Perdidas de Cargas en Tuberias - Flujo Laminar

INFORME Nº 012 – 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 LAMINAR) 1.2. Fecha:

FECHA DEL ENSAYO : 20 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 LAMINAR.

3.

EQUIPOS Y/O MATERIALES

 Banco Hidraúlico - FME 00

 Termómetro

 Cronómetro

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 laminar. 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 (mm) P2 (mm) 0.1 13.1 230 43 0.1 14.14 227 54 0.1 15.18 219 68 0.1 16.4 206 90 0.1 19.07 198 102 0.1 23.14 194 110 0.1 24.81 190 119

6.

TABLA DE DATOS PROCESADOS

6.1.

CÁLCULO DE PERDIDAS PRIMARIAS (H

PL

)

 Calculo de los caudales.

Entoces: ⁄

 Calculo de la Perdida Primaria (H

PL

)

VOLÚMEN (m3) TIEMPO (s) Q (m3/s) P1 (m) P2 (m) Hpl (m) log Q log Hpl 1.00E-04 13.1 7.63E-06 0.230 0.043 0.187 -5.11727 -0.72816 1.00E-04 14.1 7.07E-06 0.227 0.054 0.173 -5.15045 -0.76195 1.00E-04 15.2 6.59E-06 0.219 0.068 0.151 -5.18127 -0.82102 1.00E-04 16.4 6.10E-06 0.206 0.090 0.116 -5.21484 -0.93554 1.00E-04 19.1 5.24E-06 0.198 0.102 0.096 -5.28035 -1.01773 1.00E-04 23.1 4.32E-06 0.194 0.110 0.084 -5.36436 -1.07572 1.00E-04 24.8 4.03E-06 0.190 0.119 0.071 -5.39463 -1.14874  GRÁFICO N° 1-1 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

3.0E-06 4.0E-06 5.0E-06 6.0E-06 7.0E-06 8.0E-06

PE R D ID A S PRIM A R IA S H p l (m ) CAUDAL - Q (m3/s)

Q vs Hpl

 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):

Despejando nos queda:

-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 -5.5 -5.4 -5.4 -5.3 -5.3 -5.2 -5.2 -5.1 lo g H p l log Q

log Q vs log Hpl

0.0795

VOLÚMEN (m3) TIEMPO (s) Q (m3/s) V (m/s) V2 (m2/S2) Hpl

(m) f log V log Hpl log f

1.00E-04 13.1 7.63E-06 0.6075 0.3690 0.187 0.0795 -0.21648 -0.72816 -1.09941 1.00E-04 14.14 7.07E-06 0.5628 0.3167 0.173 0.0857 -0.24966 -0.76195 -1.06685 1.00E-04 15.18 6.59E-06 0.5242 0.2748 0.151 0.0862 -0.28048 -0.82102 -1.06427 1.00E-04 16.4 6.10E-06 0.4852 0.2354 0.116 0.0773 -0.31405 -0.93554 -1.11165 1.00E-04 19.07 5.24E-06 0.4173 0.1741 0.096 0.0865 -0.37956 -1.01773 -1.06282 1.00E-04 23.14 4.32E-06 0.3439 0.1183 0.084 0.1115 -0.46357 -1.07572 -0.95279 1.00E-04 24.81 4.03E-06 0.3207 0.1029 0.071 0.1083 -0.49384 -1.14874 -0.96528  GRÁFICO N° 2-1 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 -1.15 -1.10 -1.05 -1.00 -0.95 -0.90 lo g V log f

log V vs log f

 GRÁFICO N° 2-2  GRÁFICO N° 2-3  GRÁFICO N° 2-4 -1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -1.15 -1.10 -1.05 -1.00 -0.95 -0.90 lo g H p l log f

log Hpl vs log f

-0.55 -0.50 -0.45 -0.40 -0.35 -0.30 -0.25 -0.20 -1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 lo g V log Hpl

log V vs log Hpl

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 24.2 9.10E-07

 Calculo del Número de Reynolds (Re):

⁄

⁄

=2671.599

0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12

3.0E-06 4.0E-06 5.0E-06 6.0E-06 7.0E-06 8.0E-06

Fact o r d e Fr ic ci ó n f Caudal - Q (m3/s)

