Perdidas de Cargas en Tuberias - Flujo Laminar

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INFORME Nº 012 – G3 – UPLA – 12 DE LA UEC LABORATORIO DE MEC. DE FLUIDOS E HIDRAULICA

1. DATOS GENERALES 1.1. Tema: PERDIDAS DE CARGAS EN TUBERÍAS (FLUJO LAMINAR) 1.2. Fecha: FECHA DEL ENSAYO : 20 DE NOVIEMBRE DE 2012. FECHA DE ENTREGA DEL INFORME : 27 DE NOVIEMBRE DE 2012. 1.3. Lugar: Departamento : Junín Provincia : Huancayo Distrito : Huancayo Lugar : Facultad de Ingeniería – Giráldez. Anexo : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica. 1.4. Participante: RUPAY VARGAS, Marcos Josué. 1.5. Modulo: FME – 07 2. OBJETIVO DETERMINAR EL FACTOR FRICCIÓN POR PÉRDIDAS PRIMARIAS, EN FLUJO LAMINAR.

3. EQUIPOS Y/O MATERIALES 

Equipo de Perdidas de Cargas en Tuberías– FME 07.

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

Banco Hidraúlico - FME 00



Termómetro

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

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

Cronómetro



Probeta (1000 ml)

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4. PROCEDIMIENTO 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

El equipo de perdidas de carga en tubería, se instaló sobre el banco hidráulico. Se enciende el banco hidraúlico. Se gradúa el flujo del equipo de perdidas de carga en tubería, en un flujo laminar. Primero se procede a medir la temperatura del fluido con la ayuda de un termómetro. Luego se procede a dar lectura de las presiones de entrada y salida, con la ayuda de los manómetros tipo bourdon. 4.6. Con la ayuda de la probeta y de un cronómetro se afora el caudal del fluido. 4.7. En el presente ensayo se repitió nueve veces los pasos 4.5, 4.6. Pero con distintas graduaciones del caudal del fluido.

5. TABLA DE REGISTROS 5.1. TABLA N° 01: En esta tabla se registraron los volúmenes, el tiempo, las presiones de entrada y salida.

VOLÚMEN TIEMPO (s) (lt) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

PRESIÓN P1 (mm)

13.1 14.14 15.18 16.4 19.07 23.14 24.81

P2 (mm)

230 227 219 206 198 194 190

43 54 68 90 102 110 119

6. TABLA DE DATOS PROCESADOS 6.1.

CÁLCULO DE PERDIDAS PRIMARIAS (HPL)  Calculo de los caudales.

Entoces: ⁄

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 Calculo de la Perdida Primaria (HPL)

VOLÚMEN TIEMPO (m3) (s) 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04

13.1 14.1 15.2 16.4 19.1 23.1 24.8

Q (m3/s)

P1 (m)

P2 (m)

Hpl (m)

log Q

log Hpl

7.63E-06 7.07E-06 6.59E-06 6.10E-06 5.24E-06 4.32E-06 4.03E-06

0.230 0.227 0.219 0.206 0.198 0.194 0.190

0.043 0.054 0.068 0.090 0.102 0.110 0.119

0.187 0.173 0.151 0.116 0.096 0.084 0.071

-5.11727 -5.15045 -5.18127 -5.21484 -5.28035 -5.36436 -5.39463

-0.72816 -0.76195 -0.82102 -0.93554 -1.01773 -1.07572 -1.14874

 GRÁFICO N° 1-1

Q vs Hpl PERDIDAS PRIMARIAS Hpl (m)

0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 3.0E-06

4.0E-06

5.0E-06

6.0E-06

7.0E-06

8.0E-06

CAUDAL - Q (m3/s)

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 GRÁFICO N° 1-2

log Q vs log Hpl 0.0 -0.2

log Hpl

-0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.2 -1.4 -5.5

-5.4

-5.4

-5.3

-5.3

-5.2

-5.2

-5.1

log Q

6.2.

