perdidas por friccion en una tuberia

8/18/2019 Perdidas Por Friccion en Una Tuberia

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LABORATORIO N°4

PERDIDAS POR FRICCION EN UNA TUBERIA

GERSON FABRI LOPEZ CHAPARRO

EDNA XIMENA VERDUGO GIL

GILBERTO ECHEVERRIA ZAMBRANO

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA INGENIERIA CIVILTUNJA

2013


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LABORATORIO N° 4

PERDIDAS POR FRICCION EN UNA TUBERIA

GERSON FABRI LOPEZ CHAPARRO COD: 201021 04

EDNA XIMENA VERDUGO GIL COD: 201022!12

GILBERTO ECHEVERRIA ZAMBRANO COD: 200 210"0

FEHA DE REALIZACION: 1 DE NOVIEMBRE DE 2013FECHA DE ENTREGA: 1! DE NOVIEMBRE DE 2013

P#$%$&'()* (:ING+ MEL,UIZEDEC CORTES ZAMBRANO

E& -( (%./&(' #( )$:HIDRAULICA

M*&.'*#:ALEXANDER ROJAS

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA INGENIERIA CIVILTUNJA

2013


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1+ OBJETIVOS

1+1 OBJETIVO GENERAL

• Identificar, analizar y calcular las perdidas por fricción de unfluido en un sistema de tuberías.

1+2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Determinar la relación entre el gradiente hidráulico y lavelocidad media del flujo.

• Analizar la relación e istente entre el coeficiente de fricción eln!mero de "eynolds.

• #alcular la viscosidad dinámica a partir de la e presión de$oiseuille.

• Analizar la posible variación de la viscosidad e perimental yteórica por medio de la temperatura.

2+ MARCO TEORICO


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P #).)(% .)# -. (%:

%as p&rdidas de carga hidráulica son las p&rdidas de energía 'ue seproducen en una tubería o cual'uier conducto por la 'ue se mueva un fluido,por efecto del rozamiento del mismo sobre la superficie. (sualmente semiden en metros )m*, y para cada sección de tubería, se pueden encontrar los valores tabulados, 'ue se obtienen de manera e perimental. +n unconducto las p&rdidas hidráulicas pueden ser por fricción o por accesorias.

%as p&rdidas por fricción se dan por el contacto del fluido con las paredes delas tuberías y conductos 'ue por lo general son rugosos. e presenta por'ueal estar el fluido en movimiento habrá una resistencia 'ue se opone a dicho

movimiento, convirti&ndose parte de la energía del sistema en energíat&rmica, 'ue se disipa a trav&s de las paredes por la 'ue circula el fluido.

(na de las metodologías más usadas para determinar las perdidas por fricción -hf es la de Darcy/0eisbach donde hf es proporcional a la altura develocidad, como se muestra en la siguiente e presión1

hf = f . V 2. L

2 . g . D

f 1 2actor de fricción sin dimensiones

g 1 Aceleración de la gravedad en m3s 4 hf 1 $&rdida por fricción, en m.

D: diámetro, en m.L: longitud del tubo, en m.

+n estructuras largas, las p&rdidas por fricción son muy importantes, por lo'ue ha sido objeto de investigaciones teórico/e perimentales para llegar a

soluciones satisfactorias de fácil aplicación.

$ara estudiar el problema de la resistencia al flujo resulta necesario unestudio de la clasificación inicial de los flujos laminar y turbulento.

5sborne "eynolds -6778 en base a sus e perimentos fue el primero 'uepropuso el criterio para distinguir ambos tipos de flujo mediante el n!mero'ue lleva su nombre, el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzasviscosas sobre las de inercia.


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+l flujo laminar se caracteriza por'ue el movimiento de las partículas seproduce siguiendo trayectorias separadas perfectamente definidas, nonecesariamente paralelas, sin e istir microscópica o intercambio transversalentre ellas.

+n un flujo turbulento, las partículas se mueven sobre trayectoriascompletamente erráticas, sin seguir un orden establecido. + isten pe'ue9ascomponentes de la velocidad en direcciones transversales a la delmovimiento general, las cuales no son constantes sino 'ue fluct!an con eltiempo, de acuerdo con una ley aleatoria, aun cuando el flujo general seapermanente.

+n el caso de un conducto cilíndrico a presión, el n!mero de "eynolds sedefine así1

ℜ= ρ .V . Dµ

= V . Dυ

Donde : densidad del fluido;:velocidad media del flujo. /6 .

: viscosidad cinemática -= 4> /6 .


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%aminar -"e?4@@@transicional -4@@@?"e? @@@

turbulento -"eB @@@

$ar aflujo laminar con "eynolds ? 4@@@ utilizamos la ecuación de Cagen/poiseuille.

