perdidas de cargas en tuberias - flujo turbulento

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FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL LAB. DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA ING. HUATUCO GONZALES, Mario INFORME Nº 011 – G3 – UPLA – 12 DE LA UEC LABORATORIO DE MEC. DE FLUIDOS E HIDRAULICA 1. DATOS GENERALES 1.1. Tema: PERDIDAS DE CARGAS EN TUBERÍAS (FLUJO TURBULENTO) 1.2. Fecha: FECHA DEL ENSAYO : 13 DE NOVIEMBRE DE 2012. FECHA DE ENTREGA DEL INFORME : 27 DE NOVIEMBRE DE 2012. 1.3. Lugar: Departamento : Junín Provincia : Huancayo Distrito : Huancayo Lugar : Facultad de Ingeniería Giráldez. Anexo : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica. 1.4. Participante: RUPAY VARGAS, Marcos Josué. 1.5. Modulo: FME – 07 2. OBJETIVO DETERMINAR EL FACTOR FRICCIÓN POR PÉRDIDAS PRIMARIAS, EN FLUJO TURBULENTO. 3. EQUIPOS Y/O MATERIALES Equipo de Perdidas de Cargas en Tuberías– FME 07.

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Page 1: Perdidas de Cargas en Tuberias - Flujo Turbulento

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL

LAB. DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA ING. HUATUCO GONZALES, Mario

INFORME Nº 011 – G3 – UPLA – 12 DE LA UEC LABORATORIO DE MEC. DE FLUIDOS E HIDRAULICA

1. DATOS GENERALES

1.1. Tema: PERDIDAS DE CARGAS EN TUBERÍAS (FLUJO TURBULENTO)

1.2. Fecha:

FECHA DEL ENSAYO : 13 DE NOVIEMBRE DE 2012.

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME : 27 DE NOVIEMBRE DE 2012.

1.3. Lugar:

Departamento : Junín

Provincia : Huancayo

Distrito : Huancayo

Lugar : Facultad de Ingeniería – Giráldez.

Anexo : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica.

1.4. Participante: RUPAY VARGAS, Marcos Josué.

1.5. Modulo:

FME – 07

2. OBJETIVO

DETERMINAR EL FACTOR FRICCIÓN POR PÉRDIDAS PRIMARIAS, EN FLUJO

TURBULENTO.

3. EQUIPOS Y/O MATERIALES

Equipo de Perdidas de Cargas en Tuberías– FME 07.

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Banco Hidraúlico - FME 00

Termómetro

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Cronómetro

Probeta (1000 ml)

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4. PROCEDIMIENTO

4.1. El equipo de perdidas de carga en tubería, se instaló sobre el banco hidráulico.

4.2. Se enciende el banco hidraúlico.

4.3. Se gradúa el flujo del equipo de perdidas de carga en tubería, en un flujo turbulento.

4.4. Primero se procede a medir la temperatura del fluido con la ayuda de un termómetro.

4.5. Luego se procede a dar lectura de las presiones de entrada y salida, con la ayuda de los

manómetros tipo bourdon.

4.6. Con la ayuda de la probeta y de un cronómetro se afora el caudal del fluido.

4.7. En el presente ensayo se repitió nueve veces los pasos 4.5, 4.6. Pero con distintas

graduaciones del caudal del fluido.

5. TABLA DE REGISTROS

5.1. TABLA N° 01: En esta tabla se registraron los volúmenes, el tiempo, las presiones de

entrada y salida.

VOLÚMEN (lt)

TIEMPO (s) PRESIÓN

P1 (bar) P2 (bar)

0.5 8.79 1.6 1.2

0.5 9.27 1.7 1.3

0.5 10.13 1.8 1.45

0.5 11.11 1.9 1.6

0.5 11.96 2.0 1.72

0.5 13.3 2.1 1.9

0.5 16.97 2.3 2.2

0.5 21.69 2.4 2.35

0.5 32.14 2.5 2.48

6. TABLA DE DATOS PROCESADOS

6.1. CÁLCULO DE PERDIDAS PRIMARIAS (HPL)

Calculo de los caudales.

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Entoces:

Calculo de presión en metros de columna de agua a una altitud

de 3279 m.s.n.m.

ALTITUD (m.s.n.m.)

PRESIÓN (mm Hg)

3000 526

4000 462

Luego, se procede a interpolar para obtener el valor de la presión a

una altitud de 3279 m.s.n.m.

ALTITUD (m.s.n.m.)

