INFORME LABORATORIO MECANICA DE FLUIDOS DE

PERDIDA POR FRICCION Y ACCESORIOS

CARLOS LOZANO ROMERO

DIEGO ALEXANDER ROJAS A.

HECTOR BONELO RODRIGUEZ

DELCY Y. MANRIQUE RAMIREZ

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA

FACULTAD DE INGENERIA

PROGRAMA ING AGRICOLA

GARZON-HUILA

RESUMEN

Este trabajo se realiza con el objetivo de obtener más información teórica y analítica de lo

práctico de acuerdo con lo realizado, consiguiendo un conocimiento más a fondo de como

calcular, analizar y sintetizar las diferentes perdidas de energía por fricción y accesorios en el

laboratorio de mecánica de fluidos, donde se utilizaron dos formas de pérdidas de energía por

fricción con canastilla abierta y cerrada, otros dos análisis de perdida de energía por accesorio

de contracción súbita y expansión, en la que obtuvimos que las pérdidas por accesorios vistas

en las prácticas son aproximadamente entre un 10 y 30 % a las vistas teóricamente.

OBJETIVOS

Comprobar el factor de pérdida por fricción y pérdida por accesorios que ocasionan diversos accesorios que son muy comunes encontrar en los sistemas de tuberías.

Determinar experimentalmente las pérdidas por fricción en tuberías y pérdidas por accesorios.

Establecer la relación entre la carga de velocidad y las pérdidas por fricción.

Indicar la influencia de la rugosidad de la tubería en las pérdidas por fricción.

Graficar las curvas experimentales de numero de Reynolds vs factor de fricción en las tuberías.

MARCO TEORICO A continuación se definen ciertos términos necesarios para la interpretación del presente artículo. FLUIDO: los fluidos son sustancias capaces de "fluir" y que se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen. PRESIÓN DE UN FLUIDO: la presión de un fluido se transmite con igual intensidad en todas direcciones y actúa normalmente a cualquier superficie plana. En el mismo plano horizontal, el valor de la presión de un líquido es igual en cualquier punto. VISCOSIDAD: la viscosidad de un fluido es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido . ECUACION GENERAL DE LA ENERGIA: es una extensión de la ecuación de Bernoulli, lo que permite resolver problemas en los que hay pérdidas y ganancias de energía. Para un sistema la expansión del principio de conservación de la energía es: E1+hA-hR-hL=E2

E1 y E2: denotan la energía que posee el fluido por unidad de peso en las secciones 1y 2. La energía que posee el fluido por unidad de peso es

Es esencial que la ecuación general de la energía se escriba en la dirección del fluido. Principios fundamentales que se aplican a flujos de fluidos. Principio de la conservación de la masa, a partir del cual se establece la ecuación de continuidad. Principio de la energía cinética, a partir del cual se deducen ciertas ecuaciones aplicables al flujo.

Principio de la cantidad de movimiento, a partir del cual se deducen ecuaciones para calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por los fluidos en movimiento. FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO: a velocidades bajas los fluidos tienden a moverse sin mezcla

lateral, y las capas contiguas se deslizan más sobre otras, no existen corrientes transversales ni

torbellinos, a este tipo de régimen se le llama flujo Laminar.

A velocidades superiores aparece la turbulencia, formándose torbellinos, en el flujo turbulento las partículas fluidas se mueven en forma desordenada en todas las direcciones La resistencia al flujo en los tubos, es ofrecida no solo por los tramos largos, sino también por los accesorios de tuberías tales como codos y válvulas, que disipan energía al producir turbulencias a escala relativamente grandes. La ecuación de la energía o de Bernoulli para el movimiento de fluidos incompresibles en tubos es:

Cada uno de los términos de esta ecuación tiene unidades de energía por peso (LF/F=L) o de longitud (pies, metros) y representa cierto tipo de carga. Z= es la energía potencial de la partícula y se denomina carga de altura. V2/2g= es la carga de velocidad (altura dinámica) y representa la distancia vertical necesaria para que el fluido caiga libremente. hf= representa la cabeza de pérdidas por fricción. El número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del escurrimiento, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento.

