Lab Ing2_flujo Interno i

8/14/2019 Lab Ing2_flujo Interno i

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-----------------------------FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA------------------------------LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA II-----------------------------------------------MN-463ING.LASTRA

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RESUMEN

Durante el desarrollo de esta experiencia nos dar a conocer como en simples tuberas puede

llegar a tener un principio muy importante y usado, como son las perdidas primarias o

secundarias.

En el desarrollo de este informe veremos las tendencias que las perdidas tienen a lo largo de todo

su sistema y como estas pueden variar dependiendo de qu caudal dispongamos en el mismo

dndonos haci resultados muy importantes en nuestro estudio de perdidas en tuberas.

Tambin lograremos distinguir como la rugosidad de las tuberas pueden ocasionar una mayor o

menor perdida. Asi como tambin un buen diseo nos proporcionara mejores resultados para una

instalacin


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FLUJO INTERNO I: BANCO DE TUBERIAS

I. OBJETIVOS- Determinar las prdidas de energa, en los diferentes conductos para transporte de

fluidos incompresibles (tuberas y codos), en este caso empleando agua a una

determinada presin y temperatura.

- Comprobar el cumplimiento de las leyes que rigen el comportamiento de los fluidos entuberas y accesorios.

II. FUNDAMENTO TEORICOFLUIDOS EN MOVIMINETO

Cuando un fluido est en movimiento, el flujo se puede clasificar en dos tipos:

a) Flujo estacionario o laminar:si cada partcula de fluido sigue una trayectoria uniforme y estas

no se cruzan, es un flujo ideal. Por ejemplo el humo de cigarrillo justo despus de salir del cigarro

es laminar. En el flujo estacionario la velocidad del fluido permanece constante en el tiempo.

Sobre una velocidad crtica, el flujo se hace turbulento.

b) Flujo turbulento: es un flujo irregular con regiones donde se producen torbellinos. Por ejemplo

el humo de cigarrillo en la parte superior alejada del cigarro es turbulento.

El flujo laminar se vuelve turbulento por efecto de la friccin que tambin est presente en los

fluidos y surge cuando un objeto o capa del fluido que se mueve a travs de l desplaza a otra

porcin de fluido; lo notas por ejemplo cuando corres en el agua. La friccin interna en un fluido

es la resistencia que presenta cada capa de fluido a moverse respecto a otra capa. La friccin

interna o roce de un fluido en movimiento se mide por un coeficiente de viscosidad. Por efecto dela viscosidad parte de la energa cintica del fluido se transforma en energa trmica, similar al

caso de los slidos. Debido a que el movimiento de un fluido real es muy complejo,

consideraremos un modelo de fluido ideal con las siguientes restricciones:

Fluido incompresible -densidad constante

Flujo estacionario, laminarla velocidad en cada punto es constante.

Rotacionalno tiene momento angular.


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Bajo estas condiciones necesitaremos dos ecuaciones que describan el movimiento de los fluidos.

ECUACION DE CONTINUIDAD: Conservacin de la masa

Considerar un fluido que se mueve a lo largo de un tubo de corriente, cuya seccin transversal

disminuye en direccin del flujo, como en la figura. En un intervalo t en la seccin ms ancha del

tubo de reaA1, el fluido se mueve una distancia x1 = v1 t. La masa contenida en el volumenA1

x1 es m1 = 1A1 x1. De manera similar, en la seccin angosta del tubo de reaA2, se obtienen

expresiones equivalentes en el mismo t, cambiando el subndice 1 por 2. Pero la masa se

conserva en el flujo estacionario, esto es la masa que cruza porA1 es igual a la masa que pasa por

A2 en el intervalo de tiempo t.

Ecuacin de continuidad y conservacin de la masa:

Masa que entra o sale en un intervalo de tiempo dt:

Para lquidos se tiene que:


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ECUACION DE BERNOULLI: Conservacin de la Energa

La ecuacin de Bernoulli slo vale para fluidos perfectos, es decir para fluidos sin viscosidad:

Ntese que cuando la velocidad es cero, se recupera la ecuacin fundamental de la hidrosttica.

