laboratorio perdida de carga

Universidad de Antofagasta Ingeniería Civil en Procesos Minerales

Laboratorio N°2 "Perdida de Carga"

Nombre: Katiuska Garnica P.

Profesor: Mario Grageda

Ayudante: Hyuin Sun Cabrera

Fecha de Entrega: 30 de Octubre del 2014

Índice

Planteamiento del Problema……………………………………………………...pag.1

Desarrollo y Comentarios de Problemas...………………………………………..pag.2.8

Índice de Tablas


Tabla 1……………………………………………………………………………..pág. 2

Tabla 2…………………………………………………………………………….pág.3

Tabla 3…………………………………………………………………………….pág. 4

Tabla 4…………………………………………………………………………….pág. 5

Tabla 5…………………………………………………………………………….pág. 8


OBJETIVOEl objetivo de los ensayos es el experimentar el flujo de fluidos en tuberías para conocer prácticamente su funcionamiento y las leyes que lo rigen.

FUNADAMENTO TEORICO

El número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del escurrimiento, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento; además, indica, la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto a uno laminar y la posición relativa de este estado de cosas a lo largo de determinada longitud:

Re=D*V

ν

En donde D es el diámetro interno de la tubería, V es la velocidad media del fluido dentro de la tubería y es la viscosidad cinemática del fluido. El número de Reynolds es una cantidad adimensional, por lo cual todas las cantidades deben estar expresadas en el mismo sistema de unidades.La ecuación de Darcy-Weisbach se utiliza para realizar los cálculos de flujos en las tuberías. A través de la experimentación se encontró que la pérdida de cabeza debido a la fricción se puede expresar como una función de la velocidad y la longitud del tubo como se muestra a continuación:

f=h f ( 2gDLV 2 )En donde,hf = Pérdida de carga a lo largo de la tubería de longitud L L = Longitud de la tuberíaD = Diámetro interno de la tuberíaV = Velocidad promedio del fluido en la tuberíaEl factor de fricción f es adimensional, para que la ecuación produzca el correcto valor de las pérdidas. Todas las cantidades de la ecuación excepto f se pueden determinar experimentalmente.

APARATOSEl equipo es el Banco de Escurrimientos de Fluidos, indicado en la figura, consiste en:

1. Un estanque (1) de FRP de 50 lt de capacidad. 2. Una bomba centrífuga (5). Se incluyen dos manómetros de Bourdon, uno en la

succión de la bomba (4) y otro en la descarga (6). 3. Un medidor de disco nutatorio (8). 4. Un medidor de orificio (14) con un manómetro de tubo en U (15). 5. Estas partes están conectadas con tuberías de vidrio de 16 mm de diámetro

interior con sus correspondientes fittings, válvulas, accesorios y otros instrumentos, que permiten diversos circuitos, para efectuar diversas experiencias.

PRECAUCIONES

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Se debe verificar que el motor de la bomba esté conectado correctamente a una fuente de energía con las especificaciones correctas, que el motor no esté mojado, y que no haya peligro de que ni el motor ni las conexiones eléctricas puedan salpicarse de agua. Se debe verificar que el estanque contenga agua por lo menos hasta la mitad.Se debe asegurar que los manómetros diferenciales de tubo en U estén conectados correctamente en las bocas correspondientes, con sus tubos de conexión limpios, sin obstrucciones y sin burbujas de aire que alteren las lecturas.Si se desea determinar la pérdida de carga en determinados tramos del circuito, se deben colocar en los lugares adecuados, piezas de tubería con conexiones para manómetros diferenciales.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALFlujo de líquido en cañería simple.

Para estudiar el flujo en cañerías simples se hace circular el agua por el circuito en estudio midiendo el flujo total y la diferencial de presión en un tramo determinado o en el total del circuito.

Se conecta un manómetro diferencial de tubo en U en las conexiones de los puntos entre los cuales se desea medir la pérdida de carga.

Se abren las válvulas 3 y 7, y se cierran la 2, 12 y 16. Para el circuito superior en estudio con el medidor de placa orificio se cierra la

válvula 10 y 11, y se abren la válvula 17. Se cierra momentáneamente la válvula 7, se hace funcionar la bomba y se

vuelve a abrir. Evítese la partida de la bomba con la válvula 7 abierta. Esto es importante si el líquido manométrico es de baja densidad, lo que hará que en la partida sea arrastrado fuera del manómetro. Si el líquido manométrico es de alta densidad (mercurio) es menos probable que suceda este percance.

