Practica 3 pérdidas en Tuberías

7/23/2019 Practica 3 prdidas en Tuberas

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Escuela Politcnica Nacional

Gua de PrcticasMecnica deFluidosFacultad de Ingeniera Mecnica

Laboratorio de Mecnica de Fluidos


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3 PRDIDAS EN TUBERAS POR FRICCIN (PRDIDAS

MAYORES)

3.1 PRELIMINARES

Para el da de la realizacin de la prctica se debe estudiar el contenido de este

documento, adems leer todo lo referente tuberas contenido en el libro Mecnica de

Fluidos de Robert Mott, captulo 8, 6ta edicin o a su vez cualquier otra edicin pero lo

correspondiente al Nmero de Reynolds, flujo laminar, flujo turbulento y prdidas de

energa debido a la friccin y responder a las preguntas que se encuentran al final del

presente texto.

3.2 OBJETIVO

Determinar la prdida de presin que se obtiene debido a la friccin que tiene la

tubera con el fluido que circula por la misma.

3.3 MARCO TERICO (DEFINICIONES)

3.3.1 Prdida de altura o presin en tuberas

La prdida de carga en una tubera o canal, es la prdida de energa dinmica del

fluido debido a la friccin de las partculas del fluido entre s y contra las paredes de la

tubera que las contiene. Las prdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos

regulares, accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un

estrechamiento, un cambio de direccin, la presencia de una vlvula, etc.

En el caso de tuberas horizontales, la prdida de carga se manifiesta como una

disminucin de presin en el sentido de flujo. La prdida de carga est relacionada con

otras variables fluido-dinmicas segn sea el tipo de flujo, laminar o turbulento.

Para solucionar los problemas prcticos de los flujos en tuberas, se aplica el principio

de la energa, la ecuacin de continuidad y los principios y ecuaciones de la

resistencia de fluidos.

Para el caso del flujo en tuberas y tubos, la friccin es proporcional a la carga de la

velocidad del flujo y a la relacin de la longitud al dimetro de la corriente. Esto se

expresa en forma matemtica como la ecuacin de Darcy:


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Donde:

hL=prdida de energa debido a la friccin (m, in)

L= longitus de la corriente de flujo (m, pies, in)D= dimetro de la tubera

v= velocidad promedio del flujo (m/s, pies/s., in/s)

f= factor de friccin (adimensional)

g= gravedad

La resistencia al flujo en los tubos, es ofrecida no solo por los tramos largos, sino

tambin por los accesorios de tuberas tales como codos y vlvulas, que disipan

energa al producir turbulencias a escala relativamente grandes.

El factor de friccin se obtiene de las siguientes ecuaciones:

Flujo laminar:

40%Donde:

Re: Reynolds


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Donde:

f: Factor de friccin.

: Rugosidad de la tubera [mm], [in].

D: Dimetro nominal de la tubera [mm], [in].

: Rugosidad relativaRe: Nmero de Reynolds.

Debido a varias inexactitudes inherentes presentes (incertidumbre en la rugosidad

relativa, incertidumbre en los datos experimentales usados para obtener el diagrama

de Moody, etc.), en problemas de flujo en tuberas no suele justificarse el uso de varias

cifras de exactitud. Como regla prctica, lo mejor que se puede esperar es una

desviacin del 10%.

El estudio de la determinacin del factor de friccin a hecho que varios cientficos

obtengan sus propias expresiones matemticas que se presentan a continuacin:

Ecuacin de Haaland.

(

) 10%

Ecuacin de Swamee Jain

10%Rango: 4x103 < Re


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Se lo describe con la siguiente expresin:

Donde:

D: Dimetro de la tubera, [m], [in].V: Velocidad del fluido, [m/s], [in/s].

: Viscosidad dinmica del fluido [kg/m s], [lb s/in2].

: Densidad del fluido, [kg/m3], [lb/in3].

Re


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3.4 MATERIALES Y EQUIPOS

3.4.1 Esquema del equipo

Ilustracin 3.1 Esquema del equipo

La Unidad de medicin de friccin de fluido de Armfield ofrece posibilidades para el

estudio detallado de las prdidas de carga de friccin de fluido producidas cuando un

fluido incompresible fluye a travs de tuberas, accesorios y dispositivos de medicin

de flujo.

3.4.2 Datos del equipo

Especificacin Para Pedidos

Un robusto bastidor de tubos de acero montado en el suelo sirve de soporte para los

circuitos de prueba, que constan de:

- 4 tubos con interior liso de diferentes dimetros, desde D.I. de 4.5, 7.7, 10.9 y

de 17,2mm. Distancia entre puntos de medicin 1 m.