Un buen ejemplo de esto es observar el vuelo de los aviones. En los cuales, si nos fijamos en el ala

del avin, veremos que el aire que fluye por encima del ala y el que fluye por debajo del ala tarda

el mismo tiempo aunque el espacio recorrido no es el mismo; as pues , por

eso se genera una fuerza de sustentacin que hace que el ala planee.

Efecto Venturi: cuando aumenta la velocidad de un fluido, disminuye su presin.

Conservacin de la energa:

NUMERO DE REYNOLS

El nmero de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del escurrimiento, es decir, si se trata de

un flujo laminar o de un flujo turbulento; adems, indica, la importancia relativa de la tendencia

del flujo hacia un rgimen turbulento respecto a uno laminar y la posicin relativa de este estado

de cosas a lo largo de determinada longitud:


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En donde D es el dimetro interno de la tubera, V es la velocidad media del fluido dentro de la

tubera y es la viscosidad cinemtica del fluido. El nmero de Reynolds es una cantidad

adimensional, por lo cual todas las cantidades deben estar expresadas en el mismo sistema de

unidades.

PERDIDAS:Por Friccin en las Tuberas

Las perdidas lineales son debidas a las tensiones cortantes de origen viscoso que aparecen entre el

fluido y las paredes de la tuberia. Colebrook ide una frmula emprica para la transicin entre el

flujo en tubos lisos y la zona de completa turbulencia en tubos comerciales:

[

]

En donde,

f = factor terico de prdidas de carga.

D = dimetro interno de la tubera.

= Rugosidad del material de la tubera.

Re = nmero de Reynolds.

La relacin /D es conocida como la rugosidad relativa del material y se utiliza para construir el

diagrama de Moody.

La ecuacin de Colebrook constituye la base para el diagrama de Moody.

DIAGRAMA DE MOODY

0,0000

0,0100

0,0200

0,0300

0,0400

0,0500

0,0600

0,0700

0,0800

0,0900

0,1000

100 1000 10000 100000 1000000 10000000

Numero de Reynolds (Re)

CoeficientedeRozamiento(f)

0.0001

0.00060.0008

0.002

0.004

0.02

Rugo

sidadRelativa

(/D

0.0002

0.04

0.03

0.05

0.01

0.001


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Debido a varias inexactitudes inherentes presentes (incertidumbre en la rugosidad relativa,

incertidumbre en los datos experimentales usados para obtener el diagrama de Moody, etc.), en

problemas de flujo en tuberas no suele justificarse el uso de varias cifras de exactitud. Como

regla prctica, lo mejor que se puede esperar es una exactitud del 10%.

La ecuacin de Darcy-Weisbach se utiliza para realizar los clculos de flujos en las tuberas. A

travs de la experimentacin se encontr que la prdida de cabeza debido a la friccin se puede

expresar como una funcin de la velocidad y la longitud del tubo como se muestra a continuacin:

En donde,

hf= Prdida de carga a lo largo de la tubera de longitud L., expresada en N*m/N

L = Longitud de la tubera, expresada en m.

D = Dimetro interno de la tubera, expresada en m.

V = Velocidad promedio del fluido en la tubera, expresada en m/s.

El factor de friccin f es adimensional, para que la ecuacin produzca el correcto valor de las

prdidas. Todas las cantidades de la ecuacin excepto f se pueden determinar

experimentalmente.

PERDIDAS:Por Accesorios

Las prdidas singulares son las producidas por cualquier obstculo colocado en la tubera que

suponga una mayar o menor obstruccin al paso del flujo: entradas y salidas de las tuberas,

codos, vlvulas, cambios de seccin, etc. Normalmente son pequeas comparadas con las

prdidas lineales, salvo que se trate de vlvulas casi completamente cerradas. Para su estimacin

se suele emplear la siguiente expresin:

Donde:

: perdidas menoresV: velocidad promedio

: coeficiente de resistencia es medido de manera experimental y depende del tipo de accesorio yde la velocidad promedio.


