UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁCENTRO REGIONAL DE CHIRIQUÍFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL

HIDRÁULICAINFORME DE LABORATORIO #2

PERDIDA DE CARGA EN TUBERÍA

PROFESORCHINCHILLA ARIEL

ESTUDIANTESCONCEPCIÓN JIMMY 7- 709- 887

ORTEGA JORGE 4-769-2330VALDÉS DIANA 9-739-644

GRUPO 2IC131

AÑO 2015

Antecedentes:

el flujo de fluidos a través de tuberías siempre está acompañado por el rozamiento de las partículas del fluido entre sí, y por la fricción que el fluido experimenta al estar en

contacto con las paredes rugosas internas del tubo por el cual es transportado. Del mismo modo se producen pérdidas ocasionadas por una serie de accesorios que pueden estar

presentes o no en las tuberías, como lo son los codos, tés, válvulas, entre otros.

INTRODUCCIÓN

El estudio del flujo de fluidos en un sistema integrado de tuberías es una de las aplicaciones experimentales más comunes de la hidráulica, puesto que la aplicación de este ensayo hace posible realizar estudios y

análisis pertinentes a las pérdidas de energía generadas a partir de la fricción que genera el fluido al estar en contacto con las paredes rugosas del tubo por el cual es transportado y por las pérdidas ocasionadas por la

presencia de accesorios como tees, codos, válvulas, entre otros. Es por eso que un aspecto importante a tener en cuenta es precisamente las pérdidas de energía ocasionadas en un sistema de tuberías, ya sea un

fluido laminar cuando las partículas se mueven en direcciones paralelas formando capas o láminas, caracterizado por qué fluido es uniforme y regular o turbulento cuando las partículas se mueven de forma desordenada en todas las direcciones; y se es imposible conocer la trayectoria individual de cada partícula,

puesto que de este modo se estudia el comportamiento del flujo transportado.

Hay que tener en cuenta que el número de Reynolds es sumamente importante puesto que las investigaciones de Os-borne Reynolds han demostrado que el régimen de flujo en tuberías, es decir, si es

laminar o turbulento, depende del diámetro de la tubería, de la densidad, la viscosidad y de la velocidad del flujo. El valor numérico de una combinación adimensional de estas cuatro variables, conocido como el

número de Reynolds, puede considerarse como la relación de las fuerzas dinámicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de deformación ocasionados por la viscosidad. En 1850, Darcy y Weibasch,

dedujeron experimentalmente una fórmula básica para el cálculo de pérdidas de carga por fricción en tuberías. Esta se define como la pérdida de energía del fluido por el roce entre moléculas de agua y con las

paredes de la tubería Por otra parte la ecuación de Darcy se puede utilizar para calcular la perdida de energía en secciones largas y rectas de conductos redondos, tanto para flujo laminar como turbulento. La

diferencia entre los dos está en la evaluación del factor de fricción f que carece de dimensiones. El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más frecuentes, ya que ofrece no sólo mayor resistencia estructural sino mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier otra. La aplicación más específica en la determinación de la pérdidas de energía mecánica por la fricción en tuberías, radica en el momento de seleccionar, diseñar u optimizar sistemas de flujo en tuberías comerciales en plantas de procesos o redes de distribución de flujos, en los cuales el conocimiento de las variables que retardan o aceleran el moviendo de cualquier tipo de flujo son determinantes para conocer la eficiencia del proceso, selección del material de las

líneas de transporte, etc. [5] Por este motivo mediante la realización de esta experiencia se buscó analizar, estudiar y determinar la magnitud de las pérdidas de energía generadas por la fricción entre el fluido y las

paredes del tubo por el cual es transportado un fluido en una sección de tubería, asimismo se buscó cuantificar las pérdidas de energía ocasionadas por la utilización de accesorios en un sistema integrado de

tuberías.

Objetivo General

Determinar las pérdidas de carga por fricción en tuberías para el transporte de un fluido en fase líquida.

