Informe de Laboratorio N4

Informe de Laboratorio N42014PERDIDA DE CARGA EN UNA TUBERIACURSO:Mecnica de Fluidos II

DOCENTE:Ing. Omar Coronado Zuloeta CICLO:V A

FECHA DE LABORATORIO:07 de Octubre del 2012

FECHA DE PRESENTACIN:12 de Octubre del 2012.

Informe de Laboratorio N4

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PRDIDA DE CARGAS EN UNA TUBERAI. INTRODUCCIN

La Hidrulica es la rama de la ciencia que trata las propiedades mecnicas de los fluidos, y la Mecnica de Fluidos es la base de la Hidrulica.El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de una prdida de energa, que suele expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante (dimensiones de longitud), denominada habitualmente prdida de carga, tema que expresaremos en el siguiente informe de la laboratorio.

II. MARCO TERICOLa prdida de carga est relacionada con otras variables flujo dinmicas segn sea el tipo de flujo, laminar o turbulento. Adems de las prdidas de carga lineales (a lo largo de los conductos), tambin se producen prdidas de carga singulares en puntos concretos como codos, ramificaciones, vlvulas, etc.Se trata de medir la prdida de carga entre dos secciones de la instalacin para diferentes valores del caudal circulante y de observar la relacin existente entre Q y hp. Segn lo expuesto esta relacin es lineal si el flujo es laminar y aproximadamente parablica si el flujo es turbulento. La prdida de carga se mide con el medidor de presin diferencial del tubo en U y el caudal con el caudalmetro vertical.

III. EQUIPOS Y/O MATERIALES Banco hidrulico FM- 00 Equipo de prdida de carga en una tubera - FM- 07 Cronometro Termmetro Probeta

IV. OBJETIVOS Prdidas de carga en tuberas para un rgimen turbulento y laminar. Determinacin del factor de prdidas de carga en un rgimen turbulento y laminar. Determinacin del nmero de Reynolds en un rgimen turbulento y laminar.

V. REGISTRO DE DATOS

LONGITUD DE LA TUBERIA =500,00mm

DIAMETRO DE LA TUBERIA = 4,00mm

TEMPERATURA DEL AGUA =28,80C

PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS PARA UN REGIMEN TURBULENTOPRUEBAVOLUMEN (ml)TIEMPO (seg)BARMETRO SUPERIOR (Bar)BARMETRO INFERIOR (Bar)

12185,191,050,81

22205,311,120,9

32095,471,341,14

41975,231,551,4

51766,062,12,3

61628,542,432,4

PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS PARA UN REGIMEN LAMINARPRUEBAVOLUMEN (ml)TIEMPO (seg)HT (mm)Hi (mm)

15625,56259242

210119,67279211

312624,37296191

411513,61304178

513815,29332139

612413,93348115

VI. CLCULOS

6.1. DARCY-WEISBACH h = f (L / D) (v2 / 2g)

En funcin del caudal la expresin queda de la siguiente forma:h = 0,0826 f (Q2/D5) L

En donde: h: prdida de carga o de energa (m) f: coeficiente de friccin (a dimensional) L: longitud de la tubera (m) D: dimetro interno de la tubera (m) v: velocidad media (m/s) g: aceleracin de la gravedad (m/s2) Q: caudal (m3/s) El coeficiente de friccin f es funcin del nmero de Reynolds (Re) y del coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubera (r):f = f (Re, r); Re = D v / ; r = / D : densidad del agua (kg/m3). : viscosidad del agua (Ns/m2). : rugosidad absoluta de la tubera (m)

6.2. MANNINGh = 10,3 n2 (Q2/D5,33) L

En donde: h: prdida de carga o de energa (m) n: coeficiente de rugosidad (a dimensional) D: dimetro interno de la tubera (m) Q: caudal (m3/s) L: longitud de la tubera (m)

6.3. HAZEN-WILLIAMSh = 10,3 n2 (Q2/D5,33) L

En donde: h: prdida de carga o de energa (m) n: coeficiente de rugosidad (a dimensional) D: dimetro interno de la tubera (m) Q: caudal (m3/s) L: longitud de la tubera (m) 6.4. HAZEN-WILLIAMSh = 10,674 [Q1,852/ (C1,852 D4,871)] L

