laboratorio de fluidos: perdidas en tuberias y conectores

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Desarrollo del laboratorio de fluidos "PERDIDAS EN TUBERÍAS Y CONECTORES"

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LABORATORIO N 2

PERDIDAS EN TUBERIAS Y CONECTORES

INTRODUCCIN

La prdida de energa (o carga) que se presentan en una conduccin debido a elementos como: expansiones, contracciones, vlvulas, codos, turbinas, etc., se denominan prdidas secundarias por aditamentos. En estos elementos los efectos debidos a friccin son pequeos y ms bien producen una perturbacin de la corriente que origina remolinos y desprendimientos que son los que intensifican las perdidas y una disminucin de la presin entre dos puntos del sistema de flujo.En todos los aditamentos se van a generar prdidas, aunque mayores en unos que otros, existen por ejemplo cambios bruscos y cambios suaves en los cuales las prdidas son diferentes. En este laboratorio se calcularn las magnitudes de dichas prdidas ocurridas por estas fuentes mediante datos experimentales.

Conoceremos acerca de las prdidas que se obtienen en los diferentes diseos detuberas, mediremos las presiones, tiempo y volumen de cada tipo de tubera y, con los respectivos datos hallaremos el caudal para determinar cada prdida de energa y accesorios de los sistemas hidrulicos esto con el fin de conocer y aprender las caractersticas de seleccin de tuberas.

Adems nos familiarizaremos con el Nmero de Reynolds (), sabiendo que con el podemos definir si es un flujo laminar o turbulento, y algunas ecuaciones como las de Darcy-Weisbachy y la ecuacin del nmero de Reynolds.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERALES

Determinar las prdidas de carga que ocurren en tuberas y accesorios y su variacin de acuerdo a los diferentes parmetros que intervienen.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Conocer la importancia que tienen las prdidas de energa en tuberas y accesorios para que los sistemas hidrulicos funcionen. Determinar grandes prdidas de energa proporcionadas por algunos accesorios.

MARCO TERICO

Las prdidas de cargas en las tuberas son de dos clases: primarias y secundarias. Las prdidas primarias, son las prdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubera, rozamiento de una capa de fluido con otras (rgimen laminar) o de las partculas definido entre s (rgimen turbulento). Tienen lugar un flujo uniforme o sea tramos de tuberas de seccin constante. Las prdidas secundarias son las prdidas de forma que tienen lugar en las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, vlvulas y en toda clase de accesorios de tubera.

FORMULA DE DARCY-WEISBACH

En dinmica de fluidos, la ecuacin de Darcy-Weisbach es una ecuacin emprica que relaciona la prdida de carga hidrulica (o prdida de presin) debido a la friccin a lo largo de una tubera dada con la velocidad media del flujo del fluido. La ecuacin tiene su nombre de Henry Darcy y Julius Weisbach.

La ecuacin de Darcy-Weisbach contiene un factor adimensional, conocido como el factor de friccin de Darcy o de Darcy-Weisbach, el cual es cuatro veces el factor de friccin de Fanning, con el cul no puede ser confundido.

Esta frmula permite la evaluacin apropiada del efecto de cada uno de los factores que inciden en la prdida de energa en una tubera. Es una de las pocas expresiones que agrupan estos factores. La ventaja de esta frmula es que puede aplicarse a todos los tipos de flujo hidrulico (laminar, transicional y turbulento), debiendo el coeficiente de friccin tomar los valores adecuados, segn corresponda.

La forma general de la ecuacin de Darcy-Weisbach es:

: prdidas de presin.: coeficiente de rozamiento (del tubo de prueba).: dimetro del tubo (dimetro interior).: velocidad-promedio del fluido.: aceleracin de la gravedad.: coeficiente de resistencia.NMERO DE REYNOLDS ()

El nmero de Reynolds es un parmetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un modelo laminar, transicional o turbulento.

El nmero de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del dimetro de tubera, o dimetro equivalente si la conduccin no es circular, y de la viscosidad cinemtica o en su defecto densidad y viscosidad dinmica.

En una tubera circular se considera: < 2000 El flujo sigue un comportamiento laminar. 2000 4000 Zona de transicin de laminar a turbulento. > 4000 El flujo sigue un comportamiento turbulento.

La frmula general de la ecuacin del nmero de Reynolds es:

: Nmero de Reynolds: Densidad (densidad del agua = 1000kg/m3): Velocidad del fluido: Dimetro de la tubera o su Dimetro equivalente: Viscosidad dinmica (viscosidad dinmica del agua = 0,001002 Pa-s): Viscosidad cinemtica (viscosidad cinemtica agua = 1,002 cSt)

Laminar: Si las fuerzas viscosas son mayores a las fuerzas inerciales, las partculas del fluido se mueven en trayectorias suaves y definidas. El movimiento del fluido suele ser laminar si la velocidad no es demasiado grande.

Turbulento: Es un rgimen irregular caracterizado por regiones con remolinos. En este caso fuerzas inerciales son mayores a las fuerzas viscosas, las partculas del fluido se en trayectorias irregulares de forma desordenada, las lneas de corriente se cruzan unas con otras. Se produce cuando se alcanza una cierta velocidad crtica o cuando la velocidad cambia bruscamente.

Transicional: Es el estado mixto entre el flujo laminar y el flujo turbulento.