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III. MATERIALESPara la presente experiencia de laboratorio se hace uso del siguiente equipo:

1. Cronmetro2. Una wincha de 3 m3. Manmetros de mercurio y de agua4. bombas tipo HIDROSTAL:

- Potencia : 1 HP- Tipo : BIC - 1- N de serie 7509584

5. Manmetro instalado antes del banco de tuberas.- Rango de trabajo: 0 a 12 PSI (5 a 300 kg/cm2)

6. Vlvulas, entre ellas una vlvula principal que regula el caudal de entrada al bancode tuberas.

7. Placa con orificio:- Manmetro en U, Fisher Scientific U.S.A.,- rango de columna de mercurio: -18 a 18 pulgadas.

8. Tubo de Ventur:- Manmetro en U, Owyer MFG Co. U.S.A.,- rango de columna de mercurio: -6 a 6 pulgadas.


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IV. PROCEDIMIENTOPara la presente experiencia de laboratorio se hace uso del siguiente equipo:

Consta de 2 codos, banco de tuberas , medidor de caudal ,vlvula reguladora,motobombas, agua, manmetros de agua y mercurio.

MOTOBOMBA

ORIFICIO

CAMBIO DE SECCION

355 cm

DE CAUDAL

TANQUE MEDIDOR

VENTURI

MEDIDOR DEVOLUMEN

GENERALTOMA

1"

1/2"

3/4"

1 1/4"

CODO 90

CODO 90

ESQUEMA DEL BANCO DE TUBERAS DEL LABORATORIO DE MAQUINAS TRMICAS


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DISPOSICIN DE LOS ELEMENTOS USADOS EN EL BANCO INDICANDO SUS DIMENSIONES

1. Vemos en que seccin de las tuberas va a fluir el agua2. Colocamos los tubos que conectaran el manmetro de mercurio y agua

respectivamente para medir su presin gracias a la altura.

3. Al inicio la vlvula que regula el caudal del banco de tuberas debe estar cerradacuando encendemos el equipo la abrimos poco a poco para no derramar mercurio

del manmetro

4. Medimos el radio de los codos 90 para calcular las perdidas

1

1

Manmetro

Manmetro

1 Rcurv1

1 Rcurv3

motobombas


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5. Medimos la distancia de la tubera horizontal de o 1 , etc. para calcularprdidas.

6. Alistamos El Tanque Medidor De Caudal Medimos Con El Cronometro Y Con LaWincha Medimos Las Dimensiones Para Calcular El Volumen

7. Encendemos la motobomba a o b con el pulsador y tomamos datos.8.

Tomamos 4 datos para diferentes tipos de presin variando el caudal con lavlvula reguladora.


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V. CALCULOSLos clculos generales que se realizaran durante la experiencia sern los siguientes:

Caudal:

Velocidad media:

Clculo del Nmero de Reynolds

Clculo del factor de friccin

Sabemos que:

g

V

D

LfHf

2

2

LVgDHff 22

Clculo de e/D: Del diagrama de Moody se determina el contenido con los datos Re y f.

e

71.3Re

51.2log2

1

ff


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Simbologa

- P Presin Esttica (N/ m2)- Pv Presin de Velocidad (N/m2)- PT Presin Total o de Estancamiento (N/m2)- Densidad (Kg/m3)- V Velocidad (m/s)- g Gravedad (m/s2)- G Peso Especfico (N/m2)- Viscosidad absoluta (N-S/m2)- U Viscosidad cinemtica (m2/s)- T Tensin constante- DH Dimetro hidrulico- Hf Prdidas primarias (m)- Hs Prdidas secundarias (m)- f Factor de friccin- Le Longitud equivalente (m)- K Constante del elemento que produce prdida- Re Nmero de Reynolds

Para los codos se empleo la siguiente frmula:

g

VKHf

2

2

2

2

V

gHfK


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VI. RESULTADOSLos resultados obtenidos mediante las ecuaciones anteriormente mencionadas son los siguientes

La tubera larga de 1 :

Q m3/s Hf f

0.00057366 0.216028 0.07076458

0.00067747 0.30062616 0.07061027

0.00066748 0.29187869 0.07062305

0.0008299 0.45012265 0.07045305

0.00139089 1.25926626 0.07016977

De donde podemos graficar la siguiente relacin:

Debido a que la grafica anterior cumple con la tendencia:

Podemos obtener la siguiente expresin:

Donde nuestros valores x y y estarn representados de la manera siguiente:

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016

Hf

CAUDAL (Q/m3)

