LABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS

PRDIDAS EN TUBERAS POR FRICCIN

PRDIDAS EN TUBERAS POR FRICCIN (PRDIDAS MAYORES)

Para el da de la realizacin de la prctica se debe estudiar el contenido de este documento, adems leer todo lo referente tuberas contenido en el libro Mecnica de Fluidos, engel y Cimbala y responder a las preguntas que se encuentran al final del presente texto.Objetivo de la prcticaDeterminar la prdida de altura que se obtiene debido a la friccin que tiene la tubera con el fluido que circula por la misma.Definiciones:

Prdida de altura o presin en tuberasLa prdida de carga en una tubera o canal, es la prdida de energa dinmica del fluido debido a la friccin de las partculas del fluido entre s y contra las paredes de la tubera que las contiene. Las prdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de direccin, la presencia de una vlvula, etc.En el caso de tuberas horizontales, la prdida de carga se manifiesta como una disminucin de presin en el sentido de flujo. La prdida de carga est relacionada con otras variables fluido-dinmicas segn sea el tipo de flujo, laminar o turbulento.

Para solucionar los problemas prcticos de los flujos en tuberas, se aplica el principio de la energa, la ecuacin de continuidad y los principios y ecuaciones de la resistencia de fluidos.

La resistencia al flujo en los tubos, es ofrecida no solo por los tramos largos, sino tambin por los accesorios de tuberas tales como codos y vlvulas, que disipan energa al producir turbulencias a escala relativamente grandes.Nmero de Reynolds 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 a lo largo de determinada longitud de tubera. El nmero de Reynolds es una cantidad adimensional, por lo cual todas las cantidades deben estar expresadas en el mismo sistema de unidades

Se lo describe con la siguiente expresin:Donde:D: Dimetro de la tubera, [m], [in].

V:Velocidad del fluido, [m/s], [in/s].

:Viscosidad dinmica del fluido [kg/m s], [lb s/in2].

: Densidad del fluido, [kg/m3], [lb/in3].

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

Donde::Factor de friccin.

:Rugosidad relativa de la tubera [mm], [in].

D:Dimetro nominal de la tubera [mm], [in].

Re:Nmero de Reynolds.

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 desviacin 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:

El factor de friccin es adimensional, para que la ecuacin produzca el correcto valor de las prdidas. Todas las cantidades de la ecuacin excepto se pueden determinar experimentalmente.

Donde:L:Longitud de la tubera [m], [ft].

D:Dimetro nominal de la tubera [m], [ft].

V:Velocidad del fluido [m/s], [ft/s].

g:Aceleracin de la gravedad. 9.8 [m/s2], 32 [ft/s2].

:Factor de friccin.Tuberas no Circulares.No existen expresiones generales para determinar el factor de friccin, debido a que los gradientes de velocidad y de esfuerzos de corte no estn distribuidos uniformemente en torno al eje de la tubera.

Para poder usar ecuaciones tales como la de Darcy o Colebrook - White, es conveniente, entonces, tratar la seccin no circular como una seccin circular equivalente, la cual experimente el mismo gradiente hidrulico para un mismo caudal.Dimetro equivalente o hidrulicoSe apoya en el concepto de Radio hidrulico definido como el cociente entre el rea de la seccin y el permetro mojado.Donde:A: rea de la seccin de la tubera [m2], [ft2].

P:Permetro de la tubera [m], [ft].Esquema del equipo:

BYRON

DATOS DEL EQUIPO:

Dimetro de las tuberas:Tubera 1:1 pulgada.

Tubera 2:1 pulgada.

Tubera 3: pulgada.

Tubera 4:1/2 pulgada.

Tubera 5: pulgada.Longitud de la tubera:L:12 piesDetalle de clculos para el informe:Para el informe se debe calcular la prdida de altura con la ecuacin de Darcy Weisbach. (Anteriormente mencionada). La cual se la obtiene con la ayuda del diagrama de Moody.

Para obtener el factor de friccin en flujo laminar se tiene la siguiente expresin:Procedimiento de la prctica1. Llenar el tanque del equipo, evitando que se derrame el agua hacia el otro lado del tanque por el vertedero.

2. Asegurarse que las vlvulas donde van las conexiones del manmetro diferencial estn cerradas. (vlvulas de media vuelta).

3. Abrir todas las vlvulas del sistema, que permiten el paso del fluido.

4. Encender la bomba, y purgar el aire del sistema. Para esto se debe mantener la manguera de retorno del agua sumergida en el tanque, hasta que deje de salir burbujas.

5. Cerrar las vlvulas de las tuberas que no se van a medir la diferencia de presin.

6. Colocar las conexiones del manmetro diferencial en las vlvulas, cerciorndose que no haya agua en los conductos del manmetro. Si se da el caso, se debe purgar el mismo.

7. Cerrar el paso del agua en la tubera de retorno.

8. Abrir ambas vlvulas conectadas al manmetro diferencial al mismo tiempo.

9. Esperar a que se estabilice las columnas de agua, si es necesario extraer el aire, con la vlvula que se encuentra en la parte posterior del manmetro.

10. Abrir la vlvula obteniendo los datos de caudal y de diferencia de alturas en el manmetro.

11. Repetir el paso anterior 7 veces, de manera que un dato corresponda a rgimen laminar, otro dato a rgimen transitorio y los 5 datos restantes a rgimen turbulento.

12. Cerrar las vlvulas que se conectan al manmetro.

13. Extraer el aire del manmetro.

14. Purgar las mangueras del manmetro, no debe quedar agua.

15. Retirar las mangueras de las vlvulas y conectar en las vlvulas de la siguiente tubera.

16. Repetir todo el procedimiento para las siguientes 4 tuberas.PREPARACIN DEL INFORMEPara el informe se debe recoger los datos en una tabla de la siguiente manera:No.VOLUMEN [lt]TIEMPO [s]CAUDAL [m3/s]VELOCIDAD [m/s]REYNOLDSF. FRICCIN TERICODIFERENCIA DE ALTURA [m]ERROR %

Se debe trazar la grfica para cada tubera con los valores reales y tericos, obtenindose la lnea de tendencia y las ecuaciones respectivas.

Entendindose que el volumen sealado en la tabla es el contenido en el recipiente, y el tiempo corresponde al momento de llenar el recipiente con agua para obtener el caudal.

Anlisis de resultados

Conclusiones y recomendaciones Preguntas:1. La friccin de la tubera se mantiene constante con el tiempo? Explique.

2. Qu es flujo desarrollado?

3. Explique el perfil de velocidades en rgimen turbulento. Indique las partes.

4. Reynolds depende de la temperatura del fluido? Explique.

5. Cul es la correccin en la ecuacin de Bernoulli cuando se tiene flujo laminar?

6. Mencione 3 expresiones para determinar el factor de friccin, y sus rangos de utilizacin.Bibliografaengel Y; Mecnica de Fluidos y Aplicaciones, Editorial McGraw-Hill; 2006

JCOME, V; Laboratorio de Fluidos Guas de Ensayos: Escuela Politcnica Nacional.

Consultar el diagrama de Moody.

Consultar el trmino Cabeza.