En donde: h: prdida de carga o de energa (m) Q: caudal (m3/s) C: coeficiente de rugosidad (a dimensional) D: dimetro interno de la tubera (m) L: longitud de la tubera (m) 6.5. SCIMENI Se emplea para tuberas de fibrocemento. La frmula es la siguiente:h = 9,84 10-4 (Q1,786/D4,786) L

En donde:1. h: prdida de carga o energa (m) 1. Q: caudal (m3/s) 1. D: dimetro interno de la tubera (m) 1. L: longitud de la tubera (m) 6.6. SCOBEY h = 4,098 10-3 K (Q1,9/D1,1) L

En donde:1. h: prdida de carga o de energa (m) 1. K: coeficiente de rugosidad de Scobey (adimensional) 1. Q: caudal (m3/s) 1. D: dimetro interno de la tubera (m) 1. L: longitud de la tubera (m)6.7. VERONESSE-DATEI Se emplea para tuberas de PVC y para 4 104 < Re < 106:h = 9,2 10-4 (Q1,8/D4,8) L

En donde:1. h: prdida de carga o energa (m) 1. Q: caudal (m3/s) 1. D: dimetro interno de la tubera (m) 1. L: longitud de la tubera (m) 6.8. PRDIDAS DE CARGA EN SINGULARIDADES h = K (v2 / 2g)

En donde:www.miliarium.com/Prontuario/MedioAmbiente/Aguas/PerdidaCarga.asp

1. h: prdida de carga o de energa (m) 1. K: coeficiente emprico (adimensional) 1. v: velocidad media del flujo (m/s) 1. g: aceleracin de la gravedad (m/s2) La imagen inferior muestra los tres estados de inundacin: Inundacin laminar Cambio de inundacin laminar a turbulenta Inundacin turbulenta

Viscosidad cinemtica del agua ( mm2/s)1.1631.1061.0531.00380.914

Temperatura (0C)1416182024

Viscosidad del cinemtica del agua (mm/s) =

En donde: H: perdida de carga (m)F: coeficiente de friccionL: longitud de la tubera (m)V: velocidad media (m/s)G: aceleracin de la gravedad (m/s2)VII. PROCEDIMIENTO DE PRIMER ENSAYOLa prctica se lleva a cabo en un dispositivo experimental ubicado en el laboratorio de Universidad Seor de Sipn. En la Figura se muestran fotografa de dicho dispositivo experimental. Como puede observarse en esa figura, el aparato consta de Una tubera con conector rpido que se acopla a la boquilla de salida de agua del Banco Hidrulico(FME00). Una Tubera metlica de prueba de dimetro exterior de 6 mm. y dimetro interior de 4 mm. Un manmetro diferencial de columna de agua. Depsito de altura constante. Dos manmetros tipo Bourdon.De este ensayo se procede a medir las lecturas manomtricas con diferente caudal, para asi hallar las prdidas de cargas.

Figura 1 : Perdidas de cargas en tuberias

. Figura 2. Los manometros de bourdon solo sirven para hallar perdidas de cargas en tuberias con flujo turbulento.

VIII. DATOS PROCESADOS8.1. PERDIDA DE CARGA EN TUBERAS PARA UN RGIMEN TURBULENTOPRUEBABARMETRO SUPERIOR (Bar)BARMETRO INFERIOR (Bar)BARMETRO SUPERIOR (mm.c.a)BARMETRO INFERIOR (mm.c.a)Hf (mm.c.a)

11,050,8110707,068259,732447,33

211,120,9113392,869177,48104215,38

31,341,1413664,2511624,812039,44

41,551,415805,6614276,081529,58

52,12,321414,1223453,56-2039,44

62,432,424779,2024473,28305,92

GRFICOS OBTENIDOS CON LAS TABLASGRFICO 1Log hF vs log. V. Determinar el valor de la velocidad por debajo del cual el rgimen es laminar: Vo1, en este caso no hemos encontrados ningn flujo laminar. fLONG VELOCIDADLONG HfLONG f

0,00790,2744-0,1464-2,1016

0,00880,35060,0499-2,0576

0,00740,48170,2389-2,1307

0,00650,54560,3095-2,1880

0,00810,58650,4856-2,0937

0,00740,62570,5270-2,1307

GRFICO 2: Log f vs log. Re. determinar con la grfica las relaciones empricas .