- tubo con rugosidad artificial de dimetro 15.2 mm- curvas de 90(radios grande y pequeo)

- codo de 90

- inglete de 90

- codo de 45, unin en "Y" de 45, unin en "T" de 90

- expansin sbita

- contraccin sbita

- vlvula de compuerta

- vlvula esfrica- vlvula de bola


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- filtro de malla en lnea

- Venturi de metacrilato

- medidor de orificio de metacrilato

- seccin de tubo de metacrilato con tubo de Pitot y punto de muestreo esttico

Caractersticas adicionales del equipo:

38 puntos de muestreo

Adecuado para el estudio de nmeros de Reynolds de 103a casi 105

Un sistema de vlvulas de aislamiento, vlvulas de conexin de manmetro de

acoplamiento rpido y puntos de muestreo de presin autosellantes aseguran

resultados rpidos y exactos

Accesorio de registro de datos opcional

Programa de aprendizaje asistido por computadora opcional

Un manual de instruccin del usuario proporciona datos sobre instalacin, puesta en

marcha y mantenimiento, junto con ejercicios para los estudiantes.

La unidad est diseada para ser utilizada con el Banco de hidrulica F1-10


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Ilustracin 3.2 Partes del equipo de prdidas.


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3.5 DETALLE DE CLCULOS PARA EL INFORME

Para el informe se debe calcular la prdida de altura con la ecuacin de Darcy

Weisbach. (Anteriormente mencionada). La cual se la obtiene con la ayuda del

diagrama de Moody. (Consultar Diagrama de Moody en el anexo 1)

3.6 PROCEDIMIENTO

1. Llenar el tanque del equipo, evitando que se derrame el agua hacia el otro lado del

tanque por el vertedero.

2. Ensamblar todos los dispositivos tanto del equipo y del computador.

3. Conectar los sensores que van a medir la diferencia de alturas en las tubera o

accesorios seleccionados.

4. Encender la bomba, y purgar el aire del sistema. Para esto se debe mantener la

manguera de retorno del agua sumergida en el tanque, hasta que deje de salir

burbujas.

5. Cerrar las vlvulas de las tuberas que no se van a medir la diferencia de presin.

6. Repetir el paso anterior 7 veces, de manera que un dato corresponda a rgimen

laminar, otro dato a rgimen transitorio y los 5 datos restantes a rgimen

turbulento.

7. Retirar los sensores de las vlvulas y conectar en las vlvulas de la siguiente

tubera.

8. Repetir todo el procedimiento para las siguientes 4 tuberas.

3.7 PREPARACIN DEL INFORME

Para el informe se debe recoger los datos en una tabla de la siguiente manera:

No.DI METRO

[m]

VOLUMEN

[lt]

TIEMPO

[s]

CAUDAL

[lt/s]h1 [m] h2 [m]

Se debe trazar la grfica de prdidas en funcin del caudal para cada tubera con

los valores tericos y experimentales, obtenindose la lnea de tendencia y las

ecuaciones respectivas. Tambin realizar la grfica (en una sola grfica)

comparativa para todas las tuberas de prdidas en funcin del caudal para los

valores experimentales. Realizar el anlisis de las grficas obtenidas.


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Entendindose que el volumen sealado en la tabla es el contenido en el

recipiente, y el tiempo corresponde al momento de llenar el recipiente con agua

para obtener el caudal.

Conclusiones (mnimo 3 por estudiante)

Recomendaciones (mnimo 2 por estudiante).

3.8 PREGUNTAS COLOQUIO

1. La rugosidad de la tubera se mantiene constante a lo largo de su vida til?

2. Qu es flujo desarrollado? Diferencias entre laminar y turbulento.

3. Explique el perfil de velocidades en rgimen turbulento. Indique las partes.

4. Reynolds depende de la temperatura del fluido? Explique.

5. Cul es la correccin en la ecuacin de Bernoulli cuando se tiene flujo laminar?6. Qu es la cdula de un tubo de transporte de fluido?

3.9. Hoja de datos calculados

No.DIMETRO

[m]VOLUMEN

[lt]TIEMPO

[s]CAUDAL

[m3/s]VELOCIDAD

[m/s]REYNOLDS

Tipode

flujo

h1[m]

h2[m]

Prdidasexp. h [m]

fTERICO

Prdidasteo.[m]

ERROR%


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3.10 Diagrama de Moody


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3.11 Hoja de datos

No. DI METRO[m]

VOLUMEN[lt]

TIEMPO[s]

CAUDAL[lt/s]

Tipo defluido

h1 [m] h2 [m]

3.12 BIBLIOGRAFA

engel Y; Mecnica de Fluidos y Aplicaciones, Editorial McGraw-Hill; 2006

JCOME, V; Laboratorio de Fluidos Guas de Ensayos: Escuela PolitcnicaNacional.

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