PRESIÓN (mm Hg)

3000 526

3279 x

4000 462

Como,

Entonces, a la altitud de 3279 m.s.n.m.:

Calculo de la Perdida Primaria (HPL)

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VOLÚMEN (m3)

TIEMPO (s) Q (m3/s) P1 (m) P2 (m) Hpl (m) log Q log Hpl

5.00E-04 8.79 5.69E-05 11.0528 8.2896 2.7632 -4.24502 0.44141

5.00E-04 9.27 5.39E-05 11.7436 8.9804 2.7632 -4.26811 0.44141

5.00E-04 10.13 4.94E-05 12.4344 10.0166 2.4178 -4.30664 0.38342

5.00E-04 11.11 4.50E-05 13.1252 11.0528 2.0724 -4.34674 0.31647

5.00E-04 11.96 4.18E-05 13.8160 11.8818 1.9342 -4.37876 0.28651

5.00E-04 13.3 3.76E-05 14.5068 13.1252 1.3816 -4.42488 0.14038

5.00E-04 16.97 2.95E-05 15.8884 15.1976 0.6908 -4.53071 -0.16065

5.00E-04 21.69 2.31E-05 16.5792 16.2338 0.3454 -4.63729 -0.46168

5.00E-04 32.14 1.56E-05 17.2700 17.1318 0.1382 -4.80808 -0.85962

GRÁFICO N° 1-1

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.0E+00 1.0E-05 2.0E-05 3.0E-05 4.0E-05 5.0E-05 6.0E-05

PER

DID

AS

PR

IMA

RIA

S H

pl (

m)

CAUDAL - Q (m3/s)

Q vs Hpl

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GRÁFICO N° 1-2

6.2. CÁLCULO DEL FACTOR DE FRICCIÓN (f)

TUBERÍA

LONGITUD (m)

DIAMETRO INT. (m)

DIAMETRO EXT. (m)

0.5 0.004 0.006

Calculo de la velocidad (V)

Calculo del factor de fricción (f):

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

-4.9 -4.8 -4.7 -4.6 -4.5 -4.4 -4.3 -4.2

log

Hp

l

log Q

log Q vs log Hpl

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Despejando nos queda:

0.0212

VOLÚMEN (m3)

TIEMPO (s)

Q (m3/s) V (m/s) V2

(m2/S2) Hpl (m)

f log V log Hpl log f

5.00E-04 8.79 5.69E-05 4.5266 20.4900 2.7632 0.0212 0.65577 0.44141 -1.67434

5.00E-04 9.27 5.39E-05 4.2922 18.4230 2.7632 0.0235 0.63268 0.44141 -1.62816

5.00E-04 10.13 4.94E-05 3.9278 15.4277 2.4178 0.0246 0.59415 0.38342 -1.60909

5.00E-04 11.11 4.50E-05 3.5813 12.8260 2.0724 0.0254 0.55405 0.31647 -1.59583

5.00E-04 11.96 4.18E-05 3.3268 11.0677 1.9342 0.0274 0.52203 0.28651 -1.56176

5.00E-04 13.3 3.76E-05 2.9916 8.9499 1.3816 0.0242 0.47591 0.14038 -1.61565

5.00E-04 16.97 2.95E-05 2.3447 5.4974 0.6908 0.0197 0.37008 -0.16065 -1.70502

5.00E-04 21.69 2.31E-05 1.8344 3.3651 0.3454 0.0161 0.26350 -0.46168 -1.79289

5.00E-04 32.14 1.56E-05 1.2380 1.5326 0.1382 0.0141 0.09271 -0.85962 -1.84926

GRÁFICO N° 2-1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

-1.90 -1.85 -1.80 -1.75 -1.70 -1.65 -1.60 -1.55 -1.50

log

V

log f

log V vs log f

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GRÁFICO N° 2-2

GRÁFICO N° 2-3

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

-1.90 -1.85 -1.80 -1.75 -1.70 -1.65 -1.60 -1.55 -1.50

log

Hp

l

log f

log Hpl vs log f

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6

log

V

log Hpl

log V vs log Hpl

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GRÁFICO N° 2-4

6.3. CÁLCULO DEL NÚMERO DE REYNOLDS (Re):

TUBERÍA

FLUIDO

LONGITUD (m)

DIAMETRO INT. (m)

DIAMETRO EXT. (m)

TEMPERATURA °C

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

(m2/s)

0.5 0.004 0.006

26 8.69E-07

Calculo del Número de Reynolds (Re):

=20833.465

0.00

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.0E+00 1.0E-05 2.0E-05 3.0E-05 4.0E-05 5.0E-05 6.0E-05

Fact

or

de

Fri

cció

n

f

Caudal - Q (m3/s)

Q vs f

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VOLÚMEN (m3)

TIEMPO (s)