Con la válvula 7 completamente abierta, se mide el flujo tomando las lecturas del medidor 8 en un lapso determinado, y del volumen medido y del tiempo correspondiente se calcula el flujo. Simultáneamente se toma la lectura del manómetro de tubo en U para conocer la diferencial de presión en el tramo en estudio.

Se cierra ligeramente la válvula 7 y repite los pasos anteriores. Esto se hace tantas veces como sea necesario para tener una relación de flujo versus diferencial de presión en todo el rango que permita la bomba.

Flujo de líquido por cañerías en paralelo.Para el flujo en cañerías en paralelo se hace circular el agua por el circuito formado por dos o más circuitos en paralelo, midiendo el flujo total y la diferencial de presión en el total del circuito paralelo.La diferencial de presión determinada experimentalmente se compara con la calculada por lo métodos usuales.Se abren las válvulas 3 y 7, y se cierran la 2, 12 y 16.

Según sea los circuitos que se vayan a usar:a) Circuito inferior junto con el intermedio, se abre las válvulas 10 y 11 y se cierra

la válvula 17.b) Circuito intermedio junto con el superior, se cierra la 10 y se abre la 11 y 17.c) Circuito superior junto con el inferior, se cierra la 11, y se abre la 17 y 10.

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d) Los tres circuitos juntos, se abre las 10, 11 y 17.

Para nuestro procedimiento experimental utilizaremos el circuito (b).

Se cierra momentáneamente la válvula 7, se hace funcionar la bomba y se vuelve a abrir. Evítese la partida de la bomba con la válvula 7 abierta. Esto es importante si el líquido manométrico es de baja densidad, lo que hará que en la partida sea arrastrado fuera del manómetro. Si el líquido manométrico es de alta densidad (mercurio) es menos probable que suceda este percance.Con la válvula 7 completamente abierta, se mide el flujo tomando las lecturas del medidor 8 en un lapso determinado, y del volumen medido y del tiempo correspondiente se calcula el flujo. Simultáneamente se toma la lectura del manómetro de tubo en U para conocer la diferencial de presión en el tramo en estudio. Se cierra ligeramente la válvula 7 y repite los pasos anteriores. Esto se hace tantas veces como sea necesario para tener una relación de flujo versus diferencial de presión en todo el rango que permita la bomba.

Calculos

1. Para ambas experiencias realice una gráfica de número de Reynolds versus factor de fricción “f”.

2. Con los valores del número de Reynolds, determine el factor de fricción a través de la gráfica de Moody, y los valores de rugosidad relativa, tomadas de bibliografía para el tipo de cañería en uso

Desarrollo

Resultados Experimentales

Se realiza una tabla, en la cual se determinan los promedios del tiempo para cada paralelo:

Paralelo A

Paralelo B Paralelo C

Experiencia

tiempo [seg]

Tiempo [seg]

Tiempo [seg]

Tiempo [seg]

1 17,5 18,3 16 15,92 17,3 16,5 16,4 16,53 16,2 14,8 16,5 16,74 16,9 17,8 15,7 14,85 16,4 15,3 16,4 16,66 18 17,4 16,4 16,1

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7 17,4 16,5 17 17,68 17 15,4 15,7 15,9

Promedio

17,0875 16,5 16,2625 16,2625

Determinados los promedios de tiempo para cada medición, se deben calcular para cada paralelo Reynolds y el factor de fricción.

Paralelo A, mediciones en serie:

Se determinara el Caudal (Q) del sistema:

Sabemos que:

t promedio=17.0875 seg

Volumen= 10 [lt]

D=16 [mm]= 0,016 [m]

De la siguiente relación para determinar el caudal, determinamos su valor:

Q= volumentiempo

Q=10 [¿ ]

17,0875[seg ]

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Q=0,5852[ ¿seg ]∗1m3

1000<¿=0,000585 [ m3seg ]¿Calculo de la velocidad media:

¿ v≥QA

Calculo del Area:

A=π∗D2

4

A=π∗0,0162

4=2,010×10−4[m2]

Reemplazando el área y el caudal en la velocidad media:

