perdidas por fricción mayores (flujo laminar y turbulento)

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Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Civil

Licenciatura En Ingeniería Civil

Laboratorio de Hidráulica

Informe de Laboratorio N°1

Perdidas por Fricción Mayores

(Flujo Laminar y Turbulento)

Por:

Joseph Abdiel Guerra Ríos 4-763-178

Dilleris Noriela Miranda Rivera 4-772-780

Raúl Alejandro Vanegas Morales 20-53-1923

Prof. Ariel Chinchilla

2IC-131

22 de agosto de 2014

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ContenidoIntroducción.......................................................................................................................................3

Objetivos............................................................................................................................................3

Materiales y Equipo...........................................................................................................................3

Marcó Teórico....................................................................................................................................4

Procedimientos...................................................................................................................................5

Datos recolectados en el laboratorio...................................................................................................6

Resultados Obtenidos.........................................................................................................................8

Conclusiones....................................................................................................................................13

Bibliografía......................................................................................................................................14

ANEXOS.........................................................................................................................................15

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Introducción.

Las pérdidas por fricción es un fenómeno que siempre va estar presente en los diseños que vallamos a realizar al momento de transportar un fluido de un lugar determinado hasta otro punto para satisfacer un beneficio.

Esto es de gran estudio porque si queremos llevar un fluido de un nivel bajo a un nivel alto es probable que por las pérdidas por fricción el fluido ocasione que el fluido llegue con una presión menor lo que hace las perdidas restarle energía al sistema y por lo tanto hay diversas soluciones como agregarle una bomba para que haga una buena presión en la toma de nivel alto.

En los sistemas de grandes acueductos como lo están distribuidas las zonas urbanas vemos que en unas partes hay buena presión y en otra baja presión este está muy relacionado con las pérdidas de fricción mientras más lejos este de la toma de agua la presión será menor ya que debido a la rugosidad de la tubería se encuentre presente la fricción y por lo tanto disminuye la velocidad del fluido por el conducto y tener en cuenta que estos fenómenos están presentes para no presentar estos problemas de presión en un punto determinado.

Objetivos.

Medir la perdida de carga por fricción en un tramo de tubería para flujo a régimen laminar y flujo turbulento.

Calcular la perdida de carga por fricción teóricamente en un tramo de tubería para flujo a régimen laminar y régimen turbulento usando las fórmulas de energía, Darcy-Weisbach y la de Swamee-Jain.

Comparar los resultados teóricos y experimentales de la perdida de carga por fricción y obtener el porcentaje de error.

Materiales y Equipo.1. Banco Hidráulico.2. Equipo de perdida de carga de tubería.3. Cronometro.4. Termómetro.5. Probeta.6. Recipiente para medir Volumen.

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Marcó Teórico.

FLUJO LAMINAR: Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales como, por ejemplo la glicerina en un tubo de sección circular. Las capas no se mezclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es aerodinámico. En el flujo aerodinámico, cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente

La pérdida de energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo.

FLUJO TURBULENTO: Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.

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Procedimientos.

1. Montar equipo de Pérdida de carga en Banco Hidráulico2. Encender bomba con válvula cerrada3. Tome temperatura de agua4. Mida longitud entre puntos A y B de la tubería 5. Abra la válvula lentamente para lograr un flujo de régimen laminar6. Tome un volumen con el recipiente y mida el tiempo correspondiente7. Anote las mediciones de volumen y tiempo en la tabla para tubo laminar8. Calcule el caudal dividiendo el volumen entre tiempo. Anote los resultados en la tabla

correspondiente.9. Repita los pasos 6 al 9 para la misma apertura de válvula y anote los resultados10. Anote las medidas de presión que se registran en el manómetro de Bourdon P1 y P2

(KPa)11. Anote las lecturas de los manómetros U (de líquido).12. Repita los pasos del 5 al 12 para una nueva apertura de válvula en el rango laminar

(nuevo caudal)13. Repita los pasos del 5 al 12 para apertura de válvula en el rango turbulento. Anote estos

resultados en la tabla de régimen turbulento.

