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7/24/2019 LMFI Perdida de Carga
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Universidad de La Serena
Facultad de IngenieraDpto. de Ingeniera Mecnica
Prdida de Carga
Laboratorio N 4
Profesor: Luis Gatica
Felipe Ignacio Daz [email protected]
Nicols Daniel Valdivia [email protected]
Resumen
En el presente informe se realiz la experiencia de perdida de carga, el cual consiste en la medicin de
alturas del piezmetro y la variacin de altura en el estanque por unidad de tiempo, con los cuales, con
las cuales se obtiene las prdidas de cargas primarias (Hp real=0,054), utilizando la ecuacin de Darcy
Weisbach para perdidas de carga primarias obtendremos el factor de friccin Real= 0,003621 y Exp=0,02832.
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1.Introduccin
1.1.Importancia del tema:
La prdida de carga es un fenmeno que se
presenta de forma natural al mover un fluidodesde un punto a otro.Este fenmeno no solo
est presente en las tuberas de fluidos viscosos,
tambin se encuentra en los cables de alta
tensin de electricidad, por lo tanto podremos
decir que la perdida de carga es provocado por el
esfuerzo cortante entre las diferentes partculas
de fluidos donde se disipa energa.
1.2.Revisin del estado del arte:
Teniendo en cuenta la relacin entre la primeraley de la termodinmica y la ecuacin de
Bernoulli aplicada a un flujo en tuberas y
asumiendo algunas restricciones podremos
obtener algunas relaciones.
Las restricciones son las siguientes:
Flujo a rgimen estacionario.
Flujo sin trabajo externo.
Flujo uniforme.
Las prdidas de carga en las tuberas son de dos
clases primarias y secundarias.
Las prdidasprimarias (Hp) son las prdidas de
superficie en el contacto del fluido con la
tubera. Estos se ubican principalmente en
tramos de seccin constante.
Ecuacin 1. Ecuacin de Darcy-Weisbach, donde es la
friccin real, L es el largo de la tubera, V 2 corresponde al
caudal o flujo volumtrico, g es la gravedad y D es el
dimetro de la tubera.
Si tenemos un manmetro diferencial donde se
marca la diferencia de presin la cual
corresponder a la perdida de carga en la tubera.
Ecuacin 2. La prdida de carga corresponde a la
diferencia de altura del manmetro.
Las prdidas de cargas secundarias (Hs) son
las prdidas de forma que tienen lugar en las
transiciones (estrechamientos, codos y vlvulas).
Ecuacin 3. Ecuacin de prdidas de cargas secundarias
donde K corresponde al factor de singularidad
El factor de friccin() ser despejado de forma
algebraica de la ecuacin Darcy-Weisbach, paraobtener factor de friccin real y se comparara
con el factor de friccin terico de Darcy-
Weisbach para flujos laminares en tuberas.
Ecuacin 4. Ecuacin de friccin real correspondiente a
prdida de carga primaria.
Ecuacin 5. Ecuacin de friccin terico correspondiente alo planteado por Darcy-Weisbach para tuberas cobre con
flujo turbulento.
Estas dos ecuaciones de friccin dependern del
nmero de Reynolds (Re), cuya frmula
relaciona la velocidad (V) por el dimetro de la
tubera (D) con la viscosidad cinemtica ().
Ecuacin 6. Numero de Reynolds dependiendo de la
viscosidad cinemtica del fluido
La velocidad de calcula utilizando la razn entre
el caudal real QReal y el rea de la tubera
(ecuacin 7).
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Ecuacin 7. Velocidad media de la tubera
1.3.
Objetivos de la experiencia:
1.3.1.Objetivo principal.
Calcular el factor de friccin paraperdidas primarias.
1.3.2.Objetivos secundarios.
Comparar el factor de friccin real con
el experimental.
1.4.Trabajos de desarrollo
Calcular la perdida de carga, la
velocidad y el caudal, aplicando la
ecuacin de Darcy-Weisbach para
perdida de carga primaria.
2.Metodologa de trabajo
2.1.
Descripcin de la experiencia:
Un sistema de bombeo contino de tuberas de
cobre, se medirn el valor del factor de friccin
de la tubera.
La tubera de largo L = 2,4 (m), y dimetro D =
0,028 (m). Se calculara el caudal Q (m3/s) con la
medicin de h3 (m) y un tiempo t(s). Las
mediciones de h1y h2(m) se tomaran de la cada
de presin en los manmetros.
2.2.
