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
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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
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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:
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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
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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.
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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
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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
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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
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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:
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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:
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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:
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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.
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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.
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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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