CÁLCULO DEL FACTOR DE FRICCIÓN (f) TUBERÍA LONGITUD DIAMETRO DIAMETRO (m) INT. (m) EXT. (m) 0.5

0.004

0.006

 Calculo de la velocidad (V) ⁄

⁄

 Calculo del factor de fricción (f):

Despejando nos queda:

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0.0795

VOLÚMEN TIEMPO (m3) (s)

Q (m3/s)

V (m/s)

V2 (m2/S2)

Hpl (m)

f

log V

log Hpl

log f

1.00E-04

13.1

7.63E-06

0.6075

0.3690

0.187

0.0795

-0.21648 -0.72816 -1.09941

1.00E-04

14.14

7.07E-06

0.5628

0.3167

0.173

0.0857

-0.24966 -0.76195 -1.06685

1.00E-04

15.18

6.59E-06

0.5242

0.2748

0.151

0.0862

-0.28048 -0.82102 -1.06427

1.00E-04

16.4

6.10E-06

0.4852

0.2354

0.116

0.0773

-0.31405 -0.93554 -1.11165

1.00E-04

19.07

5.24E-06

0.4173

0.1741

0.096

0.0865

-0.37956 -1.01773 -1.06282

1.00E-04

23.14

4.32E-06

0.3439

0.1183

0.084

0.1115

-0.46357 -1.07572 -0.95279

1.00E-04

24.81

4.03E-06

0.3207

0.1029

0.071

0.1083

-0.49384 -1.14874 -0.96528

 GRÁFICO N° 2-1

log V vs log f -0.1

log V

-0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -1.15

-1.10

-1.05

-1.00

-0.95

-0.90

log f

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 GRÁFICO N° 2-2

log Hpl vs log f -0.6 -0.7 log Hpl

-0.8 -0.9 -1.0 -1.1 -1.2 -1.15

-1.10

-1.05

-1.00

-0.95

-0.90

log f

 GRÁFICO N° 2-3

log V vs log Hpl -0.20 -0.25

log V

-0.30 -0.35 -0.40 -0.45 -0.50 -0.55 -1.2

-1.1

-1.0

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

log Hpl

 GRÁFICO N° 2-4

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Q vs f 0.12 Factor de Fricción f

0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 3.0E-06

4.0E-06

5.0E-06

6.0E-06

7.0E-06

8.0E-06

Caudal - Q (m3/s)

6.3.

CÁLCULO DEL NÚMERO DE REYNOLDS (Re): TUBERÍA

FLUIDO

LONGITUD DIAMETRO DIAMETRO (m) INT. (m) EXT. (m) 0.5

0.004

TEMPERATURA °C

0.006

VISCOSIDAD CINEMÁTICA (m2/s)

24.2

9.10E-07

 Calculo del Número de Reynolds (Re): ⁄ ⁄

=2671.599

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VOLÚMEN (m3)

TIEMPO (s)

Q (m3/s)

V (m/s)

Hpl

Re

log V

log Re

1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04 1.00E-04

13.1 14.14 15.18 16.4 19.07 23.14 24.81

7.63E-06 7.07E-06 6.59E-06 6.10E-06 5.24E-06 4.32E-06 4.03E-06

0.6075 0.5628 0.5242 0.4852 0.4173 0.3439 0.3207

0.1870 0.1730 0.1510 0.1160 0.0960 0.0840 0.0710

2671.599 2475.103 2305.531 2134.022 1835.236 1512.444 1410.639

-0.21648 -0.24966 -0.28048 -0.31405 -0.37956 -0.46357 -0.49384

3.42677 3.39359 3.36277 3.32920 3.26369 3.17968 3.14942

 GRÁFICO N° 3-1

Q vs Re Número de Reynolds Re

8.0E-06

7.0E-06 6.0E-06 5.0E-06 4.0E-06 3.0E-06 1000

1500

2000

2500

3000

Caudal - Q (m3/s)