Procedimiento
1. - Una vez conectado el sistema de bombeo,
asegurarse que el agua pase solamente por la
tubera a medir.
2. - Abrir la llave de paso de la tubera de
manera que salga una cantidad de lquido por el
extremo abierto. La abertura debe ser tal que
puedan efectuarse 4 medidas de caudal diferente.
3.- Conectar el manmetro diferencial a la
tubera a medir. Cuidadosamente, abrir las llavesque conectan el manmetro. Se producir una
diferencia de nivel entre las dos columnas.
Cuidar que la columna ms baja no llegue hasta
el cero, de lo contrario, el manmetro sufrir una
descalibracin. Para ello, comience con una
pequea abertura de la llave de paso, e
incremntela lentamente mientras la segundacolumna baja.
4.- Una vez estabilizada la lectura del
manmetro, proceda a leer la diferencia entre
ambas alturas. Asimismo, mida el tiempo que
demora en llenarse el estanque un volumen
arbitrario. Dividiendo el volumen por el tiempo,
se obtiene el caudal.
5.- Repita el procedimiento hasta completar el
total de medidas.
3.Resultados
La tabla 1, muestra las mediciones tomadas en la
experiencia que nos servirn para calcular el Q y
Hp usando la ecuacin 2.
Tabla 1. Mediciones del laboratorio.
N h1 h2 h3 t
1 0,553 0,543 0.3 38,62 0,558 0,53 0,3 32
3 0,562 0,528 0,3 25
4 0,567 0,513 0,3 19,3
El factor de friccin se despejara de la
ecuacin 1 utilizando el Hp y se obtendr el
valor de friccin real.
Tabla 2. Clculos de valores reales de caudal, prdida de
carga primaria y factor de friccin.
N QReal HpReal Real
1 1,762*10-4 0,01 2,684*10-3
2 2,126*10-4 0.028 5,161*10-3
3 2,722*10-4 0,034 3,823*10-3
4 3,525*10-4 0,054 3,621*10-3
Luego se calcul el valor del factor de friccin
vinculado del Nmero de Reynolds y lavelocidad de media del flujo. El nmero de
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Reynolds se calculara con la ecuacin 6 y
usaremos la ecuacin 5 para obtener la friccin
experimental. Expresados en la tabla 3.
Tabla 3. Valores de Velocidad media, nmero de Reynolds
y el factor de friccin.
N Vm Re
1 0,286 7780,8 0,0337
2 0,345 9385,93 0,03214
3 0,442 12024,87 0,0320
4 0,573 15588,81 0,0283
La rugosidad absoluta para tuberas lisas decobre es de 0 0,0015 (mm), en la tabla 4 de
adjunta los valores de friccin o rugosidad
absoluta.
Tabla 4. Comparacin de factores de friccin real y
experimental.
real exp
0,002684 0,0337
0,005161 0,03214
0,003823 0,0320,003621 0,02832
4.Discusin
Segn lo que observ en el laboratorio y de
acuerdo a los datos tomados de este, inferimos
que al aumentar el caudal que pasa por la
tubera, la velocidad del fluido incrementar,
incrementando as Reynolds ya que estos son
directamente proporcionales.
Ilustracin 1. Diagrama de Moody (Friccin v/s N
Reynolds)
Al comparar la friccin con el nmero de
Reynolds, en la Ilustracin 1, se ve claramente
su comportamiento inversamente proporcional.
5.Conclusiones
Si llevamos esto a la prctica, sabemos que el
nmero de Reynolds va aumentando
dependiendo de la turbulencia que se vaya
generando, donde la velocidad del fluido es la
principal causa del aumento de sta. Si
pensamos en tuberas muy largas y suponiendo
que necesitamos de cierta presin en el final de
ella, sabemos que tendremos que reducir la
perdida de carga para obtener la presin quenecesitamos. Por ello tendremos que aumentar el
caudal que est ingresando en la tubera para as
compensar las prdidas de carga que se generan
por el roce del fluido y la tubera.
Adems la incorrecta manipulacin del
piezmetro, aunque esta sea muy mnima, puede
significar una errnea medicin de los datos, lo
que generar contradicciones entre lo terico y
lo experimental.
6.Bibliografa
Mataix, Claudio. Mecnica de Fluidos y
Maquinas Hidrulicas. Segunda. Mxico:
Alfaomega, 1982.
Ranald V. Giles; Jack B. Evett; Cheng Liu.
Schaum. Tercera. Madrid: McGraw-Hill, 1994.
0,028
0,03
0,032
0,034
0 5000 10000 15000 20000
experimental