Q (m3/s) V (m/s) Hpl Re log V log Re

5.00E-04 8.79 5.69E-05 4.5266 2.7632 20833.465 0.65577 4.31876

5.00E-04 9.27 5.39E-05 4.2922 2.7632 19754.709 0.63268 4.29567

5.00E-04 10.13 4.94E-05 3.9278 2.4178 18077.607 0.59415 4.25714

5.00E-04 11.11 4.50E-05 3.5813 2.0724 16483.002 0.55405 4.21704

5.00E-04 11.96 4.18E-05 3.3268 1.9342 15311.552 0.52203 4.18502

5.00E-04 13.3 3.76E-05 2.9916 1.3816 13768.884 0.47591 4.13890

5.00E-04 16.97 2.95E-05 2.3447 0.6908 10791.170 0.37008 4.03307

5.00E-04 21.69 2.31E-05 1.8344 0.3454 8442.884 0.26350 3.92649

5.00E-04 32.14 1.56E-05 1.2380 0.1382 5697.765 0.09271 3.75570

GRÁFICO N° 3-1

0.0E+00

1.0E-05

2.0E-05

3.0E-05

4.0E-05

5.0E-05

6.0E-05

0 5000 10000 15000 20000 25000

me

ro d

e R

eyn

old

s R

e

Caudal - Q (m3/s)

Q vs Re

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GRÁFICO N° 3-2

GRÁFICO N° 3-3

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4

log

V

log Re

log V vs log Re

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.0E+00 1.0E-05 2.0E-05 3.0E-05 4.0E-05 5.0E-05 6.0E-05

rdid

as P

rim

aria

s H

pl (

m)

Caudal - Q (m3/s)

Hpl vs Q

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CONCLUSIONES:

1. Se concluyen que los Números de Reynolds calculados en el presente ensayo se

demostró que cumple con la teoría del Número de Reynolds teórico.

N° Re

1 20833.465

2 19754.709

3 18077.607

4 16483.002

5 15311.552

6 13768.884

7 10791.170

8 8442.884

9 5697.765

2. A mayor caudal que pasa por la tubería, la pérdida del fluido por friccón es mayor,

(El Factor de Fricción tiende a aumentar cuando aumenta el caudal.)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.0E+00 1.0E-05 2.0E-05 3.0E-05 4.0E-05 5.0E-05 6.0E-05

rdid

as P

rim

aria

s H

pl (

m)

Caudal - Q (m3/s)

Hpl vs Q

Laminar Turbulento

Transitorio

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3. Se concluye que en este ensayo, se afirma que el flujo del fluido (agua) estudiado

en la tubería es un flujo turbulento, según el diagrama de Moody.

4. Se concluye que a mayor velocidad del fluido que pasa por la tubería, la diferencia

entre la presión de entrada y la presión de salida, tambies mayor.

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Ve

loci

dad

(m

/s)

Hpl (m)

VELOCIDAD vs Hpl

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5. Se concluye, que en el ensayo realizado se utilizaron manómetros tipo bourdon,

donde su unidad de medida es el bar, lo cual requiere su equivalencia en metros

colmna de agua (m c a).

RECOMENDACIONES:

1. Par el calculo del Número de Reynolds (Re), se recomienda emplear la siguiente

fórmula, teniendo en cuenta principalmente las unidades de cada término de la

ecuación.

2. Se recomienda que en el presente ensayo se lleve a cabo con distintos caudales.

De tal manera manera para evaluar si el caudal es proporcionalmente con la

pérdida por frcción.

3. Se recomienda tener en cuenta que un flujo es turbulento cuando el Número de

Reynolds es mayor a 4000.

4. Para que se cumpla esta relación se recomienda:

a. Trabajar con distintas graduaciones del caudal.

b. emplear la siguiente fórmula, teniendo en cuenta principalmente

las unidades de cada término de la ecuación.

Donde:

Q: Caudal en m3/s.

D: Diámetro en m2.

V: Velocidad en m/s.

5. Se recomienda que la equivalencia de un bar a metros columna de agua (m c a), se

debe realizar a la altitud que se esta ejecutando el ensayo. Como por ejmplo

nuestro ensayo se llevo a cabo a una altitud de 3279 m.s.n.m.

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ALTITUD (m.s.n.m.)

PRESIÓN (mm Hg)

3000 526

4000 462

Luego, se procede a interpolar para obtener el valor de la presión a

una altitud de 3279 m.s.n.m.

ALTITUD (m.s.n.m.)

PRESIÓN (mm Hg)

3000 526

3279 x

4000 462

Como,

Entonces, a la altitud de 3279 m.s.n.m.: