perdida de cargas fluidos

Mecánica de fluidos II-Perdida de carga en tuberías

PERDIDA DE CARGAS EN TUBERIAS A VELOCIDADES ALTAS

1.-INTRODUCCION:

El equipo debe situarse sobre las guías horizontales que existen a los largo del

canal del Banco Hidráulico. La tubería de prueba esta dispuesta verticalmente,

en la parte central del aparto se incorpora como instrumentación dos tomas de

presión y dos manómetros. Manómetro diferencial de mercurio, utilizado para

medir diferencias de presiones altas. Manómetro de agua presurizada, que se

emplea para medir pequeñas diferencias de presión.

Ambos manómetros se aíslan y se seleccionan por medio de las válvulas de 3

vías (VT2 y VT3) que dispone el aparato. El caudal que circula por la tubería de

prueba puede ser regulado la válvula de control V2.

El agua excedente que se evacua por el rebosadero del deposito principal es

enviada al desagüe mediante un conducto existente. Los pies ajustables del

soporte permiten nivelar el aparato.

NOTAS:

a) Las dos columnas del manómetro de agua están comunicadas por su parte

superior mediante el colector, el cual lleva enano de sus extremos un tubo

para conectar una válvula antiretorno. El nivel del manómetro de agua

puede ajustarse empleando la bomba de aire conectada a la válvula

antiretorno, presurizando el sistema.

b) A la salida de la válvula V2 esta acoplado un estrecho tubo flexible que

evitara las posibles sal picaduras y que debe situarse en la probeta o en el

tanque volumétrico con el fin de medir el caudal.

Existen posprocedimientos para alimentar con agua a la tubería de prueba

utilizada para la práctica:

1.- Para velocidades altas de corriente (flujo), selecciona las válvulas V1 y VT1

en posición de turbulento, de esta forma la entrada de agua a la tubería es

directamente por la impulsión del Banco Hidráulico.

2.- Para velocidades de flujo lentas, se selecciona las válvulas V1 y VT1 en la

posición de “laminar”. De esta forma la entrad de agua a la tubería es por el

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orificio existente en la parte superior del deposito principal, cuyo nivel puede

mantenerse constante a través del rebosadero.

LLENADO DEL MANOMETRO DE AGUA:

- Preparar el aparato para trabajar en laminar.

- Quitar la válvula antiretorno del tubo de purga de la salida del colector.

- Seleccionar el manómetro de agua con VT2 y VT3 (hacia la derecha)

- Poner en marcha el motor del Banco.

- Cerrar la válvula de salida V2, para que el agua fluya por el colector y se

elimine todo el aire.

LLENADO DEL MANOMETRO CON MERCURIO:

- Preparar el aparato para trabajar en turbulento, V1 y VT1 en turbulento.

- Abrir las válvulas inferiores VC1 y VC2 del colector cerradas.

- válvulas de purga VP1 y VP2 del colector cerradas.

- Seleccionar el manómetro de mercurio con VT2 y VT3 (hacia la derecha)

- Poner en marcha el Banco y regular el caudal con la válvula del Banco y con

V2, hasta eliminar todo el aire.

- Una vez eliminado todo el aire de las ramas del manómetro apagar el Banco y

cerrar V2.

- Con el embudo ir llenando el mercurio, el mercurio desplazara el agua de la

otra rama.

- Llenar hasta aproximadamente a 220mm.

- Volver insertar el tubo en la racord de la válvula VC2.

- Abrir la válvula de purga VP2.

- poner en marcha el Banco y abrir V2, poco a poco abrir la válvula de

regulación de caudal del banco, de forma que la rama derecha vaya subiendo

de nivel y salga el aire por la válvula de purga.

- tener mucho cuidado con el manejo del mercurio.

II.- OBJETIVOS:

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Investigar como varía la perdida de carga por rozamiento con la velocidad

media de la corriente a lo largo de una tubería de prueba cilíndrica, para flujo

turbulento.

III.- EQUIPO UTILIZADO:

- Equipo de perdida de carga en tuberías (FM07):

- Banco Hidráulico:

- Cronometro

- Probeta graduada de 1000ml

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- Mercurio

- Termómetro

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IV.- MARCO TEORICO:

Las perdidas de energía en tuberías se miden en metros de columna de fluido

circulando por la tubería y están con la velocidad.

Estas pérdidas de energía vienen expresadas por la siguiente ecuación:

En donde:

f = Ǿ * Re y Re = V * D / υ υ = μ / ρ

Donde:

μ = Viscosidad dinámica

ρ = Densidad de flujo

υ = Viscosidad cinemática

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

- Situar el equipo sobre las guías del canal del Banco Hidráulico.

- Conectar el conducto flexible de entrada del aparato directamente a la boca de

impulsión del Banco.

- Poner VI y VTl en posición turbulento.

- Preparar el manómetro de mercurio.

- Poner en marcha la bomba y abrir la válvula de control de la alimentación del

Banco.

- Abrir completamente la válvula de control V2 para preparar el tubo de prueba y el

resto de los conductos.

- Utilizar las válvulas de 3 vías del manómetro de agua, para permitir que ésta

circule por todos los conductos hasta que todo el aire haya sido expulsado.

- Seleccionar el manómetro de mercurio con VT2 y VT3.

- Una vez preparado el equipo se procede a la toma de datos.

- Para conseguir el máximo caudal, abrir completamente la válvula V2 del aparato.

- Tomar las lecturas en el manómetro de mercurio, y determinar n velocidad media

de la

corriente utilizando la probeta graduada para distintas aperturas de la válvula de

control V2.

