perdidas por fricción en tuberías informe

8/11/2019 Perdidas Por Friccin en Tuberas INFORME

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PERDIDA POR FRICCION EN TUBERIAS

1. Objetivos:a) Medir directamente la perdida de carga por friccin en una tubera a travs de las

alturas piezometricas. b) Determinar el rgimen del flujo calculando el nmero de Reynolds. c) Determinar experimentalmente el factor de friccin fexp. d) Comparar el valor del factor de friccin obtenido experimentalmente con el terico

2. Fundamento terico:

los problemas hidrulicos de conductos a presin , con caudal constante pueden resolverseaplicando las dos ecuaciones siguientes:

A) Ecuacin de continuidad : establece que el caudal es el mismo en cualquier regin delconducto.

Q=V*ADonde Q es el caudal que circula por el conducto en (m^3/s),V es la velocidad transversalen (m/s)y y A es el rea de la seccin en m^2.

B) Ecuacin de Bernoulli : Establece la constancia de la energa entre dos puntos

f

22

2 h

g

V

g

PZ

g

V

g

P


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Numero de Reynolds en conductos: El nmero de Reynolds permite caracterizar lanaturaleza del escurrimiento, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujoturbulento; adems, indica, la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia unrgimen turbulento respecto a uno laminar y la posicin relativa de este estado de cosas alo largo de determinada longitud:

VR e

En donde D es el dimetro interno de la tubera, V es la velocidad media del fluido dentrode la tubera y es la viscosidad cinemtica del fluido. El nmero de Reynolds es unacantidad adimensional, por lo cual todas las cantidades deben estar expresadas en elmismo sistema de unidades.

Perdidas de carga: son trminos que valorizan las prdidas de energa, al transformarseesta en otro tipo de energa no utilizable para el movimiento, dichas perdidas de carga pueden ser de dos tipos: perdidas primarias o por friccin (hf) y perdidas secundarias omenores (hl).

Perdidas primarias o por friccin (hf) : se deben a la friccin interna producida porla viscosidad y dependen de: a) la densidad y viscosidad del fluido b) la velocidad del fluido c) la geometra del conducto: forma, tamao, longitud. d) La rugosidad absoluta, de la superficie interna dela tubera

De modo experimental se determin que:

( Ecuacin de Darcy _Weisbach)

Perdidas secundarias o menores (hm): se deben principalmente al cambio demagnitud y direccin que sufre la velocidad cuando el flujo sufre separaciones ocada de velocidad en ensanchamientos.

hl=K*

donde hl es la prdida de energa local en

(m), que depende del tipo de accesorio


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Rugosidad absoluta y rugosidad relativa.

En el interior de los tubos comerciales existen protuberancias o

Irregularidades de diferentes formas y tamaos cuyo valor medio se conoce

como rugosidad absoluta ( ), y que puede definirse como la variacin media

del radio interno de la tubera.

Los experimentos de Nikuradse permitieron determinar el valor de esta

rugosidad absoluta. Consistieron en producir una rugosidad artificial pegando

en el interior de un tubo de vidrio (liso) ridos de diferentes granulometras

tamizados, es decir, de rugosidad conocida, hasta conseguir una prdida de

carga igual que la producida en un tubo comercial de un material determinado

con igual longitud y dimetro que el de vidrio. Estos tubos artificialmente

preparados se conocen como tubos arenisca.

Cuando una casa comercial da el valor de rugosidad es en realidad la

rugosidad media equivalente, lo que significa que se comporta del mismo modo

que una tubera artificialmente preparada con la rugosidad absoluta K.

Un mismo valor de rugosidad absoluta puede ser muy importante en

tubos de pequeo dimetro y ser insignificante en un tubo de gran dimetro, es

decir, la influencia de la rugosidad absoluta depende del tamao del tubo. Por

ello, para caracterizar un tubo por su rugosidad resulta ms adecuado utilizar la

rugosidad relativa ( /D), que se define como el cociente entre la rugosidad

absoluta y el dimetro de la tubera.


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Determinacin de las prdidas por friccin

si el flujo es laminar (Re


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5. tabla

hf1= H =33mm=3.3cm=0.033m

hf2 =H =30mm=3.0cm=0.030m

hf3 =

H=31mm=3.1cm=0.031m

hf4= H=30.5mm=3.05cm=0.0305m

T1 T2 T3 Promedi

o(t)Caudal(m3/s)

V1 850 7.9 7.8 7.9 7.86667 0.0001081V2 1150 10.9 11 11 10.9667 0.0001049V3 1280 12.5 12.6 12.5 12.5333 0.0001021

0.000105V1 1050 10.4 10.3 10.4 10.3667 0.0001013V2 1300 12.7 12.8 12.9 12.8 0.0001016V3 1050 10.5 10.6 10.6 10.5667 9.937E-05

0.0001007

V1 1000 10.2 10.1 10.1 10.1333 9.868E-05V2 1150 11.6 11.5 11.5 11.5333 9.971E-05V3 1250 12.3 12.3 12.2 12.2667 0.0001019

0.0001001

V1 1150 11.5 11.5 11.4 11.4667 0.0001003

V2 1000 9.7 9.7 9.8 9.73333 0.0001027V3 1200 11.7 11.7 11.8 11.7333 0.0001023

0.0001018promedio Q4

Volumen(ml)\Tiempo(s)

