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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA
CURSO : Laboratorio de Mecánica de Fluidos
CATEDRATICO : Dr. Mario Miguel Huatuco Gonzales
ALUMNOS :
- Chávez Ortega, Elizabeth Rocío
- Vásquez Garay Torres, Heidi
- Huamani Cabezas, Raúl Delfín
CICLO : VII
SECCION : C2
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS
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INTRODUCCIÓN
El presente informe describe el trabajo desarrollado en el laboratorio de
mecánica de fluidos sobre “PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS”, cuyo objetivo
es determinar la perdida de carga de un flujo laminar y turbulento en una tubería
y en base a ello realizar los gráficos correspondientes para contrastar la teoría
con la práctica.
La pérdida de carga está relacionada con otras variables fluido dinámicas según
el tipo de flujo laminar o turbulento.
Al realizar el trabajo se puede observar que en el régimen laminar los
esfuerzos cortantes se pueden hallar en función de la distribución de velocidad y
en el flujo turbulento se puede comprobar que la dependencia entre los
esfuerzos cortantes y la velocidad es aproximadamente cuadrática.
Como se puede comprobar en el trabajo de laboratorio de fluidos con el
equipo de Edibon FME 07, el flujo de un líquido en una tubería viene
acompañado de una perdida de energía y en el caso de tuberías horizontales la
perdida de carga se manifiesta como una disminución de presión en el sentido
del flujo.
Según el ejercicio desarrollado se puede comprobar que el régimen
turbulento el factor de fricción depende además de Re y de la rugosidad relativa.
Siendo una necesidad para la formación profesional de todo Ingeniero Civil
esperamos contribuir en el desarrollo de este tema de importancia.
Los alumnos.
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PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS
1. OBJETIVO
OBJETIVO GENERAL
Determinar la pérdida de carga de un flujo laminar y turbulento en una
tubería de hierro galvanizado.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Graficar pérdida de carga (hL) Vs caudal (Q)
- Graficar factor de fricción (f) Vs Número de Reynolds (Re )
2. MARCO TEÓRICO
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún dispositivo,
ocurren pérdidas de energía debido a la fricción interna en el fluido. Como se
indica en la ecuación de la energía, tales pérdidas de energía traen como
resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo. En
la ecuación general de la energía:
El término hL se define como la energía perdida por el sistema. Un
componente de la pérdida de energía se debe a la fricción en el fluido en
movimiento. La fricción es proporcional a la cabeza de velocidad del flujo y al
cociente de la longitud entre el diámetro de la corriente de flujo, para el caso de
flujo en conductos y tubos. Lo anterior se expresa de manera matemática en la
ecuación de Darcy:
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Dónde:
hL= pérdida de energía debido a fricción (N.m/N,m,lb-pie/lb,pie)
L = longitud de corriente de flujo (m o pie)
D= diámetro del conducto (m o pie)
V= velocidad del flujo promedio (m/s o pie/s)
f= factor de fricción (adimensional)
La ecuación de Darcy se puede utilizar para calcular la pérdida de energía
en secciones largas y rectas de conductos redondos, tanto para flujo laminar
como turbulento. La diferencia entre los dos está n la evaluación del factor
fricción f, que carece de dimensiones
3. MATERIALES UTILIZADOS
Equipo Edibón FME 07
Un cronómetro
Un termómetro
Probeta de 1000 ml
Probeta de 500 ml
Banco hidráulico
4. DATOS DEL EQUIPO
L= 500 mm
D= 4 mm
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5. PROCEDIMIENTO
- Preparar el equipo de prueba en el banco hidráulico.
- Con el nivel de burbuja, ajustar los piecitos para asegurar que la placa esté
horizontal.
- Verificar que los manómetros estén de manera vertical.
Para Flujo laminar:
Poner V1 y VT1 en posición laminar
Prepare el manómetro de agua
Poner en marcha la bomba y abrir cuidadosamente la válvula de flujo del
banco o grupo.
Llenar el tanque superior de agua hasta una altura constante, hasta que
rebose el agua estando abierto la V2 del aparato.
Abrir completamente la válvula de control V2 para preparar el tubo de
prueba y el resto de los conductos.
Utilizar la válvula de tres vías del manómetro de agua, para permitir que
ésta circule por todo los conductos hasta que todo el aire haya sido
expulsado.
Seleccione el manómetro de agua con VT2 y VT3.
Para conseguir el máximo caudal, abrir completamente la válvula V2 del
aparato.
Repetir la operación anterior para distintas posiciones de la válvula de
control.
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Para Flujo Turbulento:
Poner V1 cerrado y VT1 en posición turbulento.
Cerrar la válvula de control del grupo o banco hidráulico y arrancar la
bomba.
Abrir completamente la válvula de control V2 para preparar el tubo de
prueba y el resto de los conductos.
Utilizar las válvulas de tres vías VT3 del manómetro de agua, para permitir
que esta circule por todo los conductos hasta que todo el aire sea
expulsado.
Seleccionar los manómetros de Bourdon con VT2 y VT3, para altas
presiones.
Una vez preparado el equipo se procede a la toma de datos.
Para conseguir el caudal, abrir completamente la válvula V2 del equipo.
Tomar las lecturas en los manómetros
Mediante la probeta graduada medir el volumen y el tiempo con el
cronómetro.
Medir la temperatura del agua.