- Medir la temperatura del agua.

TABLA DE MEDIDAS Y CÁLCULOS

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Antes de completar las distintas tablas y calcular los valores necesarios, conviene

tener en cuenta los siguientes datos:

Longitud L =500 mm.

Diámetro interior del tubo de prueba Di = 4 mm.

Viscosidad

cinemática

del agua

υ(mm/s)

1.163 1.106 1.053 1.0038 0.914

Temperatura 14 16 18 20 24

Anotar en la tabla siguiente las medidas realizadas de los distintos caudales y de

sus respectivas lecturas de escala en los manómetros, con el fin de hallar, en cada

caso, la pérdida de carga por rozamiento del agua a su paso por el conducto de

pruebas (que vendrá dada por la diferencia de alturas, lógicamente).

Con los valores del caudal y del área de la sección transversal del tubo, calcular y

anotar

valores de la velocidad media de la corriente, V.

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VOLUMEN (l)

TIEMPO (s) CAUDAL (m3/s)

LECTURAS DEL MANOMETRO DE MERCURIO LECTURAS DEL MANOMETRO DE AGUAPERDIDA DE CARGA

(m.c.a.)h1 (mm.c.Hg) h2 (mm.c.Hg) h1 (mm.c.a) h2 (mm.c.a)

360 19.10 0.000018848 222 229 3019.20 3114.40 0.09520

450 19.57 0.000022994 222 231 3019.20 3141.60 0.12240

365 12.48 0.000029247 222 232 3019.20 3155.20 0.13600

540 13.72 0.000039359 220 232 2992.00 3155.20 0.16320

865 14.07 0.000061478 217 234 2951.20 3182.40 0.23120

CAUDAL Q (m3/s)

VELOCIDAD V (m/s)

V2 (m2/s2)PERDIDA DE CARGA hf (m.c.a)

f Re Log V Log hf Log f Log Re

0.000018848 1.499889516 2.24966856 0.09520 0.00664213 6564.067903 0.176059269 -1.021363052 -2.1776926 3.817173065

0.000022994 1.829834552 3.348294489 0.12240 0.005737818 8008.028676 0.262411824 -0.912218582 -2.24125324 3.90352562

0.000029247 2.327385986 5.41672553 0.13600 0.003940861 10185.49666 0.366868415 -0.866461092 -2.404408932 4.007982211

0.000039359 3.132057918 9.809786799 0.16320 0.002611257 13707.03684 0.495829784 -0.787279846 -2.583150424 4.13694358

0.000061478 4.892289473 23.93449628 0.23120 0.001516186 21410.45721 0.689512146 -0.63601217 -2.819247472 4.330625942

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Realizar a escala conveniente, los siguientes gráficos:

- Grafico 1: Log hf en función de Log V.

- Grafico 2: Log f en función de Log Re.

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Del Grafico 1, Determinar las relaciones empíricas de la forma hf = K*Vn que

pueden expresar las dos zonas del gráfico.

Del Grafico Nº 01

Ecuación de la recta de la regresión lineal:

y=1.2173x – 0.5591

Donde:

y=log hf y x= logV

Ahora reemplazamos en la ecuación

log h f=1 .2173 logV−0 .5591log h f−1 .2173 logV=−0 .5591log h f−logV

1 .2173=−0 .5591

log (h f

V 1 .2173)=−0 .5591

h fV 1.2173

=10−0.5591

h f=0 .2760∗V1 .2173

Entonces comprobamos que las formulas empíricas están correctas

Del Grafico 2, buscar las relaciones empíricas de la forma f = K*Ren que pueden

expresar las dos zonas del gráfico.

Del Grafico Nº 02

Ecuación de la recta de la regresión lineal

y=−0 .7827 X+1 .5010Donde:

y=log f

y

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h f=0 .2760×V1 .2173=K×V n


x=logRe

Ahora reemplazamos en la ecuación

log f=−0 .7827 logRe+1.5010

log f +0 .7827 logRe=1.5010

log f−logRe−0 .7827=1 .5010

log ( f

Re−0 .7827)=1.5010

f

Re−0.7827=101 .5010

f=31 .6957×Re−0.7827

Entonces comprobamos que las formulas empíricas están correctas

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f=31 .6957×Re−1.5010=K×Ren


VOLUMEN (cm3)

TIEMPO(s)

CAUDAL (m3/s)

LECTURAS DEL MANOMETRO

Hfh1

(mm.c.Hg.)h2

(mm.c.Hg.)180 37.32 0.000004823 300 260 0.04150 21.2 0.000007075 308 236 0.072185 20.82 0.000008886 321 203 0.118250 24.44 0.000010229 330 162 0.168280 23.69 0.000011819 341 125 0.216

Q(m3/s) V(m/s) V2(m/s)Hf

(m.c.a)f Re Log V Log Hf Log Re Log f

0.000004823 0.3838140.147313

0.04 0.042619 1679.71 -0.415879-

1.3979403.225235 -1.370393

0.000007075 0.5630480.317023

0.072 0.035648 2487.24 -0.249454-

1.1426683.395717 -1.447970

0.000008886 0.7071000.499991

0.118 0.037043 3123.58 -0.150519-

0.9281183.494653 -1.431291

0.000010229 0.8140090.662610

0.168 0.039796 3595.84 -0.089371-

0.7746913.555800 -1.400160

0.000011819 0.94055264 0.884639268 0.216 0.038325 4154.84 -0.026617-

0.6655463.618555 -1.416523

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