Q1

Q2

Q3

Q4

Promedio Q1

Promedio Q2

Promedio Q3


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6. clculos

Para el caudal experimental (Q1)

Q xp1 /tp

Qexp1=0.000105 /s

Qexp1=Vexp1*A , A= ( /4)* D^2 ; D=3/4pulgadas=1.905cm

Entonces: Vexp1=Qexp1/A;

Vexp1= (0.000105 /s)/ (3.1416/4)*(0.01905m) ^2

Vexp1=0.3684m/s

Perdida de carga: hf= H =33mm=3.3cm=0.033m Calculo del coeficiente de friccin experimental: f

f exp1=(2*g*D*hf)/(L* ) ; L=2.92m ; g=9.81m/

fexp1=(2*9.81*0.033*0.01905)/(2.92*0.3684^2)

fexp1=0.03112

Calculo del nmero de Reynolds para calcular el factor de friccin terico

Re=V*D/ ;

Para T=18c se tiene la viscosidad cinemtica, =1.053*10^ (-6) /s

Re=(0.3684*0.01905)/1.053*10^(-6)Re=6664.78

Vemos que 4500


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Para el caudal experimental (Q3)

Qexp3 /tp

Qexp3=0.0001001 /s

Qexp3=Vexp3*A , A= ( /4)* D^2 ; D=3/4pulgadas=1.905cm=0.01905m

Entonces: Vexp3=Qexp3/A;

Vexp3= (0.0001001 /s)/ (3.1416/4)*(0.01905m)^2

Vexp3=0.3512m/s

Perdida de carga: hf = H=31mm=3.1cm=0.031m Calculo del coeficiente de friccin experimental: f

f exp3=(2*g*D*hf)/(L* ) ; L=2.92m ; g=9.81m/

fexp3=(2*9.81*0.031*0.01905)/(2.92*0.3512^2)

fexp3=0.03217

Calculo del nmero de Reynolds para calcular el factor de friccin terico

Re=V*D/ ;

Para T=18c se tiene la viscosidad cinemtica, =1.053*10^ (-6) /s

Re=(0.3512*0.01905)/1.053*10^(-6)Re=6353.61

Vemos que 4500


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RESULTADOS EXPERIMENTALES

RESULTADOS TEORICOS

prueba Re Regimen del flujo fteorica1 6664.78 turbulento 0.034482 6382.56 turbulento 0.03493 6353.61 turbulento 0.034954 6462.16 turbulento 0.03478

prueba tpromedio Q(m^3/s) Vexp(m/s) hf(m) fexp1 0.000105 0.3684 0.033 0.03112

2 0.0001007 0.3528 0.03 0.03085

3 0.0001001 0.3512 0.031 0.03217

4 0.0001018 0.3572 0.0305 0.0306


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7.cuestionario

1. Comparar el valor del coeficiente de friccin obtenido experimentalmente con elterico

Para la primera prueba se tiene: fexp=0.03112 ; fteo=0.03448

Por tanto %E=((0.03448 -0.03112)/( 0.03448))*100%

%E=9.753%

Para la segunda experiencia se tiene : fexp= 0.03085 ; fteo=0.03490

Por tanto: %E=((0.03490 -0.03085)/ 0.03490)*100%

%E=11.6%

Para la tercera prueba se tiene : fexp= 0.03217 ; fteo=0.03495

%E=((0.03495 -0.03217)/ 0.03495)*100%

%E=7.95%

Para la cuarta experiencia se tiene :fexp=0.0306 ; fteo=0.03478

%E=((0.03478 0.0306)/ 0.03478)*100%

%E=12.01%

2. Por qu hf vs Vexp tiene tendencia lineal en flujo laminar y cuadrtica en flujoturbulento? Explique mediante ecuaciones que muestren tal tendencias

Para flujo laminar el factor de friccin se calcula de la siguiente manera f=64/ReSi reemplazamos el f en la siguiente expresin :

reemplazando se tiene:


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hf=k*Vexp

Para flujo turbulento el valor del factor de friccin se calculara usando el nmero deReynolds y la rugosidad relativa es decir el f sera una constante. entonces sireemplazamos en la siguiente ecuacin:

f acta como una constante ,L constante D constante g constante entonces se tiene

3. Averiguar en textos diferentes valores de coeficientes de friccin f segn el materialde la tubera.

4. Qu efecto tendra en la perdida por friccin en la tubera cuando hacemos circularagua caliente en vez de agua fra, a las mismas condiciones de presin y de caudal.

Si cambiamos el agua fra por el agua caliente esto significa que la viscosidad delDisminuir, eso a las mismas condiciones de presin. Efecto que causara seria que debido a la disminucin de la viscosidad si el rgimendel flujo es laminar el factor de friccin se calcula as : f=64/Re por tanto el Re aumentara en comparacin con el agua fra, y si el Re aumentaentonces el factor de friccin disminuye y si calculamos la perdida por friccinusando la siguiente formula

entonces en comparacin con el agua fra la perdida por friccionen el agua calienteSera menor.

Lo mismo sucede si el rgimen del flujo es turbulento el Re aumentara y usando elDiagrama de Moody se encuentra el factor de friccin ,que sera menor si el aguaEstuviera fra. Por tanto la perdida de carga sera menor en el agua caliente que enEl agua fra


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