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Datos recolectados en el laboratorio.Flujo Laminar.

Temperatura=29°C Viscosidad Cinemática=0,8226*10-6 m2/s

Primera Medición

Hf= 38 mm

Volúmenes(ml) Tiempo(s)

39,0 10

39,5 10

39,4 10

39,0 10

39,8 10

Segunda Medición.

Hf=78mm


63,0 10

62,5 10

63,0 10

64,0 10

63,8 10

Tercera Medición.

Hf=136mm


84,5 10

84,1 10

85,5 10

85,6 10

83,0 10

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Flujo Turbulento.

Temperatura=29°C Viscosidad Cinemática=0,8226*10-6 m2/s

Primera Medición.

Diferencia=8Kpa


296 10

300 10

295 10

294 10

291 10

Segunda Medición.

Diferencia=3Kpa


246 10

242 10

245 10

243 10

249 10

Tercera Medición.

Diferencia=20Kpa


432 10

426 10

427 10

425 10

426 10

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Resultados Obtenidos.

Flujo Laminar

Primera Medición.

R= 4 QπDv

=(4 ) ( 3,934 x10−6 )

π ( 41000

)(0,8226 x 10−6)=1522,2843

f =64R

=64 /1522,2843=0,04204

Hf = 8 fLQ 2

π 2 g D5=

(8 ) (0,04204 )( 50100 ) (3,934 x 10−6 )2

π 2 (9,81 )( 41000 )

5=26,2496 mm

%E=|hf teorica−hfexperimentalhf teorica |x100

%E=|26,2496−3826,2496 |x 100=48,46 %

Segunda Medición.

Lectura N°

Tiempo T(seg)

Volumen (m3) Caudal Volumétrico

Q(m3/seg)

Caudal Promedio Q(m3/seg)

1 10 3.90*10-5 3.90*10-6

3,934*10-6

2 10 3.95*10-5 3.95*10-6

3 10 3.94*10-5 3.94*10-6

4 10 3.90*10-5 3.90*10-6

5 10 3.98*10-5 3.98*10-6

Lectura N°

Tiempo T(seg)


Q(m3/seg)


1 10 6,30*10-5 6,30*10-6

6,326*10-6

2 10 6,25*10-5 6,25*10-6

3 10 6,30*10-5 6,30*10-6

4 10 6,40*10-5 6,40*10-6

5 10 6,38*10-5 6,38*10-6

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R= 4 QπDv

=(4 ) ( 6,326 x10−6 )

π ( 41000

)(0,8226 x 10−6)=2447,8827

f =64R

= 642447,8827

=0,02614

Hf = 8 fLQ 2

π 2 g D5=

(8 ) (0,02614 )( 50100 ) (6,326 x10−6 )2

π 2 (9,81 )( 41000 )

5=42,2041 mm


%E=|42,2041−7842,2041 |x 100=84,82 %

Tercera Medición.

R= 4 QπDv

=(4 ) ( 8,456 x10−6 )

π ( 41000

)(0,8226 x 10−6)=3272,0987

f =64R

=64 /3272,0987=0,01956

Hf = 8 fLQ 2

π 2 g D5=

(8 ) (0,01956 )( 50100 ) (8,456 x10−6 )2

π 2 (9,81 )( 41000 )

5=56,4274 mm

Lectura N°

Tiempo T(seg)


Q(m3/seg)


1 10 8,45*10-5 8,45*10-6

8,456*10-6

2 10 8,41*10-5 8,42*10-6

3 10 8,55*10-5 8,55*10-6

4 10 8,56*10-5 8,56*10-6

5 10 8,30*10-5 8,30*10-6

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%E=|56,4274−13656,4274 |x 100=141,02 %

Flujo Turbulento.

Temperatura=29°C

Primera Medición.