Q vs Hf


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Donde:

n=1.9907

C=612350.39

De lo cual tambin podemos tambin calcular la siguiente grafica D/e vs1/

y = 1.9907x + 5.787

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

-3.3 -3.25 -3.2 -3.15 -3.1 -3.05 -3 -2.95 -2.9 -2.85 -2.8

logHf

log Q

logQ vs log Hf

0.0701

0.0702

0.0703

0.0704

0.0705

0.0706

0.0707

0.0708

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

1/!f

D/e

D/e vs 1/!f


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La tubera larga de :

Q m3/s Hf f

0.00011676 0.66847391 0.07183558

0.00019102 1.76919568 0.07103567

0.00027592 3.67118584 0.07064332

0.00040681 7.94784571 0.07035706


Basndonos en la ecuacin mencionada de la tubera de 1

0

1

2

3

4

5

6

78

9

0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.00045

Hf

CAUDAL (Q/m3)

Q vs Hf

y = 1.9833x + 7.6242

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-4 -3.9 -3.8 -3.7 -3.6 -3.5 -3.4 -3.3

logH

f

log Q

log Q vs log Hf


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De donde.

n=1.9833

C=42092042.47

De lo cual tambin podemos tambin calcular la siguiente grafica D/e vs1/

Para el codo estndar de cobre tipo K:

Q m3/s Hf

0.00057366 0.00800783

0.00067747 0.01116811

0.00066748 0.01084118

0.0008299 0.01675914

0.00139089 0.04707478

0.0702

0.0704

0.0706

0.07080.071

0.0712

0.0714

0.0716

0.0718

0.072

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000

1

/!f

D/e

D/e vs 1/!f


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De donde.

n=1.9833

C=42092042.47

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0.05

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016

Hf

CAUDAL (Q/m3)

Q vs Hf

y = 2x + 4.3862

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-3.3 -3.25 -3.2 -3.15 -3.1 -3.05 -3 -2.95 -2.9 -2.85 -2.8

log

Hf

log Q

log Q vs log Hf


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Para el codo largo de cobre tipo K:

Q m3/s Hf0.00027165 0.02214878

0.00041808 0.05246276

0.00052776 0.08359703

0.00059067 0.10471756

0.00067107 0.13516581

0.00066792 0.13389963


0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008

Hf

CAUDAL (Q/m3)

Q vs Hf


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De donde.

n=2

C=300123.49

y = 2x + 5.4773

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-3.6 -3.55 -3.5 -3.45 -3.4 -3.35 -3.3 -3.25 -3.2 -3.15

log

Hf

log Q

log Q vs log Hf


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VII. RECOMENDACIONES- Se deber de delegar a los alumnos a distintas posiciones para que no haya un problema

de recoleccin de datos

- Durante la edicin de los caudales este solo deber ser tomado por un alumno para noprovocar el exceso de error durante la medicin de los clculos

- En la medicin del caudal se deber de realizar con el mayor volumen posible, ya que asse lograra disminuir el error al momento de la lectura del cronometro

- Para calcular la diferencia de presin en los tubos largos se deber de abrir la vlvula demanera lenta ya que en este podra salirse el mercurio existente en el mismo

-VIII. OBSERVACIONES- Durante la lectura del manmetro se procedi a la observo de manera visual.- Durante el cambio de las mangueras para la medicin de las presiones hubo pequeos

fugas de agua el cual fue repuesto casi en su totalidad al momento de la reinstalacin del

mismo

- Tambin se observa que la diferencia de presiones en el tubo de 1 es menor de loesperado debido a ello se procedio a encender las dos bombas durante la experiencia de

la misma

-IX. CONCLUCIONES- Las graficas cumplen con las tendencias estudiadas segn el principio estudiado por

DarcyWeisbach

- Se puede concluir que las perdidas en los codos son mayores que en los tubos largos estoes debido que al momento de realizar la curva este posee muchas obstrucciones debido a

su mismo diseo y su antigedad.

- Cuando se compara con su dimetro, el que posea el mayor dimetro tendr una menortendencia a las perdidas, concluyendo as que las prdidas son inversamente

proporcionales a su dimetro correspondiente

- Analizando los resultados de las prdidas de carga generadas por los accesorios seconcluye que al aumentar el caudal, ls prdidas se hacen mayores,

establecindose una relacin directamente proporcional. De igual manera es el

comportamiento de las prdidas por unidad de longitud, respecto a la variacin del

caudal

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