¿ v≥ 0,0005852,010×10−4 [

m3

se gm2 ]

¿ v≥2.9104 [ mseg ]Obtenidos los valores para determinar el número de Reynolds, procedemos a calcularlo:

ℜ=D∗¿v>¿ ρμ

Como el fluido en cuestión es agua, sabemos que:

Agua=1000[kg/m3]

µAgua=0,001 [kg/m*seg]

D=16 [mm]= 0,016 [m]

ℜ=

0,016 [m ]∗2.9104 [ mseg ]∗1000[ kgm3 ]0,001[ kg

m∗seg ]ℜ=46566,4

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Como el material de la tubería es “vidrio”, la rugosidad relativa de esté es cero (0).

Gráfico de Moody

Del grafico determinamos el factor de fricción de Fanning

f=0.0053

Paralelo B, mediciones en paralelo:


Sabemos que:

t promedio=16.5 seg

Volumen= 10 [lt]

D=16 [mm]= 0,016 [m]


Q= volumentiempo

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Q=10 [¿ ]

16.5[ seg]

Q=0.606[ ¿seg ]∗1m3

1000<¿=0,000606[ m3seg ]¿Calculo de la velocidad media:

¿ v≥QA

Calculo del Area:

A=π∗D2

4

A=π∗0,0162

4=2,010×10−4[m2]


¿ v≥ 0,0006062,010×10−4 [

m3

segm2 ]

¿ v≥3.015[ mseg ]Obtenidos los valores para determinar el número de Reynolds, procedemos a calcularlo:

ℜ=D∗¿v>¿ ρμ


Agua=1000[kg/m3]


D=16 [mm]= 0,016 [m]

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ℜ=

0,016 [m ]∗3.015 [ mseg ]∗1000[ kgm3 ]0,001[ kg

m∗seg ]ℜ=48240


Gráfico de Moody


f=0.00525

Paralelo C, mediciones en paralelo. Con válvula 10 cerrada y, 17 y 11 abierta:


Sabemos que:


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Volumen= 10 [lt]

D=16 [mm]= 0,016 [m]


Q= volumentiempo

Q=10 [¿ ]

16.2625[seg ]

Q=0.615[ ¿seg ]∗1m3

1000<¿=0,000 615[ m3seg ]¿Calculo de la velocidad media:

¿ v≥QA

Calculo del Area:

A=π∗D2

4

A=π∗0,0162

4=2,010×10−4[m2]


¿ v≥ 0,0006152,010×10−4 [

m3

segm2 ]


ℜ=D∗¿v>¿ ρμ


Agua=1000[kg/m3]

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D=16 [mm]= 0,016 [m]

ℜ=

0,016 [m ]∗3.06 [ mseg ]∗1000[ kgm3 ]0,001[ kg

m∗seg ]ℜ=48960


Gráfico de Moody


f=0.0052

Paralelo C, mediciones en paralelo. Con todas las válvulas abiertas:


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Sabemos que:


Volumen= 10 [lt]

D=16 [mm]= 0,016 [m]


Q= volumentiempo

Q=10 [¿ ]

16.2625[seg ]

Q=0.615[ ¿seg ]∗1m3

1000<¿=0,000 615[ m3seg ]¿Calculo de la velocidad media:

¿ v≥QA

Calculo del Area:

A=π∗D2

4

A=π∗0,0162

4=2,010×10−4[m2]


¿ v≥ 0,0006152,010×10−4 [

m3

segm2 ]


ℜ=D∗¿v>¿ ρμ

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Agua=1000[kg/m3]


D=16 [mm]= 0,016 [m]

ℜ=

0,016 [m ]∗3.06 [ mseg ]∗1000[ kgm3 ]0,001[ kg

m∗seg ]ℜ=48960


Gráfico de Moody


f=0.0052

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Tabla de factor de friccion de Fanning y Reynolds.

Factor de fricción de

Fanning

Numero de

Reynolds

0.0053 46566.4

0.00525 48240

0.0052 48960

0.0052 48960

46000 46500 47000 47500 48000 48500 49000 495000.005140.005160.00518

0.00520.005220.005240.005260.00528

0.00530.00532

f v/s Re

Series2

Numero de Reynolds

fact

or d

e fr

iccio

n de

Fan

ning

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