APARATOS UTILIZADOS

Panel de estudio de prdidas de tubera y conectores. Banco bsico para hidrodinmica. Cronometro. Flexmetro. Calibrador pie de rey.

PROCEDIMIENTO

Reconocimiento del equipo.

Poner en funcionamiento la motobomba, con las vlvulas de paso totalmente abiertas, se van cerrando lentamente y se toman los respectivos volmenes en un tiempo determinado, para el caudal (Q). (Tomar tres tiempos y volmenes y sacar promedios).

Se leen los deltas de presin en los manmetros deferenciales de columna de agua para el tramo de tubera y para cada accesorio.

Se deben tomar cuatro caudales diferentes para el posterior clculo del caudal en cada tubera.

1. Tubo manmetro.2. Tubos de seccin variados.3. Seccin dela tubera de objetos intercambiables de desconexin o medicin.4. Cmara anular.5. Vlvula de bola.CLCULOS Y ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

Dimetros

TIPO DE TUBERIA DIAMETRO (cm)

TUBO RECTO P.V.C1.27

CODOS 45 Y 90 1.27

CODOS ARCO 901.27

UNIN EN T1.27

UNIN EN Y1.27

EXPANSIN 2.84

REDUCCION 1.27

TABLA DE RESULTADOS FINALESVol. t(s) Vol. t(s) Vol. t(s) Vol. t(s)

2 litros 6.452 litros 7.61 2 litros 10.032 litros 18.83

ACCESORIOS h(cm)h(cm)h(cm)h(cm)

Recto P.V.C 43.756.668.3575.8

Red P.V.C 39.352.7565.9574.5

Exp P.V.C 40.55466.6575.35

Vol. t(s) Vol. t(s) Vol. t(s) Vol. t(s)

2 litros 11.82 litros 11.842 litros 14..9 2 litros 22.7

ACCESORIOS h(cm)h(cm)h(cm)h(cm)

Codos 45 18.321.4529.27535.25

Codos 90 18.77522.27530.0535.75

Codo arco 9018.1521.728.57535.425

Vol. t(s) Vol. t(s) Vol. t(s) Vol. t(s)

2 litros 6.652 litros 7.62 litros 11.73 2 litros 19.92

ACCESORIOS h(cm)h(cm)h(cm)h(cm)

Unin en T 38.9554.469.674.9

Unin en Y40.2555.4570.575.85

CAUDALES ()ABIERTA CERRADA CERRADA CERRADA

Recto P.V.C 310.078262.812199.402106.213

Codos 45 180.505168.919134.22888.106

Codos 90 180.505168.919134.22888.106

Codos arco 90180.505168.919134.22888.106

Unin en T300.752263.158170.503100.402

Unin en Y300.752263.158170.503100.402

Red P.V.C 310.078262.812199.402106.213

Exp P.V.C 310.078262.812199.402106.213

VELOCIDADES ()ABIERTA CERRADA CERRADA CERRADA

Recto P.V.C 244.734207.429157.38183.830

Codos 45 142.466133.322105.94169.539

Codos 90 142.466133.322105.94169.539

Codos arco 90142.466133.322105.94169.539

Unin en T237.373207.702134.57279.244

Unin en Y237.373207.702134.57279.244

Red P.V.C 244.734207.429157.38183.830

Exp P.V.C 48.94741.48631.47616.766

Cm de agua (cm)ABIERTA CERRADA CERRADA CERRADA

Recto P.V.C 43.756.668.3575.8

Codos 45 18.321.4529.27535.25

Codos 90 18.77522.27530.0535.75

Codos arco 9018.1521.728.57535.425

Unin en T38.9554.469.674.9

Unin en Y40.2555.4570.575.85

Red P.V.C 39.352.7565.9574.5

Exp P.V.C 40.55466.6575.35

NMERO DE REYNOLDSABIERTA CERRADA CERRADA CERRADA

Recto P.V.C 31081.21826343.48319987.38710646.41

Codos 45 18093.18216931.89413454.5078831.453

Codos 90 18093.18216931.89413454.5078831.453

Codos arco 9018093.18216931.89413454.5078831.453

Unin en T30146.37126378.15417090.64410063.988

Unin en Y30146.37126378.15417090.64410063.988

Red P.V.C 31081.21826343.48319987.38710646.41

Exp P.V.C 13900.94811782.0248939.1844761.544

CLCULO DE CAUDAL

Para el clculo de caudal haremos uso de la frmula:

Calculo de caudales correspondientemente para tubera abierta:

Calculo de caudales correspondientemente para tubera cerrada:

Calculo de caudales correspondientemente para tubera cerrada:

Calculo de caudales correspondientemente para tubera cerrada:

CALCULO DE VELOCIDAD

Para el clculo de velocidad haremos de la frmula:

Calculo de velocidad para tubera abierta:

Calculo de velocidad para tubera cerrada:

Calculo de velocidad para tubera cerrada:

Calculo de velocidad para tubera cerrada:

CALCULO NUMERO DE REYNOLDS

Para el clculo del nmero de Reynolds haremos uso de la frmula:

En donde la viscosidad , debido a que el fluido con el que se est trabajando es agua.Calculo de nmero de Reynolds para tubera abierta:

Calculo de nmero de Reynolds para tubera cerrada:

Calculo de nmero de Reynolds para tubera