LONG ReLONG f

3,9602-2,1016

4,0363-2,0576

4,1674-2,1307

4,2313-2,1880

4,2722-2,0937

4,3114-2,1307

PRUEBAfREYNOLDSf=0,316/Re^0,25

10,00799123,470,0323

20,008810872,440,0309

30,007414701,820,0287

40,006517035,290,0277

50,008118716,810,0270

60,007420484,230,0264

GRFICO 3: Con los valores de la velocidad mayor o igual a Vo1 dibuje el grafico de hf en funcin de Vo

GRFICO 4: Con los valores de la velocidad mayor a Vo1 dibuje el grafico de hf en funcin de V

VELOCIDAD (m/seg)Hf (m)

1,880,7138

2,241,1217

PRDIDAS DE CARGAS EN TUBERIAS-REGIMEN LAMINARAmbos ensayo se hace el mismo procedimiento, la diferencia se encuentra que se miden caudales para rgimen distintos laminar y turbulento.

PRUEBAVOLUMEN (ml)TIEMPO (seg)CAUDAL (m3/seg)HT (mm)Hi (mm)Hf (m.c.a)

15625,560,00003652592420,017

210119,670,00008562792110,068

312624,370,00008622961910,105

411513,610,00014083041780,126

513815,290,00015043321390,193

612413,930,00014843481150,233

GRFICOS OBTENIDOS CON LAS TABLAS.GRFICO 1: Log hF vs log. V. Determinar el valor de la velocidad por debajo del cual el rgimen es laminar: Vo1, en este caso no hemos encontrados ningn flujo laminar.LONG HfLONG f

-1,7696-4,1024

-1,1675-4,2401

-0,9788-4,0574

-0,8996-4,4049

-0,7144-4,2769

-0,6326-4,1831

GRFICO 1.1 : Grafico de Hf en funcin de V

VELOCIDAD (m/seg)Hf (mca)

0,290,0320

0,510,1300

0,680,0960

0,700,1440

0,800,1860

0,890,2330

GRFICO 2 : Log f vs log. Re. determinar con la grfica las relaciones empricas .

PRUEBAREYNOLDSVELOCIDAD (m/seg)

11397,710,29

22469,910,51

33288,290,68

43401,430,70

53865,170,80

64302,970,89

PRUEBAfREYNOLDSf =64/Re

10,015121397,710,04579

20,019672469,910,02591

30,008193288,290,01946

40,011493401,430,01882

50,011493865,170,01656

60,011614302,970,01487

Grafico 3 : La velocidad en funcin de Reynolds.

PRUEBAREYNOLDSVELOCIDAD (m/seg)

11397,710,29

22469,910,51

33288,290,68

43401,430,70

53865,170,80

64302,970,89

IX. CONCLUSIONES El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de una perdida de energa que suele expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante. En lo que corresponde a tuberas horizontales la perdida de carga se manifiesta con una disminucin de presin en el sentido del flujo 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 Para medir la diferencia de presiones del flujo turbulento se utiliza la entrada y salida de los manmetros Las perdidas lineales son debidas a las tensiones cortantes de origen viscoso que aparecen entre el fluido y las paredes de la tubera Se concluye que en estructuras largas, la perdida por friccin es muy importante, por lo que es un objeto de constante estudio terico experimental para obtener resultados tcnicos aplicables. Se concluye que a medida que el fluido fluye por un conducto u otro dispositivo, ocurren perdidas de energa debido a la friccin, tales energas traen como resultado una disminucin de la presin entre dos puntos del sistema de flujo. La prdida de carga que tiene lugar en una conduccin representa la prdida de energa de un flujo hidrulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento. La perdida de carga est relacionada con otras variables fluido dimanicas segn sea el tipo de flujo, laminar o turbulento. Adems de las perdida de carga lineales (a lo largo de los conductos). En conclusin se resumen las principales frmulas empricas empleadas en el clculo de la prdida de carga que tiene lugar en tuberas: Darcy-Weisbach, Manning, Hazen-Williams, Scimeni etc.