Objetivos Específicos

Determinar las pérdidas de carga por fricción experimentales y teóricas de las tuberías Comparar las pérdidas de carga por fricción obtenidas experimentalmente con las

teóricas.

MARCO TEÓRICO

Las pérdidas de energía en tuberías se miden en metros de columna de fluido circulando por la tubería, y están relacionadas con la velocidad. Estas pérdidas de energía vienen expresadas por la fórmula de Darcy-Weisbach:

h f=f ∙(Ld )(V2

2 g )Siendo:

f : coeficiente de fricción. Este factor se calculará dependiendo del tipo de flujo. En el caso de flujo laminar (Re < 2,000):

f=64ℜ

Para flujo turbulento (Re hasta 3,000,000) se utilizará la ecuación de Von Karman:

1

√ f=2 log (ℜ√ f )−0.8

Re: número de Reynolds. Este valor se obtendrá con la siguiente ecuación:

ℜ=Vdϑ

ϑ : viscosidad cinemática del fluido. L : longitud de la tubería. d : diámetro de la tubería. V : velocidad del flujo. Esta velocidad se relaciona con el caudal mediante la ecuación:

V=QA

A : área transversal de la tubería.

Q : caudal del flujo.

Fricción

Es la fuerza de rozamiento que se opone al movimiento. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Se relaciona con la caída de presión y las pérdidas de carga durante el flujo. Puede ocurrir debido a la forma o a la superficie y es función de las propiedades del fluido: viscosidad, la velocidad de circulación, diámetro de la tubería y la rugosidad.

MATERIALES Y EQUIPOS

Banco hidráulico Equipo de pérdidas de carga en tuberías Cronómetro Termómetro Probeta graduada

PROCEDIMIENTO

1. Preparar el banco hidráulico para su utilización y conectarlo al equipo de pérdidas de carga en una tubería.

2. Poner en marcha la bomba y abrir la válvula de control para un flujo laminar. Asegurarse de que el equipo de pérdida tenga todas las válvulas para flujo laminar.

3. Tomar la temperatura del agua para determinar la viscosidad cinemática.4. Tomar las lecturas del manómetro de agua, para conocer la pérdida y determinar el % de

error, junto con la pérdida obtenida a través de las fórmulas.5. Tomar tres mediciones de caudal. Abrir un poco más la válvula de salida del equipo y

tomar tres mediciones más.6. Ajustar las válvulas del equipo para flujo turbulento y abrir completamente ola válvula del

banco hidráulico. Repetir nuevamente el procedimiento, pero en lugar de tomar mediciones en el manómetro de agua tomarlas en los manómetros Bourdon.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

DATOS RECOLECTADOS EN LABORATORIOTemperatura (°C) = 23°Viscosidad Cinemática (mm2/s) = 153.70 Diámetro de la Tubería (mm) = 4Longitud de la Tubería (mm) = 500Área de la sección transversal de la tubería (mm2) = 12.5664

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Volumen (mm3) Tiempo (s) Caudal (mm3/s) H1 (mm) H2 (mm) hf exp (mm)100000 40,26 2483,854943 276 252 24100000 40,05 2496,878901 100000 40,16 2490,039841 270000 39,12 6901,840491 312 206 106275000 39,31 6995,675401 280000 39,84 7028,112450 270000 30,01 8997,001000 334 175 159390000 45,23 8622,595622 270000 30,13 8961,168271

Caudal (mm3/s)

Velocidad (mm/s)

Número de Reynolds

Coeficiente de Fricción

hf teo (mm)

hf exp (mm) % error

2483,854943 197,6584338 841,574223 0,07604795718,929069

2 2421,128878

3

2496,878901 198,6948451 845,9869718 0,07565128319,028322

7 2420,715321

9

2490,039841 198,1506112 843,6697764 0,07585906518,976203

3 2420,932486

1

Caudal (mm3/s)

Velocidad (mm/s)