Q vs f

VOLÚMEN (m3) TIEMPO (s) Q (m3/s) V (m/s) Hpl Re log V log Re 1.00E-04 13.1 7.63E-06 0.6075 0.1870 2671.599 -0.21648 3.42677 1.00E-04 14.14 7.07E-06 0.5628 0.1730 2475.103 -0.24966 3.39359 1.00E-04 15.18 6.59E-06 0.5242 0.1510 2305.531 -0.28048 3.36277 1.00E-04 16.4 6.10E-06 0.4852 0.1160 2134.022 -0.31405 3.32920 1.00E-04 19.07 5.24E-06 0.4173 0.0960 1835.236 -0.37956 3.26369 1.00E-04 23.14 4.32E-06 0.3439 0.0840 1512.444 -0.46357 3.17968 1.00E-04 24.81 4.03E-06 0.3207 0.0710 1410.639 -0.49384 3.14942  GRÁFICO N° 3-1  GRÁFICO N° 3-2 3.0E-06 4.0E-06 5.0E-06 6.0E-06 7.0E-06 8.0E-06 1000 1500 2000 2500 3000 N ú m e ro d e R e yn o ld s Re Caudal - Q (m3/s)

Q vs Re

-0.55 -0.50 -0.45 -0.40 -0.35 -0.30 -0.25 -0.20 3.10 3.15 3.20 3.25 3.30 3.35 3.40 3.45 lo g V log Re

log V vs log Re

 GRÁFICO N° 3-3 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

3.0E-06 5.0E-06 7.0E-06

Pér d id as Pr im ar ias H p l (m ) Caudal - Q (m3/s)

Hpl vs Q

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, del caudal 5 al 7; los demás caudales no cumple.

N° Re OBSERVACIÓN 1 2671.599 NO CUMPLE 2 2475.103 NO CUMPLE 3 2305.531 NO CUMPLE 4 2134.022 NO CUMPLE 5 1835.236 CUMPLE 6 1512.444 CUMPLE 7 1410.639 CUMPLE

2. En un flujo laminar también se cumple que 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.)

3. Se concluye que en este ensayo, se afirma que el flujo del fluido (agua) estudiado en la tubería es un flujo laminar del caudal 5, 6 y 7, y del caudal 1 al 4 es un flujo transitorio según el diagrama de Moody.

0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

3.0E-06 4.0E-06 5.0E-06 6.0E-06 7.0E-06 8.0E-06

PE R D ID A S PRIM A R IA S H p l (m ) CAUDAL - Q (m3/s)

Q vs Hpl

Laminar Turbulento Transitorio

4. Se concluye que a mayor velocidad del fluido que pasa por la tubería, el factor de fricción en menor, de los que se deduce la velocidad en flujo laminar es inversamente

5. Se concluye que en estructuras largas, la perdida por fricción es muy importante, por lo que es un objeto de constante estudio teórico experimental para obtener resultados técnicos aplicables. También se concluye que en proyectos como el de Piscigranja se puede emplear un un flujo laminar.

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.

⁄

⁄

El intervalo de números de Reynolds comprendido emtre 2000 y 4000, es imposible predecir qué tipo de flujo existe; por consiguiente, este intervalo se conoce como región

crítica. Entoces si un flujo de un sistema está en la región crítica, se recomienda cambiar

la rapidez de flujo o el diámetro del conducto para hacer que el flujo sea claramente laminar o turbulento.

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 de un sistema es laminar cuando el Número de Reynolds es menor a 2000. Y el flujo de un sistema es transitorio cuando el número de Reynolds esta entre 2000 y 4000.

4. Para que se cumpla esta relación se recomienda: 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 Veloc id ad V ( m /s) Factor de Fricción - f

a. Trabajar con distintas graduaciones del caudal.

b. Emplear las siguientes fórmulas, 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.

Donde:

f : Factor de Fricción (adimensional) D : Diámetro en m2.

V : Velocidad en m/s.

L : Longitud de la tubería en m. g : Aceleración de la gravedad en m/s2 Hpl : Pérdidas por fricción en m.

5. La importancia del laboratorio implica en el registro de datos y la determinación de todos los parámetros, donde los resultados determinan las decsiciones a tomar en un proyecto, como el de Piscigranjas.