%as p&rdidas de energía por accesorios se dan por un cambio de dirección yvelocidad del fluido en las válvulas, t&s, codos, aberturas graduales y s!bitas,entre otros A medida 'ue un fluido fluye por un conducto, tubo o alg!n otrodispositivo, ocurren p&rdidas de energía debido a la fricción 'ue hay entre ellí'uido y la pared de la tubería tales energías traen como resultado unadisminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo.

e llama vertedero a la estructura hidráulica sobre la cual se efect!a unadescarga a superficie libre. +l vertedero puede tener diversas formas seg!nlas finalidades a las 'ue se destine. i la descarga se efect!a sobre unaplaca con perfil de cual'uier forma pero de arista aguda, el vertedero se

llama de pared delgada cuando la descarga se realiza sobre una superficie,el vertedero se denomina de pared gruesa. Ambos tipos pueden utilizarsecomo dispositivos de aforo en el laboratorio o en canales de pe'ue9asdimensiones. +l vertedero de pared gruesa se emplea además como obra decontrol o de e cedencias en una presa y como aforador en grandes canales.

VERTEDEROS DE PARED DELGADA 5SHARP6CRESTED 7EIRS8


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%a utilización de vertederos de pared delgada está limitada generalmente alaboratorios, canales pe'ue9os y corrientes 'ue no lleven escombros ysedimentos. %os tipos más comunes son el vertedero rectangular y eltriangular. %a cara de aguas arriba debe ser instalada verticalmente y elborde de la placa debe estar cuidadosamente conformado. %a estructuradelgada está propensa a deteriorarse y con el tiempo la calibración puedeser afectada por la erosión de la cresta.+l vertedero triangular es preferido cuando las descargas son pe'ue9as,por'ue la sección transversal de la lámina vertiente muestra de maneranotoria la variación en altura. %a relación entre la descarga y la altura sobrela cresta del vertedero, puede obtenerse matemáticamente haciendo lassiguientes suposiciones del comportamiento del flujo1

(+ Aguas arriba del vertedero el flujo es uniforme y la presión varía con laprofundidad de acuerdo con la hidrostática -p:Egh .

9+ %a superficie libre permanece horizontal hasta el plano del vertedero ytodas las partículas 'ue pasan sobre el vertedero se muevenhorizontalmente -en realidad la superficie libre cae cuando se apro ima alvertedero .

+ %a presión a traves de la lámina de lí'uido o capa 'ue pasa sobre la crestadel vertedero es la atmosf&rica.

)+ %os efectos de la viscosidad y de la tensión superficial son despreciables.

+stas suposiciones conducen al siguiente modelo de flujo ideal1


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3+ E,UIPOS Y PROCEDIMIENTO

3+1 E,UIPOS Y MATERIALES

$ara la toma de información, se contó con los siguientes e'uipos1

• #anal "ectangular • $laca de 5rificio• Faldes• #ronometro• =etro• %imnímetro

3+2 PROCEDIMIENTO

Antes de empezar la toma de datos, se aclaró en 'u& consistía el laboratorioy a su vez el funcionamiento de los e'uipos utilizados.

• e ubica el canal en posición diagonal con una pendiente de @.@8 G.• e distribuye el espacio del canal y se realizan respectivas marcas

para la toma de datos.• e ubica el vertedero rectangular en la lectura .• e abre las válvulas para un caudal determinado.


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• e toma tirantes con el limnímetro a lo largo del canal, aguas arriba yaguas abajo del vertedero.

• e toma la altura de vertedero del canal.• e ubica una caneca de 666 lts, a la salida del canal y se miden tres

tiempos de llenado para esta.• e realiza el procedimiento anterior para la toma de cuatro lecturas

sobe el canal.

4+ RESULTADOS


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F -cm : 47.4H -cm : 67.

>abla JK61 Datos obtenidos en el laboratorio de hidráulica.

CALCULOS

B(m) 0,282W(m) 0,185

pendiente 0%

# LM.L6

J 4.M


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+ EJEMPLOS DE CALCULOS REALIZADOS

2ormula básica para hallar N e p 1

N: #OCPn

N : LM.L6O -@.@LQ P4.MM

N: @.@6Lm

3

s

# : LM.L6

n : 4.MM

2ormula básica para hallar N ideal1

N ideal : 438 O -4g P634 O C P834

N ideal : @.LLLO . 8O -@.@LQ P834

N ideal : @.@ 6m

3

s


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$ara vertederos rectangulares1

N real : 438O #dO-4g P634O bOCP834

#d :3∗Q real

2∗√ 2 g∗b∗ H 3 / 2

#d :3∗(0.0164 )

2∗4.43 ∗0.235 ∗(0.067 )3 /2

#d : @.84@Q

"+ ANALISIS DE RESULTADOS

e evidencia 'ue el coeficiente de descarga alcanza valores promediocercanos a uno, de lo cual se deduce 'ue el caudal real es prácticamente el

mismo caudal teórico, con ello se aprecia 'ue la perdida de energía es muype'ue9a al descargar por este tipo de orificio, sin embargo en los caudales y 6@ se observa un coeficiente de descarga mayor 'ue uno, lo 'uedesconcierta y genera ciertas in'uietudes, ya 'ue nunca el coeficiente dedescarga debe ser mayor 'ue uno. Al revisar los datos tomados y calculadospara estos dos caudales se observan algunas inconsistencias tanto en eltiempo como en las cargas del pitot y sobre el orificio, esto nos lleva aconcluir 'ue hubo un error al tomar estos datos, error no solo en la medición,sino en fallas del sistema, puesto 'ue el día de la practica el 'uipo presentofallas en el momento de la calibración.