Número de Reynolds

Coeficiente de Fricción

hf teo (mm)

hf exp (mm) % error

6901,840491 549,2297309 2338,466288 0,02736836552,597844

6 10650,379391

9

6995,675401 556,6968583 2370,259224 0,02700126653,312945

7 10649,704768

2

7028,112450 559,2781107 2381,249473 0,02687664653,560143

4 10649,471562

8

Diametro de la tubería 4 mmArea 12,5664 mm2

Viscosidad cinematica 9,3947E-07 m2/sViscosidad cinematica 0,93947 mm2/s

Longitud 500 mmpeso especifico 9,784E-09 Kn/mm

Caudal (mm3/s)

Velocidad (mm/s)

Número de Reynolds

Coeficiente de Fricción

hf teo (mm)

hf exp (mm) % error

8997,001000 715,9569168 3048,343925 0,02099500668,564734

4 15956,877525

5

8622,595622 686,1627532 2921,488726 0,02190663965,711449

7 15958,672044

2

8961,168271 713,1054455 3036,203159 0,02107895868,291658

8 15957,049271

2

Volumen (mm3) Tiempo (s) Caudal (mm3/s) H1 (KPa) H2 (KPa) hf exp (mm)500000 10,06 49701,78926 144 178 3475,061325530000 10,02 52894,21158 525000 9,93 52870,09063 490000 10,02 48902,19561 191 164 2759,607522495000 10,10 49009,90099 485000 9,95 48743,718593 390000 10,03 38883,349950 218 205 1328,699918390000 10,00 39000,00000 380000 9,93 38267,87513

Caudal (mm3/s)

Velocidad (mm/s)

Número de Reynolds

Coeficiente de Fricción

hf teo (mm)

hf exp (mm) % error

49701,78926 3955,133472 16839,85001 0,0274881322739,5455

23475,0613

221,165548

8

52894,21158 4209,177774 17921,49946 0,0270621193054,6914

83475,0613

212,096760

5

52870,09063 4207,258295 17913,32685 0,0270652063052,2542

13475,0613

212,166896

6

Caudal (mm3/s)

Velocidad (mm/s)

Número de Reynolds

Coeficiente de Fricción

hf teo (mm)

hf exp (mm) % error

48902,19561 3891,50398 16568,93346 0,0276007022662,9688

92759,6075

23,5018976

3

49009,90099 3900,074881 16605,42596 0,0275853932673,2284

62759,6075

23,1301211

3

48743,718593 3878,892809 16515,23863 0,0276233112647,9043

72759,6075

24,0477911

1

Caudal (mm3/s)

Velocidad (mm/s)

Número de Reynolds

Coeficiente de Fricción

hf teo (mm)

hf exp (mm) % error

38883,349950 3094,231439 13174,37039 0,0292653461785,1316

71328,6999

234,351755

8

39000,00000 3103,514133 13213,89351 0,0294267621805,7637

91328,6999

235,904560

8

38267,87513 3045,253623 12965,83658 0,0293865181736,2252

91328,6999

230,670986

4

CONCLUSIONES

Las pérdidas por fricción debido a la rugosidad de las paredes de unatubería en contacto con el fluido definitivamente deben tomarse en cuentaen el diseño de una instalación de tuberías. Estas pérdidas además puedenser cuantiosas debido a la oxidación interna o al depósito de sustanciasdentro de los conductos, por lo que se deben prever en el planeamientoinicial aumentando el diámetro de las tuberías o plantear una estrategia paralimpiarlas por periodos. De esta forma se evitarán caídas de presión nodeseadas.accesorio.

En este ensayo, hubo variación, analizando los datos en el diagrama deMoody, el flujo de agua estudiado en la tubería se encuentra en la zonade transición turbulenta en la segunda parte del análisis, mientras que la primera está en el estado de flujo laminar. Sin embargo, con caudales altos, se trabaja en lazona meramente turbulenta donde la rugosidad de las tuberías puedeconsiderarse constante.

ANEXOS

Toma de temperatura y algunas lecturas de las diferencias de presión.