone al movimiento del líquido. Es posible demostrar que la gradiente se puede expresar en función del diámetro del tubo ! del caudal segn: 2 5 J = k · Q /D donde: ' caudal -m < s/ diámetro del tubo -m/ factor que se determina experimentalmente o bien mediante fórmulas empíricas, entre los cuales, las más conocidas son:
> $ ?
La fórmula de Darc y: K = (0.00164 + 0.000042/D) La fórmula de Blasius: K
=
0.026 4
Re
Q [ l /min]
∆H Φ10
∆H Φ14
∆H Φ14-10
[mm H2O]
[mm H2O]
[mm H2O]
5
50
10
35
6
80
15
55
7
115
22
70
8
140
30
90
9
170
37
120
10
200
45
145
&) & * O ) #) ( ' ' & # %
10 14 14−10
∆
)
&
(
0
4
#
#& 2
+ &l,'in*
E#!$di" de la# p-rdida# de car.a l"cali/ada# Finalidade# Existen otras importantes pérdidas de carga a lo me%or todavía más per%udiciales: las pérdidas de carga localizadas. 8ienen origen en los lugares en que el movimiento del líquido sufre una perturbación. 1e pueden dividir de este modo: 6érdidas debidas a una intempestiva variación de sección 6érdidas debidas a una variación en la dirección del movimiento del líquido 6érdidas debidas a la existencia de %untas o accesorios Cada una de estas causas provoca en el líquido en movimiento la formación de secciones con turbulencia. "a turbulencia se mantiene a expensas de la energía mecánica del liquido determinando así la pérdida de presión. @b%eto del experimento es demostrar que la existencia de accesorios dirección en el movimiento del líquido/ determina una caída de presión.
-variaciones de
Operacin #. 1e coloca el grupo sobre el plano de traba%o asegurarse que todas las válvulas del grupo estén abiertas. &. 1e conecta la tubería de la bomba con el tubo de alimentación -#/ del grupo. '. 1e conectan las distintas tomas de presión a los piezómetros -los siete primeros/ Cuídese el cierre de los piezómetros no empleados. (. 1e cierra la válvula de regulación ! se pone en marc+a la bomba con ba%o nmero de giros -)/. ). *ctuando al mismo
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In!erpre!acin de l"# re#$l!ad"# Como en el caso de las pérdidas distribuidas la pérdida localizada puede expresarse con la fórmula generalizada: $elta A B v&<&g donde A pérdida piezométrica = velocidad media del fluido $ diámetro del conducto B, K constantes
CONTENIDO DEL INFORME DEL LABORATORIO N 0) #.D ndice &.DFntroduccion '.D@b%etivos de las pruebas (.D9reve marco teórico ).DFnstrumentos ! Equipos 0.D$escripcion del procedimiento empleado 2.D3esultados de la prueba $atos de pérdida de carga en la tubería -todos los diámetros/ Caudal, altura ! velocidad de la bomba 6érdida de carga en accesorios 4. $iagrama 6erdida de carga vs caudal para todos los diámetros 5. Conclusiones ! experiencias Cusco, noviembre &##
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