5tro aspecto 'ue demuestra inconsistencias en los coeficientes es el áreadel chorro, el cual llama la atención sobre todo en el caudal n!mero , puesevidenciamos 'ue el caudal del chorro es mayor 'ue el caudal del orificio,este dato demuestra consistentemente un error de precisión al tomar eldiámetro del chorro, pues de otro modo el área del chorro sería menor 'ueel área transversal del orificio, trayendo consigo coeficientes menores a unodeterminamos a fin de cuentas 'ue hubo imprecisión en la toma de datos a


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partir del caudal hasta el numero 6@ pues en estos datos el diámetro delchorro es mayor 'ue el diámetro del orificio.

De la gráfica Nr vs -C 634 y la deducción matemática realizada para hallar el

coeficiente de descarga se observa de nuevo 'ue este coeficiente es uno, lo'ue indica de nuevo 'ue las p&rdidas son nulas y el área del chorro esprácticamente el área del orificio, sin embargo estos datos vuelven ademostrar la inconsistencia en los mismos. De la misma grafica se deduce'ue la proporcionalidad 'ue hay entre el caudal y la carga de medición delpitot, permite 'ue conforme aumenta el caudal sobre dicho orificio así mismoaumente el coeficiente lo 'ue nos hace pensar 'ue al aumentar el caudaldisminuyen las perdidas, esta deducción en otro conte to puede llegar a ser errónea.

;+ CUESTIONARIO

1. Graficar Q exp vs H, realizar una regresión Q exp= C* H^nobtener coeficientes C y los coeficientes e escarga.


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donde 1 # : 6.L4

n : 6.LM 7

!. Calcular el cau al calibra o o teórico.

2ormula básica para hallar N ideal1

N ideal : 438 O -4g P634 O C P834

N ideal : @.LLLO . 8O -@.@LQ P834

N ideal : @.@@ 6m

3

s

". valores obteni os por el #$to o el aforo e cau ales.

la capacidad de la caneca utilizada en el laboratorio es de 666 lts y elaforo se determina con la capacidad de la caneca y el tiempo dellenado

%. graficar Q exp vs Q teórico, realizar regresión e Qexp = & '(Qt


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el valor de la pendiente es igual al caudal teorico lo 'ue corresponde a

Q teorico = )."% %

+. ibu e perfiles e flu o.


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-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

10

20

30

Perfl de ujo Q2

Punto

Tirante (cm)

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

10

20

30

Perfl de ujo Q3

Punto

Tirante (cm)


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-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

5

10

15

2025

30

Perfl de ujo Q4

Punto

Tirante (cm)

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

5

10

15

20

25

Perf de !u"o #5

nota- e obtuvo de hacer distancias de profundidad vs la velocidad.

. Que consi eraciones se eber an tener en cuenta si el verte eroest/ inclina o.

• Nue a mayor inclinación la velocidad va a aumentar debido a la

gravedad.• Nue el caudal será mayor ya 'ue este es igual a área por velocidad

y si aumenta la velocidad aumenta el caudal.

• A mayor inclinación el tiempo de llenado para el caso de la canecava a ser menor.


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+ CONCLUSIONES

/ los posibles errores 'ue se presentaron en el desarrollo del laboratorio sedeben a la calibración de los e'uipos utilizado, ya 'ue estaban presentandofallas en el momento de utilizarlos.

/+l m&todo más asertivo a la hora de hallar el coeficiente de descarga es el'ue relaciona los caudales, tanto el e perimental como el teórico, esto secorroboro al analizar los cambios generados a partir del cálculo delcoeficiente conforme aumentaba el caudal e perimental al incrementar lacarga sobre el orificio.

/ se demostro 'ue a partir de las medidas con el tubo pitot se puedendeterminar diferentes relaciones hidráulicas en las descargas por un orificioademás es posible establecer a partir de estas relaciones otros factores ycondiciones 'ue se presentan en el flujo a descarga libre, esto es muyimportante puesto 'ue en otros tipos de flujo o sistemas hidrodinámicoshabrá la necesidad de obtener todos los datos con el fin de adecuar lossistemas a las necesidades ingenieriles.

/Durante el desarrollo del e perimento se analizaron diferentes m&todos para

calcular el coeficiente de descarga, y por consiguiente diversas vías paradeterminar la descarga real, esto es de suma importancia si t&menos encuenta 'ue los coeficientes determinados fueron apro imados lo 'ue indica'ue en un momento dado cual'uier camino o metodología 'ue se desarrollepara establecer los coeficientes y el flujo será acertado y bienfundamentado.


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!+ BIBLIOGRAFIA%oma 0. "., aul A.R. %aboratory 0orS in Cydraulics. Folton Instituteof >echnology.Treat Fritain 6MQM.

perdidas por friccion en una tuberia

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