6. DATOS TOMADOS EN LA PRACTICA
6.1. Flujo laminar
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A. DATOS
N° he (mm) hs (mm) Volumen ml Tiempo (s)
1 319 252 200 482 349 271 200 433 434 301 200 304 458 291 200 295 477 283 200 26
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6.2. Flujo turbulento
7. CALCULOS
RECOLECCION DE DATOS
7.1. Flujo laminar
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A. DATOS
N° he (bar) hs (bar) Volumen ml Tiempo (s)
1 2.48 2.45 500 272 2.35 2.25 500 183 2.24 2.09 500 154 2.16 1.95 500 135 2.06 1.81 500 126 1.65 1.19 500 8
A. DATOS
N° he (mm) hs (mm)Volumen ml
Tiempo (s)
1 319 252 200 482 349 271 200 433 434 301 200 304 458 291 200 295 477 283 200 26
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7.2. Flujo turbulento
8. PROCEDIMIENTO DE CALCULOS
8.1. FLUJO LAMINAR
Datos:
T°= 27° °C
= 9771.82 N/m³
μ= 0.000857 N.S/m²
g = 9.806 m/s²
D= 0.004 m
L= 0.5 m
Dónde: T°= temperatura.
= peso especifico
g = gravedad
= coeficiente de fricción
D = diámetro
L = longitud de corriente o flujo
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A. DATOS
N° he (bar) hs (bar) Volumen ml
Tiempo (s)
1 2.48 2.45 500 272 2.35 2.25 500 183 2.24 2.09 500 154 2.16 1.95 500 135 2.06 1.81 500 126 1.65 1.19 500 8
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Formulas a usar:
Donde:
Q =caudal
= Volumen
V = Velocidad
A = Área
D = Diámetro
Re= Reynolds
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CALCULOS CON EL PRIMER DATO:
Caudal:
Velocidad
Numero De Reynolds:
8.2. FLUJO TURBULENTO:
T= 27°C °C
= 9771.82 N/m³
μ= 0.000857 N.S/m²
g= 9.806 m/s²
D= 0.004 m
L= 0.5 m
Dónde: T°= temperatura.
= peso especifico
g = gravedad
= coeficiente de fricción
D = diámetro
L = longitud de corriente o flujo
Formulas a usar:
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N° he (mm) hs (mm)hL=he-hs
(mm)Q (m³/s) V (m/s) Re
1 319 252 67 4.1667E-06 0.332 1544.192 349 271 78 4.6512E-06 0.370 1720.933 434 301 133 6.6667E-06 0.531 2469.774 458 291 167 6.8966E-06 0.549 2553.505 477 283 194 7.6923E-06 0.612 2846.52
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Q =caudal
= Volumen
V = Velocidad
A = Área
D = Diámetro
Re= Reynolds
f = factor de fricción
CALCULOS CON EL PRIMER DATO:
Caudal:
Velocidad:
Numero de Reynolds:
Factor de fricción:
9. RESULTADOS
9.1. REGIMEN LAMINAR
a. Procesamiento de Datos:
b. Gráfico:
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9.2. REGIMEN TURBULENTO
a. Procesamiento de Datos:
b. Gráfico:
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N° he (bar) hs (bar)hL=he-hs
(m.c.a) *6.8 Q (m³/s) V (m/s) Re f
1 2.48 2.45 0.204 1.8519E-05 1.474 6855.83 0.015 2 2.35 2.25 0.680 2.7778E-05 2.210 10279.10 0.022 3 2.24 2.09 1.020 3.3333E-05 2.653 12339.57 0.023 4 2.16 1.95 1.428 3.8462E-05 3.061 14237.25 0.024 5 2.06 1.81 1.700 4.1667E-05 3.316 15423.30 0.024 6 1.65 1.19 3.128 6.2500E-05 4.974 23134.95 0.020
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CONCLUSIONES
A partir de la práctica del laboratorio se determinó la pérdida de carga
del flujo laminar y turbulento en donde se determinó que las pérdidas
en flujo turbulento son mayores que en los de flujo laminar; ello
debido a que en el caso de flujo laminar, las diferentes capas del
fluido discurren ordenadamente, siempre en dirección paralela al eje
de la tubería y sin mezclarse, siendo el factor dominante en el
intercambio de cantidad de movimiento la viscosidad. En flujo
turbulento, en cambio, existe una continua fluctuación tridimensional
en la velocidad de las partículas, que se superpone a las
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componentes de la velocidad. Este es el fenómeno de la turbulencia,
que origina un fuerte intercambio de cantidad de movimiento entre las
distintas capas del fluido, lo que da unas características especiales a
este tipo de flujo.
Del mismo modo se realizaron los respectivos cálculos y graficos en
los cuales a partir del flujo turbulento se determinó el factor de fricción
de cada dato; los cuales fluctúan entre 0.015 a 0.024; los cuales
dependen directamente del número de Reynolds y la rugosidad del
material.
RECOMENDACIONES
Se recomienda hallar el régimen laminar en forma analítica debido a
las características que presenta y no debe resolverse en forma
analítica en régimen turbulento.
Se recomienda realizar mayor cantidad de ensayos para obtener
datos más confiables y con mayor exactitud en los caculos realizados.
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BIBLIOGRAFÍA
- Robert L. Mott (1996): “Mecánica de fluidos aplicada”. 4° edición.
Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. Edo de México.
- Manual Edibón FME 07.
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