Prdidas de carga lineales: son las que se producen a lo largo de toda la tubera o conducto. Las prdidas de carga son las prdidas de presin que sufren los fluidos en su circulacin a travs de las tuberas y conductos. Son debidas a los rozamientos de los fluidos con las paredes de las tuberas o conductos y a los rozamientos entre las distintas capas de fluido. Prdidas de carga singulares: son las que se producen en los equipos y accesorios Los fluidos pueden ser comprimibles o gases (aire, gases combustibles, humos, etc.), e incompresibles. El factor de friccin f es a dimensional, para que la ecuacin produzca el correcto valor de las prdidas. Todas las cantidades de la ecuacin excepto f se pueden determinar experimentalmente.

X. RECOMENDACIONES Antes de iniciar la prctica asegure la tubera de prueba a las uniones universales y verifique que tengan anillo retenedor, y se encuentren debidamente ajustadas para evitar fugas del fluido por este sitio. Inserte las mangueras de los manmetros en los racores de ajuste rpido hasta que sienta que lleg al fondo. Abra las vlvulas de purga y cirrelas cuando observe que las mangueras de purga entregan un flujo continuo libre de burbujas. Tome los datos de diferencia de presin y caudal para frecuencias entre ms mediciones tome mejor ser la aproximacin de la curva experimental. Una vez preparado el equipo se proceder a tomar los datos Para conseguir el mximo caudal abrir completamente la vlvula v2 del aparato. Para realizar el estudio se deber tomar en cuenta la diferenciacin entre los flujos laminares y los turbulentos para lo cual recurriremos al nmero de Reynolds. Se recomienda estacar tambin la importancia de la determinacin del lquido y su temperatura ya que la determinacin del nmero de Reynold variara de acuerdo a la viscosidad del fluido. La importancia de esta radica en que es muy necesario tomar en cuenta las prdidas de energa por la friccin que se produce entre las paredes de las tuberas o de los diferentes accesorios que conforman determinado equipo, ya que esto se traduce en costos adicionales. La importancia del laboratorio implica un buen registro de datos y la determinacin de todos los parmetros los cuales determinaran la veracidad de los resultados obtenidos. Los sistemas de suministro de agua a las ciudades y de saneamiento consisten en muchos kilmetros de tubera. Muchas maquinas estn controladas por sistemas hidrulicos donde el fluido de control se transporta en mangueras o tubos. Realizar ms practicas sobre el flujo laminar las capas del fluido discurren ordenadamente siempre en la misma direccin del eje de la tubera. Diferencial en el laboratorio las ventajas y desventajas de los dos diferentes tipos de fluidos en las tuberas como son el laminar y el turbulento. Desarrollar en forma analtica los clculos del rgimen laminar que se encuentran en funcin de la distribucin de la velocidad en cada seccin Desarrollar en forma analticamente de ser posible la ecuacin de Navier Stokes para el rgimen turbulento Realizar la aplicacin de la ecuacin de la aplicacin del numero de Reynolds para determinar el coeficiente de friccin tanto para rgimen laminar como para el turbulento.

XI. ANEXOS

Figura 2: perdidas de carga para tuberias.

Figura 3 : barmetros para utilizarlos en rgimen turbulento.

