Laboratorio de Mecánica de Fluidos I a) Fricción de Fluido e n Tuberías Lisas y Rugosas Rugosas b) b) Perdida Perdida de Cabezal por Accesorios de Tubería 10/02/2018, II Término académico 2017-2018 Cristophe r Omar Zavala Chacón Facultad Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil – Guayaquil – Ecuador Ecuador
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Resumen Además de las pérdidas de carga continuas o por rozamiento, vimos que en las conducciones se produce otro tipo de pérdidas debido a fenómenos de turbulencia que se originan al paso de líquidos por puntos singulares de las tuberías, como cambios de dirección, codos, juntas, derivaciones, etc, y que se conocen como pérdidas de carga accidentales, localizadas o singulares (hL, hs), que sumadas a las pérdidas de carga continuas (hC) dan las pérdidas de carga totales (hT). Palabras clave: perdidas locales, numero de Reynolds, sensores, coeficiente coeficiente de fricción. fricción.
Introducción En los diferent dife rentes es sistemas de tuberías pueden pueden existir ganancias o pérdida pérdidass de energía debida a diversos factores como el uso de accesorios. Aquí en la práctica se analizó la perdida de energía en tuberías debida a perdidas locales debido debi do a accesorios y las perdidas continuas debidas a la la fricción de la tubería tub ería.. Estas pérdidas se representan a través de la siguiente ecuación.
En donde donde representa a las perdidas perdidas continuas y
represent repr esentaa a la perdidas
locales. Cabe mencionar que las pérdidas de presió presión n se representan representan en térm término inoss de la altura del fluido fluid o equivalente. Para las perdidas continuas. “Cuando el numero de Reynolds se incrementa el factor de fricción disminuye siempre que el flujo permanezca permanezca lamina laminar. r. En el régimen régimen de flujo flujo turbulento, el factor de fricción disminuye disminuye de manera maner a gradual a lo largo de la curva de la tubería lisa, para finalmente nivelarse constantemente para Re extremadamente grandes.” (Robert (Rob ert W. Fox, 1995)
Donde f es el factor de fricción, L la longitud de la tubería, D el diámetro, v la velocidad del fluido y g el valor de la gravedad. “El valor de f depende de si el fluido es laminar o turbulento. Para el caso de fluido turbulento para determinar el valor de f se debe tomar en cuenta si la tubería es lisa o rugosa.” (MOTT) El factor de fricción en el flujo laminar se determina a través de la siguiente ecuación
Es importante conocer si el fluido es laminar o turbulento hallando el número de Reynolds, el cual si es menor a 2000 se dice que es laminar y si es superior a 4000 es turbulento, si está entre las dos es un fluido en transición. El numero de Reynolds se calcula así:
La velocidad se la calcula con la siguiente ecuación:
Donde Re representa al número de Reynolds y es independiente a la rugosidad que muestra la tubería. Aunque el valor de f puede ser determinado usando el diagrama de Moody. La perdida de energía debida a factores como codos, válvulas, estrechamientos y estiramientos de la tubería, se los conoce como perdidas locales y se representa por medio de un coeficiente , la velocidad del fluido y la gravedad.
Equipos, Instrumentos Los equipos usados práctica fueron:
para
la
presente
Banco hidráulico F1-10 marca Armfield. Aparato de Fricción de Fluido C6-MKII-10 de número de serie 38428-003 de marca Armfield. Tubería con rugosidad
Donde
y representa al cabezal de
Tuberia lisa
velocidad.
Codo de 90
Cuando las conexiones de tuberías se encuentra en serie, el caudal se mantiene constante en todo el sistema, mientras que la pérdida de energía total debido a accesorios es igual a la suma de todas las pérdidas individuales por accesorios conectados. De tal forma que perdida total es:
Análisis de Resultados, Conclusiones y Recomendaciones
En los gráficos realizados de h vs u se pudo observar que el comportamiento de la curva es exponencial en lugar de lineal por lo
tanto se puede apreciar que el omportamiento de la curva se relaciona mucho con el diagrama de Moody. De los cálculos realizados en la tubería lisa se pudo observar que la pérdida de cabezal calculado es muy diferente que el de cabezal teórico eso quiere decir que se cometieron algunos errores en los cálculos, y al manejar el software con respecto a la lectura del diagrama de Moody Con respecto al factor de accesorio en el codo se pudo ver que este se disminuyo significativamente a medida que el caudal aumentaba lo que permite reconocer que existe una gran pérdida de energía en las válvulas cuando estas se encuentran operando en su posición. En conclusión se pudo determinar que los cabezales en las tuberías de menor diámetro son mayores que a diámetros más grandes, esto se debe al mayor coeficiente de fricción de estos debido a que se produce mayor turbulencia que en tuberías de mayor diámetro. Para el valor de K se pudo determinar que estos no presentan un orden constante debido a la gran dispersión de sus valores, tanto en válvulas como otros accesorios. Se recomienda tener cuidado al momento de utilizar el diagrama de Moody ya que el dato adquirido de este diagrama puede afectar en gran parte los resultados obtenidos y los análisis no serian correctos.
Bibliografía MOTT, R. L. (s.f.). PERDIDAS DE ENERGIA DEBIDO A FRICCION. En R. L. MOTT, MECANICA DE FLUIDOS APLICADA (pág. 237). Robert W. Fox, A. T. (1995). Introducción a la mecánica de fluidos. guatemala, Lisboa, Madrid: McGRAW-HILL.
