Fluidos Final II Lab

8/16/2019 Fluidos Final II Lab

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INTRODUCCION

El presente trabajo de laboratorio se realizó para determinar la perdida de carga en tuberías, en

este caso hablaremos de la ecuación de conservación de energía el cual hace uso de un términoque describa las pérdidas de energía ocasionadas por la fricción entre el fluido en movimiento

y la pared interna de la tubería.

Este término se describe matemáticamente por medio de ecuaciones que se conocen con el

nombre de ecuaciones de fricción o de resistencia fluida, que por lo general relacionan la

energía que se pierde con el flujo en sí, representado por la velocidad media del fluido o el

caudal que pasa a través de la tubería.


2/16

1. OBJETIVOS

nalizar las pérdidas de carga que se producen en una corriente de agua cuando

atraviesa un tramo de tubería de sección circular y uniforme.

!alcular las pérdidas de carga ya sea por flujo laminar y turbulento.

2. FUNDAMENTO TEORICO

PÉRDIDAS DE ENERGÍA DEBIDO A LA FRICCIÓN.

l circular el agua por una tubería, dado que lleva una cierta velocidad que es energía

cinética, al rozar con las paredes de la tubería pierde parte de la velocidad por la fricción que

se produce entre el material y el líquido contra el sólido de las paredes. Entre mayor es lavelocidad mayor será el roce.

Factor ! "r#cc#$%. Ec&ac#$% ! Darc'.

"a ecuación de #arcy$%eisbach es la fórmula fundamental usada para determinar las

pérdidas debidas a la fricción a lo largo de las tuberías. Establece que las pérdidas de energía

hl, en una tubería, es directamente proporcional a la longitud " y la energía cinética, &'('g,

presentes, e inversamente proporcional al diámetro de la tubería, #. "a fórmula se escribe

como)

hf =4 f V

2 L

2gD

#efiniendo un parámetro adimensional f, denominado coeficiente de fricción de #arcy* el

propio factor de fricción bastante compleja de los parámetros de flujo, la viscosidad

cinemática del fluido en movimiento y del grado de rugosidad de la pared de la tubería. !on el

diagrama de +oody, se puede obtener la rápida determinación del factor de fricción siempre

que se conozcan la rigurosidad relativa de la tubería y el nmero de -eynolds para el flujo

considerado.

#ónde)

MECANICA DE FLUIDOS II


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&) velocidad del fluido

#) diámetro de la tubería

") "ongitud de la tubería

g) aceleración gravitatoria

Para &% t&(o )#*o+ *! t#!%! ,&!-

f ∅ /-e0 y -eV . D

υ

#onde)

υ )es la viscosidad cinemática,

-e) es el nmero de -eynolds.

Para &% r/#0!% )a0#%ar *! t#!%!-

f

16

ℜ

!on lo que)

hf 1' υ . L

V

gρ.D2



4/16

F)&o )a0#%ar. Ec&ac#$% ! a/!%3Po#*!))!.

!uando se tiene un flujo laminar, el fluido parece desplazarse en forma de varias capas, una

sobre la otra. #ebido a la viscosidad del fluido, se crea una tensión de corte entre las capas del

fluido. "a energía del fluido se pierde mediante la acción de vencer a las fuerzas de fricción

producidas por la tensión de corte.

2uesto que el flujo laminar es tan regular y ordenado, se puede derivar una relación entre la

pérdida de energía y los parámetros movibles del sistema de flujo.

"os parámetros implicados son las propiedades del fluido correspondiente la viscosidad y el

peso específico, las características geométricas correspondientes a la longitud y diámetro del

conducto, y la dinámica del fluido, caracterizado por la velocidad promedio. "a ecuación de

3azen$2oiseuille ha sido verificada de manera e4perimental muchas veces. #e dicha ecuación

se puede observar que la pérdida de la energía en un flujo laminar es independiente de la

condición de la superficie del conducto. "as pérdidas por fricción viscosa dentro del fluido

determinan la magnitud de la pérdida de energía.

"a ecuación de 3azen$2oiseuille solamente es válida para flujos laminares con nmero de

-eynolds menor de '555. 6in embargo, la ecuación de #arcy se puede utilizar para calcular la

pérdida de fricción en un flujo laminar.

F)&o t&r(&)!%to.

2ara el flujo turbulento de fluidos en conductos circulares es más conveniente utilizar la

ecuación de #arcy para calcular la pérdida de energía debido a la fricción.

7o se puede determinar el factor de fricción, f, mediante un simple cálculo, pues el flujo

turbulento no se conforma de movimientos regulares y predecibles.

8no de los métodos más e4tensamente empleados para evaluar el factor de fricción hace uso

del diagrama de +oody .