D= es el diámetro interno de la tubería, V= es la velocidad media del fluido dentro de la tubería.

Colebrook ideó una fórmula empírica para la transición entre el flujo en tubos lisos y la zona de completa turbulencia en tubos comerciales:

En donde, f = factor de fricción D = diámetro interno de la tubería ε = Rugosidad del material de la tubería. Re = número de Reynolds. La ecuación de Colebrook constituye la base para el diagrama de Moody., debido a varias inexactitudes inherentes presentes (incertidumbre en la rugosidad relativa, incertidumbre en los datos experimentales Usados para obtener el diagrama de Moody, etc, en problemas de flujo en tuberías no suele justificarse el uso de varias cifras de exactitud. Como regla práctica, lo mejor que se puede esperar es una exactitud del 10%. La ecuación de Darcy-Weisbach se utiliza para realizar los cálculos de flujos en las tuberías. En donde,

En donde, hf = Pérdida de carga a lo largo de la tubería de longitud, expresada en N*m/N L= Longitud de la tubería, expresada en m. D= Diámetro interno de la tubería, expresada en m. V= Velocidad promedio del fluido en la tubería, expresada en m/s.

El 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. Para perdidas de accesorios la ecuación es:

Para aplicaciones prácticas se tiene que los flujos con Re <2000, se encuentra en estado laminar, y los Re>4000, están en régimen turbulento. Los 2000<Re<4000, están en la región de transición o región critica. Pero con la ecuación de continuidad remplazamos y utilizamos esta ecuación para la perdida por accesorios:

Facilitándonos el proceso de hallar hacc. . MATERIALES Agua

Banco hidráulico

Tubo de fricción de 14 mm

Tubo de fricción de 14 mm

Tubo de accesorios de 10mm y 14 mmm

Tubo de longitud

METODOLOGIA

Al momento de determinar las perdidas por fricción en el tubo de 0.47m y diámetro de 14mm con la canastilla abierta, en el factor de fricción se distinguen dos regímenes, laminar y turbulento. Hallando el numero Reynolds podemos ubicar el flujo en turbulento cuando el Re obtenido es > 4000; <2000 el flujo es normalmente laminar, según la rigurosidad del tubo experimentalmente sabemos que las pérdidas por accesorios no permiten la llegada de un flujo adicional al de fricción. En el banco hidráulico realizamos dos prácticas, perdidas por accesorios y perdidas por fricción, hallamos P1 Y P2, el caudal y especificamos la altura. Se tomó la lectura pertinente en cada caída de presión para el caudal. Posteriormente al proceder con nuestros cálculos experimentales usaremos las fórmulas de:

NUMERO REYNOLDS

PERDIDA DE CARGA POR FRICCION

RESULTADOS Y ANALISIS

PERDIDAS POR FRICCION TUBERÍA DE 14MM CANASTILLA CERRADA

Tabla 1: flujo alto

h P1(mm) P2(mm) Q(l/min) V(m/s) Hf(m)

314 110 45 12,1 1,310047829 0,015

373 185 95 16,2 1,753948333 0,04

383 240 145 18 1,948831481 0,08

394 270 160 19 2,057099896 0,05

400 330 220 20 2,165368312 0,33

Di=0.014m vc=0.99e-6

V(m/s) hf Re f

1,310047829 0,015 16538,02489

0,00479657

1,753948333 0,04 22141,81845

0,00713576

1,948831481 0,08 24602,0205

0,01155994

2,057099896 0,05 25968,79941

0,00648445

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 0,5 1 1,5 2 2,5

hf

velocidad

hf vs velocidad, flujo alto

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

NR

F

F vs NR, flujo alto

2,165368312 0,33 27335,57833 0,03862464

Tabla 2: flujo bajo

h P1(mm) P2(mm) Q(l/min) V(m/s) Hf(m)