 GRÁFICO N° 3-2

log V vs log Re -0.20 -0.25

log V

-0.30 -0.35 -0.40 -0.45 -0.50 -0.55 3.10

3.15

3.20

3.25

3.30

3.35

3.40

3.45

log Re

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 GRÁFICO N° 3-3

Hpl vs Q 0.20 Pérdidas Primarias Hpl (m)

0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 3.0E-06

5.0E-06

7.0E-06

Caudal - Q (m3/s)

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CONCLUSIONES: 1. Se concluyen que los Números de Reynolds calculados en el presente ensayo se demostró que cumple con la teoría del Número de Reynolds teórico, del caudal 5 al 7; los demás caudales no cumple. Laminar

Turbulento

Transitorio

N°

Re

OBSERVACIÓN

1 2 3 4 5 6 7

2671.599 2475.103 2305.531 2134.022 1835.236 1512.444 1410.639

NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

2. En un flujo laminar también se cumple que a mayor caudal que pasa por la tubería, la pérdida del fluido por friccón es mayor, (El Factor de Fricción tiende a aumentar cuando aumenta el caudal.)

Q vs Hpl PERDIDAS PRIMARIAS Hpl (m)

0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08

0.06 3.0E-06

4.0E-06

5.0E-06

6.0E-06

7.0E-06

8.0E-06

CAUDAL - Q (m3/s)

3. Se concluye que en este ensayo, se afirma que el flujo del fluido (agua) estudiado en la tubería es un flujo laminar del caudal 5, 6 y 7, y del caudal 1 al 4 es un flujo transitorio según el diagrama de Moody.

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4. Se concluye que a mayor velocidad del fluido que pasa por la tubería, el factor de fricción en menor, de los que se deduce la velocidad en flujo laminar es inversamente proporcionalmente al factor de fricción.

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VELOCIDAD vs FACTOR FRICCIÓN 0.65 0.60 Velocidad V (m/s)

0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

Factor de Fricción - f

5. Se concluye que en estructuras largas, la perdida por fricción es muy importante, por lo que es un objeto de constante estudio teórico experimental para obtener resultados técnicos aplicables. También se concluye que en proyectos como el de Piscigranja se puede emplear un un flujo laminar.

RECOMENDACIONES: 1. Par el calculo del Número de Reynolds (Re), se recomienda emplear la siguiente fórmula, teniendo en cuenta principalmente las unidades de cada término de la ecuación.

⁄ ⁄

El intervalo de números de Reynolds comprendido emtre 2000 y 4000, es imposible predecir qué tipo de flujo existe; por consiguiente, este intervalo se conoce como región crítica. Entoces si un flujo de un sistema está en la región crítica, se recomienda cambiar la rapidez de flujo o el diámetro del conducto para hacer que el flujo sea claramente laminar o turbulento. 2. Se recomienda que en el presente ensayo se lleve a cabo con distintos caudales. De tal manera manera para evaluar si el caudal es proporcionalmente con la pérdida por frcción. 3. Se recomienda tener en cuenta que un flujo de un sistema es laminar cuando el Número de Reynolds es menor a 2000. Y el flujo de un sistema es transitorio cuando el número de Reynolds esta entre 2000 y 4000. 4. Para que se cumpla esta relación se recomienda: LAB. DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA

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a. Trabajar con distintas graduaciones del caudal. b. Emplear las siguientes fórmulas, teniendo en cuenta principalmente las unidades de cada término de la ecuación. ⁄ Donde: Q: Caudal en m3/s. D: Diámetro en m2. V: Velocidad en m/s.

Donde: f D V L g Hpl

: Factor de Fricción (adimensional) : Diámetro en m2. : Velocidad en m/s. : Longitud de la tubería en m. : Aceleración de la gravedad en m/s2 : Pérdidas por fricción en m.

5. La importancia del laboratorio implica en el registro de datos y la determinación de todos los parámetros, donde los resultados determinan las decsiciones a tomar en un proyecto, como el de Piscigranjas.

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