El diagrama muestra el factor de fricción, f, graficado contra el nmero de -eynolds, 7r, con

una serie de curvas paramétricas relacionadas con la rigurosidad relativa, #(e. #ichas curvas

fueron generadas a partir de datos e4perimentales por ".9. +oody, como se muestra en la

figura.



5/16

:anto f como 7r están graficados en escalas logarítmicas, debido al amplio intervalo de

valores encontrados. En el e4tremo izquierdo del diagrama, para nmeros de -eynolds

menores de '555, la línea recta muestra la relación 9 ;


6/16

1. #entro de la zona de completa turbulencia, el nmero de -eynolds no tiene efecto alguno

sobre el factor de fricción.

55555)

f =0.316

R0.25

7. E8UIPO



7/16

PERDIDA DE CARGA EN REGIMEN LAMINAR

Pro(!ta /ra&aa T!r0$0!tro

A/&a

Cro%$0!tro

PROCEDIMIENTO

• 6ituar el equipo sobre las guias del canal del banco hidraulico o sobre la base del

grupo hidraulico.

• !onectar el conducto fle4ible de entrada del aparato directamente a la boca de

impulsion del banco.

• 2oner &> cerrada y &:> en posicion de laminar

• 2repare el manometro de agua

• 2onga en marcha la bomba y abrir cuidadosamente la valvula de flujo del banco

• "lene el depositonde altura constante y ajustar dicha apertura para que el rebosadero

descargue agua estando tambien completamente abierta la valvula

&' de control del aparato

• bra completamente la valvula de control &' para preparar el tubo de prueba y el resto

de los conductos

•

6eleccione el manometro de agua con &:' y &:1• 8na vez preparado el equipo se procede a la toma de datos

TABLAS DE MEDIDAS 9 CALCULO



8/16

FLUJO LAMINAR-

TEMPERATURA

1 27 27 27 27

2 27 27 27 27

3 27 27 27 27

4 27 27 27 27

5 27 27 27 27

Ensayo L1 L2Volumen

(m 3)Tiempo(s)

Caudal(m3/s)

Q Prom.(m3/s)

T(° C)

236 2400.00003

26.26

!."66E#0

!.60$12E#0

2

236 2400.00003

3 72.22!."6$3

E#02

236 2400.00003

!75.55

!."0033

E#0

2

2

232 2390.0000"

6"6."3

$.$062!E#0

$.$362"E#0

2

232 2390.0000"

" 55.5$.$0$$1

E#02

232 2390.0000"

! 54.04$.$$26E#

02

227 2410.00006

13".01

1.!236E#06

1.%!16!E#06

2

227 2410.0000%

1 41.661.$!!31

E#062

227 2410.0000

" 40.8

1.%3%2!

E#062

227 2450.0000$

230.$6

2.$1"%E#06

2.$!%66E#06

2

227 2450.00010

2 35.022.$1262

E#062

227 2450.0000$

3 31.42.$61%

E#062

5

216 2480.00011

331.6%

3."66$2E#06

3.""13E#06

2

216 2480.00010

6 29.683."1!3

E#062

216 2480.00010

6 30.15

3."1""

E#06 2

6

209 2520.0000$

"20.1%

!.063E#06

!.""E#06

2

209 2520.00012

6 28.19!.!6$6

E#062

209 2520.00010

$ 24.37!.!21

E#062

7 199 259 0.00012 23.0! ".20%33 ".22%!% 2



9/16

E#06

E#06199 259

0.00012 24.25

".2311E#06

2

199 2590.00013

1 250.00000

"2!2

8

189 256 0.00013 21.366.0%61!

E#06

6.0%20!E#06

2

189 256 0.000121 19.92 6.0!3E#06 2

189 2560.00012

" 20.546.0%"6$

E#062

9

189 300 0.00012 12.6%$.!632

E#06$.!$0%6

E#06

2

189 3000.0001!

% 15.71$.!20"

E#062

189 3000.0001!

2 14.81$."%%12

E#062

Vis&osidad( m2 /s )

'iamero (m) areaVelo&.(m/s)

E*+,L'-

Tipo deluo

luo



10/16

0.00001""

0.00!

0.000012

56

0.0366$6%1

$.31$%2""2

L+6.867081

35

0.00001""

0.00001""

0.00001"

"0.00!

0.000012

56

0.0$1102%

20.0$1!$$

L+3.185426

84

0.00001""

0.00001""

0.00001""

0.00!

0.000012

56

0.1!66201

3.23%60""

L+1.718646

53

0.00001""

0.00001""

0.00001"

"

0.00!

0.000012

56

0.23!6"$"

"$.6230$%6

L+1.073409

49

0.00001""

0.00001""

0.00001""

0.00!

0.000012

56

0.2%2"21%

1.%100%

L+0.891239

8

0.00001""

0.00001""

0.00001"

"

0.00!