Figura3: medicin de caudal para el rgimen laminar

CONCLUSIONES El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de una perdida de energa que suele expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante. En lo que corresponde a tuberas horizontales la perdida de carga se manifiesta con una disminucin de presin en el sentido del flujo 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 Para medir la diferencia de presiones del flujo turbulento se utiliza la entrada y salida de los manmetros Las perdidas lineales son debidas a las tensiones cortantes de origen viscoso que aparecen entre el fluido y las paredes de la tubera Se concluye que en estructuras largas, la perdida por friccin es muy importante, por lo que es un objeto de constante estudio terico experimental para obtener resultados tcnicos aplicables. Se concluye que a medida que el fluido fluye por un conducto u otro dispositivo, ocurren perdidas de energa debido a la friccin, tales energas traen como resultado una disminucin de la presin entre dos puntos del sistema de flujo. La prdida de carga que tiene lugar en una conduccin representa la prdida de energa de un flujo hidrulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento. La perdida de carga est relacionada con otras variables fluido dimanicas segn sea el tipo de flujo, laminar o turbulento. Adems de las perdida de carga lineales (a lo largo de los conductos). En conclusin se resumen las principales frmulas empricas empleadas en el clculo de la prdida de carga que tiene lugar en tuberas: Darcy-Weisbach, Manning, Hazen-Williams, Scimeni etc.

Prdidas de carga lineales: son las que se producen a lo largo de toda la tubera o conducto. Las prdidas de carga son las prdidas de presin que sufren los fluidos en su circulacin a travs de las tuberas y conductos. Son debidas a los rozamientos de los fluidos con las paredes de las tuberas o conductos y a los rozamientos entre las distintas capas de fluido. Prdidas de carga singulares: son las que se producen en los equipos y accesorios Los fluidos pueden ser comprimibles o gases (aire, gases combustibles, humos, etc.), e incompresibles. El factor de friccin f es a dimensional, para que la ecuacin produzca el correcto valor de las prdidas. Todas las cantidades de la ecuacin excepto f se pueden determinar experimentalmente.

RECOMENDACIONES

Antes de iniciar la prctica asegure la tubera de prueba a las uniones universales y verifique que tengan anillo retenedor, y se encuentren debidamente ajustadas para evitar fugas del fluido por este sitio. Inserte las mangueras de los manmetros en los racores de ajuste rpido hasta que sienta que lleg al fondo. Abra las vlvulas de purga y cirrelas cuando observe que las mangueras de purga entregan un flujo continuo libre de burbujas. Tome los datos de diferencia de presin y caudal para frecuencias entre ms mediciones tome mejor ser la aproximacin de la curva experimental. Una vez preparado el equipo se proceder a tomar los datos Para conseguir el mximo caudal abrir completamente la vlvula v2 del aparato. Para realizar el estudio se deber tomar en cuenta la diferenciacin entre los flujos laminares y los turbulentos para lo cual recurriremos al nmero de Reynolds. Se recomienda estacar tambin la importancia de la determinacin del lquido y su temperatura ya que la determinacin del nmero de Reynold variara de acuerdo a la viscosidad del fluido. La importancia de esta radica en que es muy necesario tomar en cuenta las prdidas de energa por la friccin que se produce entre las paredes de las tuberas o de los diferentes accesorios que conforman determinado equipo, ya que esto se traduce en costos adicionales. La importancia del laboratorio implica un buen registro de datos y la determinacin de todos los parmetros los cuales determinaran la veracidad de los resultados obtenidos. Los sistemas de suministro de agua a las ciudades y de saneamiento consisten en muchos kilmetros de tubera. Muchas maquinas estn controladas por sistemas hidrulicos donde el fluido de control se transporta en mangueras o tubos. Realizar ms practicas sobre el flujo laminar las capas del fluido discurren ordenadamente siempre en la misma direccin del eje de la tubera. Diferencial en el laboratorio las ventajas y desventajas de los dos diferentes tipos de fluidos en las tuberas como son el laminar y el turbulento. Desarrollar en forma analtica los clculos del rgimen laminar que se encuentran en funcin de la distribucin de la velocidad en cada seccin Desarrollar en forma analticamente de ser posible la ecuacin de Navier Stokes para el rgimen turbulento Realizar la aplicacin de la ecuacin de la aplicacin del numero de Reynolds para determinar el coeficiente de friccin tanto para rgimen laminar como para el turbulento.

Alumno: Jos Luis Cubas Benavides27