R= 4 QπDv

=( 4 ) (29,52 x10−5 )

π ( 41000

)(0,8226 x 10−6)=11422,9368

f =1,325¿¿¿

Hf = 8 fLQ 2

π 2 g D5=

(8 ) (0,06623 )( 50100 ) (2,952∗10−5 )2

π2 (9,81 )( 41000 )

5=2,3285 m

Peso Específico del agua a 29°C=9,772 KN/m3

h= pγ= 8 Kpa

9,772 Kn /m3=0,8186 m


%E=|2,3285−0,81862,3285 |x 100=64,84 %

Lectura N°

Tiempo T(seg)


Q(m3/seg)


1 10 2,96*10-4 2,96*10-5

2,952*10-5

2 10 3,00*10-4 3,00*10-5

3 10 2,95*10-4 2,95*10-5

4 10 2,94*10-4 2,94*10-5

5 10 2,91*10-4 2,91*10-5

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Segunda Medición

4 QπDv

=(4 ) (24,5 x10−6 )

π ( 41000 ) (0,8226 x 10−6 )

=9480,4184

f =1,325¿¿¿

Hf = 8 fLQ 2

π 2 g D5=

(8 ) (0,06683 )( 50100 ) (24,5∗10−6 )2

π2 (9,81 )( 41000 )

5=1,6184 m


h= pγ= 3 Kpa

9,772 Kn /m3=0,3069 m


%E=|1,6184−0,30691,6184 |x 100=81,04 %

Lectura N°

Tiempo T(seg)


Q(m3/seg)


1 10 24,6*10-5 24,6*10-6

24,5*10-6

2 10 24,2*10-5 24,2*10-6

3 10 24,5*10-5 24,5*10-6

4 10 24,3*10-5 24,3*10-6

5 10 24,9*10-5 24,9*10-6

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Tercera Medición

4 QπDv

=(4 ) ( 42,7 x10−6 )

π ( 41000 ) (0,8226 x 10−6 )

=16523,015

f =1,325¿¿¿

Hf = 8 fLQ 2

π 2 g D5=

(8 ) (0,06528 )( 50100 ) (42,7∗10−6 )2

π 2 (9,81 )( 41000 )

5=4,8020 m


h= pγ= 20 Kpa

9,772 Kn /m3=2,0466 m


%E=|4,8020−2,04664,8020 |x100=57,38 %

Lectura N°

Tiempo T(seg)


Q(m3/seg)


1 10 43,2*10-5 43,2*10-6

42,7*10-6

2 10 42,5*10-5 42,5*10-6

3 10 42,7*10-5 42,7*10-6

4 10 42,5*10-5 42,5*10-6

5 10 42,6*10-5 42,6*10-6

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Conclusiones

Podemos diferenciar un flujo laminar de un flujo turbulento por su apariencia o comportamiento, el flujo laminar se puede apreciar en forma de láminas dentro de una corriente, mientras que el turbulento se aprecia como un flujo cuyas partículas se mueven en forma desordenada y en ciertos casos forman remolinos.

Cuando se transporte líquidos a través de tuberías se presentaran pérdidas, estas dependen de diversos factores como distancia, tipo de tubería, accesorios, turbinas entre otros.

Podemos estimar las pérdidas de un flujo en una tubería, para una zona en específico si conocemos la diferencia de presiones entre un punto inicial de dicha zona a un punto final de la misma.

En los resultados obtenidos en la experiencia de laboratorio los números de Reynolds que obtuvimos en la sección del flujo laminar en algunos casos son mayores a 2000 por lo tanto puede deberse a la temperatura que medimos no era la correcta debido a la influencia del aire acondicionado.

En gran medida los volúmenes que obtuvimos en el laboratorio no utilizamos una probeta de mayor exactitud para conocer el valor verdadero de ese volumen que obtuvimos.

El tiempo pudo ser determinante por lo cual si hubiéramos tomado menor tiempo posible quizás no se hubiera incurrido un mucho error y así tendríamos menor volumen que podríamos medir en una probeta más exacta

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Bibliografía

Giles, Ranald. Mecánica de los Fluidos E Hidráulica. Tercera Edición. España: McGraw-Hill

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ANEXOS

Calculo de caudales

Pérdidas registradas

Equipo de pérdidas de carga de tuberías

perdidas por fricción mayores (flujo laminar y turbulento)

Documents