Fluidos Lab 04

Universidad de La Serena Depto. De Ingeniería Mecánica Mecánica de Fluidos I

Perdidas de Carga

Integrantes: Rodrigo Sáez Castillo Javier Andrades Espinosa Profesor: Víctor Aros Ayudante: Carlos Alfaro Fecha: 15 de Junio de 2010

Resumen Por medio de la aplicación de conceptos teóricos junto con los datos obtenidos en la experiencia que se llevó a cabo en este cuarto laboratorio, se procede a determinar la pérdida de carga. De ésta manera, se hará el análisis detallado de valores experimentales comparados con los resultantes de fórmulas, considerando el marco teórico y los instrumentos usados para cada una de las mediciones.

Introducción La pérdida de carga es un fenómeno que se manifiesta en cualquier situación donde se desee mover un fluido desde un punto a otro. Su origen está en el esfuerzo cortante que se origina cada vez que un fluido viscoso es movido; este esfuerzo cortante provoca un roce entre las diferentes partículas de fluido, roce que disipa energía. Si se desea mover el fluido, debe conocerse el valor de esta pérdida de energía para poder proporcionarla. Es muy habitual designar a las pérdidas de energía que sufre el fluido como  pérdidas de carga, siendo éstas debidas a la fricción que ejerce el fluido sobre si mismo y las paredes sólidas o también cuando el flujo se ve perturbado por un cambio en su dirección, sentido o área de paso debido a la presencia de codos y curvas, válvulas u otros. En otras palabras, si se desea mover el fluido, debe conocerse el valor de estas pérdidas de carga.

Objetivos Determinar la perdida de Carga de un fluido, la cual se divide en dos: 1). Fricción: que genera el fluido sobre si mismo y sobre las paredes sólidas por donde circula este. 2). Singularidad: que se produce por el cambio de sección o dirección del caudal.

Marco Teórico

Calculo de Perdida de Carga: Ya hemos visto que la pérdida de carga se relaciona con una caída de presión entre dos puntos en la dirección del flujo. Principalmente, la pérdida de carga estará ligada al término de energía cinética de la ecuación de energía, puesto que cuando la velocidad es cero el fluido esta estático y no hay pérdida. De acuerdo a ello,  podemos escribir:

f 

s

donde ∆Η    f representa las pérdidas de carga primaria o por fricción y ∆Η  s representa las pérdidas de carga secundaria o por singularidad.

Fricción:

 f = 8 f L Q2 G π 2 D5  f = g π 2 D5 (h1 - h2 ) 8 L Q2 Singularidad:

s = 8 K Q2 g π 2 D4  K = g π 2 D4 (h1 –h2 ) 8 Q2

Procedimiento



Una vez conectado el sistema de bombeo, asegurarse que el agua pase solamente por la tubería a medir.



Abrir la llave de paso de la tubería de manera que salga una cantidad de líquido por el extremo abierto. La abertura debe ser tal que puedan efectuarse 4 medidas de caudal diferente.



Conectar el manómetro diferencial a la tubería a medir. Cuidadosamente, abrir las llaves que conectan el manómetro. Se producirá una diferencia de nivel entre las dos columnas. Cuidar que la columna más baja no llegue hasta el cero, de lo contrario, el manómetro sufrirá una descalibración. Para ello, comience con una pequeña abertura de la llave de paso, e increméntela lentamente mientras la segunda columna baja.



Una vez estabilizada la lectura del manómetro, proceda a leer la diferencia entre ambas alturas. Asimismo, mida el tiempo que demora en llenarse el estanque un volumen arbitrario. Dividiendo el volumen por el tiempo, se obtiene el caudal.



Repita el procedimiento hasta completar el total de medidas.

Cálculos

Pérdida de Carga por fricción:

Δh 0,528 0,377 0,167 0,084

Altura 0,03 0,05 0,05 0,03

t 5,080 10,02 14,24 14,45

Q 0,0012549 0,0010604 0,0007461 0,0004412

fR    0,0290940 0,0290978 0,0325931 0,0374512

f t 0,02114796 0,02205778 0,02408489 0,02746442

Re 50103,947 42334,855 29782,910 17614,238

Δh v/sQQ fr v/s 0,6 0,04 0,035 0,5 0,03 0,4 0,025       h 0,3     r 0,02       Δ       f 0,015 0,2 0,01 0,1 0,005 0 0 0

0

0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008

0,001 0,001

0,0012 0,0012

0,0014 0,0014

QQ Pérdida de Carga por singularidad:

Δh 0,216 0,171 0,137 0,072

Altura 0,02 0,03 0,04 0,03

t 6,070 10,55 16,58 16,11

Q 0,0007002 0,0006043 0,0005127 0,0003957

fr 0,038239 0,040639 0,045233 0,039907

K 3,2773 3,4834 3,8771 3,4207

Leq 2,39975 2,40003 2,39999 2,40007

Leq v/s Q 2,4001 2,40005 2,4 2,39995

    q     e 2,3999      L 2,39985 2,3998 2,39975 2,3997 0

0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 0,0008

Q

Conclusiones En esta última experiencia realizada hemos podido observar como las pérdidas de carga determinan los caudales circulantes por las tuberías. De ésta forma, se relaciona con una caída de presión entre dos puntos en la dirección del flujo. Básicamente, el flujo de un líquido en una tubería viene acompañado de una  pérdida de energía, que suele expresarse en términos de energía por unidad de peso de fluido circulante, que se denomina pérdida de carga y que tiene dimensiones de longitud. Fue posible observar que la pérdida de carga viene descendiendo casi rectilíneamente, pero se ve un pronunciado descenso al pasar por el venturímetro; esto se debe al cambio de diámetro, la velocidad aumenta y por ello la presión se reduce. La fórmula de Darcy-Weisbach, constituye actualmente, el modo más exacto y universal para determinar las pérdidas.

Las características de los materiales, sus diámetros y el caudal, afectan al factor de fricción f. Así, diversos factores (como la rugosidad o el deterioro de los materiales) siempre presentan pérdidas de energía y esto muestra una diferencia entre los valores teóricos y los experimentales, diferencia expuesta en los gráficos realizados.