0.000012

56

0.362261"1

$2.002$236

L+0.695630

07

0.00001""

0.00001""

0.00001""

0.00!

0.000012

56

0.!162%0!3

10".2201"

L+0.605361

15

0.00001""

0.00001""

0.00001""

0.00!

0.000012

56

0.!%!23$01

122.$%1336

L+0.520404

17

0.00001""

0.00001""

0.00001""

0.00! 0.00001256

0.""6!1$%

1$1.$0$03

L+ 0.333491

27

0.00001"



11/16

"

0.00001""

PERDIDA DE CARGA EN REGIMEN TURBULENTO

PROCEDIMIENTO

• 2oner &> cerrada y &:> en posicion de turbulento

• !errar la valvula de control de caudal del banco hidraulico

• 2onga en marcha la bomba y abrir cuidadosamente la valvula de flujo del banco

• 6eleccionar los manometros bourdon con &:' y &:1, cuando se obtengan altas

presiones

• 8na vez preparado el equipo se procede a la toma de datos

• 2ara conseguir el má4imo caudal, abrir completamente la válvula &' del equipo

B8

:E+2 !C &D6!6D## &D6!6D##

#D7+D! !D7E+:D!

F 5.55>GF 5.55555>GF

>5 5.55>F' 5.55555>F'

>F 5.55>15 5.55555>15

'5 5.55>>F 5.55555>>F'F 5.55>5' 5.55555>5'

'F 5.55HI> 5.555555HI<

15 5.555H5 5.555555H51

1F 5.555G>H 5.555555G''

5.555555;F;


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TABLAS DE MEDIDAS 9 CALCULO

Ensayo

Volumen(m 3)

Tiempo(s)

Caudal(m3/s)

Q Prom.(m3/s)

Temperaura (° C)

Vis&osidad( m2 /s )

'iamero (m)

Velo&idad (m/s)

E*+,L'-

Tipo deluo

1

0.00011"

".3%0.0000213%

0.000021!

300.00000

0%00.00!

1.0633!

%!$$.%0

T4LE+T,

0.00013!

6.2%0.0000213!

0.0001"%

.310.00002161

2

0.0001!0

"."!0.00002"2

0.000

02"2

300.00000

0%0

0.00!2.00!

%1

$$%6.

!$

T4L

E+T,

0.000

1!6

".%20.0000

2"0$0.0001!2

".630.00002"22

3

0.000161

!.60.000033%2

0.0000330

300.00000

0%00.00!

2.626$"%!

130%".2

T4LE+T,

0.0001!6

!.!!0.000032%%

0.0001"

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4

0.00016$

3.%30.0000!!13

0.000

0!"3 30

0.00000

0%0 0.00!

3.6021

%1%

1$!

3.62

T4L

E+T,

0.000

1!% 3.2

0.0000

!62"0.00013!

2.$"0.0000!"!2

5 0.000162

3.2$0.0000!$2!

0.0000!$1

30 0.000000%0

0.00! 3.$1022"

1$!%.0$

T4LE+T,

0.00016%

3."!0.0000!!6

0.000 2.% 0.0000



13/16

1!2 "01

REYNOLDS COEF-

FRICCION

5 78

8499.80 0.03291054 0.2483862 0.01!6%!

9986.49 0.03161068 0.2503962 0.01$!0!

13085.72054 0.02954525 0.2538031 0.0312!62

17943.6205 0.02730295 0.2578414 0.0"!2$31

19478.08547 0.02674857 0.2589014 0.06266$

-E68":#6)

9"8J "+D7-

E*+,L'- V-



14/16

9"8J :8-K8"E7:

0.0000214

0.0000252

0.0000330

0.0000453

0.0000491

1.7063339

2.0047871

2.6269584

3.6021818

3.9102257

9elo&idad 9s &audal



15/16

8499.809986.49 13085.72

17943.62

19478.09

1.7063339

2.0047871

2.6269584

3.6021818

3.9102257

9elo&idad 9s reynolds

REYNOLDS Ve!"#$%$ &'()*

!7!"86D7E6)

• bservamos que cuando el flujo es laminar y a medida que aumentamos el caudal en

una medida mesurada, nuestro numero -eynolds va a aumentar de manera

significativa, y por lo tanto va a e4istir una pérdida de carga mayor.

• "o que ocurre en un flujo turbulento es que, a medida que aumentamos nuestro

caudal, nuestra velocidad también aumentaría, hasta llegar a un punto donde se

mantenga una velocidad estable teniendo en cuenta el diámetro de la tubería, el

material de fabricación, etc.

•"o mismo sucede con el nmero de -eynolds, que a medida que aumenta la velocidadeste va a variar y por ende va a e4istir una mayor pérdida de carga en dicha tubería.

-eferencias bibliográficas)



16/16

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