349 105 35 30 3,248052468 -0,02

367 220 125 32 3,464589299 0,065

390 250 155 34 3,68112613 -0,01

397 270 260 34,5 3,735260338 -0,005

407 400 275 36 3,897662961 0,4

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

1 2 3 4 5

Hf

Caudal

Hf vs Caudal Flujo Bajo

Di=0.014 vc=0.99e-6

V(m/s) hf Re F 3,248052468

-0,02 41003,36749 -0,00104039

3,464589299 0,065 43736,92532 0,00297183

3,68112613

-0,01 46470,48316 -0,000405

3,735260338

-0,005 47153,87262 -0,00019667

3,897662961

0,4 49204,04099 0,01444992

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4

hf

velocidad

hf vs velocidad, flujo bajo

40000

41000

42000

43000

44000

45000

46000

47000

48000

49000

50000

-0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02

NR

F

F vs NR, flujo bajo

PERDIDAS POR ACCESORIO TUBERIA DE 10mm CANASTILLA CERRADA

Tabla 1: flujo alto expansión (10-14)

h P1(mm) P2(mm) Q(l/min) V(m/s) Hm(m) k 250 25 70 8,1 1,718869366 -0,15650144 -3,98841928

385 90 160 18 3,819709702 -0,62062439 -3,20284807

404 130 207,5 20,2 4,28656311 -0,77094684 -3,15917878

417 180 265 21 4,456327986 -0,83446098 -3,16387962

435 255 355 24 5,092946269 -1,07888781 -3,13188863

Tabla 2: flujo bajo expansión(10-14)

h P1(mm) P2(mm) Q(l/min) V(m/s) Hm(m) k 102 50 95 9,8 2,079619727 -0,20821595 -3,62505286

108 110 175 10 2,122060946 -0,2349458 -3,92844063

122 155 230 11 2,33426704 -0,28063442 -3,87800238

159 245 340 14 2,970885324 -0,42809377 -3,65203846

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

-1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0

v2/2

g

hm

hm vs v2/2g , expansion flujo alto

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

-5 -4 -3 -2 -1 0

NR

k

k vs NR expansion flujo alto

185 280 380 16 3,395297513 -0,53506125 -3,49474942

-0,5

-0,45

-0,4

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

-0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0

v2/2

g

hm

hm vs v2/2g expansion, flujo bajo

0

5000

10000

15000

20000

25000

-4 -3,9 -3,8 -3,7 -3,6 -3,5 -3,4

NR

k

K vs NR expansion flujo bajo

Tabla 3 flujo alto contracción (14-10)

h P1(mm) P2(mm) Q(l/min) V(m/s) Hm(m) k

210 160 55 6 1,273236567 0,04381951 0,52979201

277 210 75 9,2 1,95229607 -0,00884212

-0,04546962

314 285 105 12 2,546473135 -0,06472195

-0,19562731

340 315 115 14 2,970885324 -0,13309377

-0,29555752

363 390 155 15,8 3,352856294 -0,18925269

-0,32996529

-0,45

-0,4

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

-0,25 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1

v2/2

g

hm

hm vs v2/2g contraccion flujo alto

0

5000

10000

15000

20000

25000

-0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6

NR

k

K vs NR contraccion flujo alto

Tabla 4 flujo bajo contracción (14-10)

h P1(mm) P2(mm) Q(l/min) V(m/s) Hm(m) k

20 130 45 3,1 0,657838893 0,06866821 3,11008813

25 200 85 3,8 0,806383159 0,09045983 2,72664704

30 255 90 4,2 0,891265597 0,13502156 3,33153906

44 310 115 5 1,061030473 0,15251355 2,6552706

67 400 160 6,9 1,464222052 0,1590888 1,45439309

-0,09

-0,08

-0,07

-0,06

-0,05

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0

0 0,05 0,1 0,15 0,2

v2/2

g

hm

hm vs v2/2g contraccion flujo bajo

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

NR

k

K vs NR contraccion flujo bajo

CONCLUSIONS

Se aplicaron en forma práctica los conceptos de energía mecánica presente en un fluido, el uso de las ecuaciones para hallar las pérdidas de energía. Se calcularon experimentalmente valores de los factores de fricción y accesorios