Perdidas de Carga en Tuberias Vel. Altas y Bajas (3) (1)

5/25/2018 Perdidas de Carga en Tuberias Vel. Altas y Bajas (3) (1)

1/17

PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS Mecnica de Fluidos II

Ingenieria Civil 1

INTRODUCCION

El presente informe se denomina prdida de cargas de tuberas a velocidades

altas y bajas. Tratndose el mismo de poder comparar las prdidas de cargas

obtenidas en el laboratorio en el FME 07 y los resultados obtenidos

matemticamente y hacer un comentario de los resultados obtenidos.

A nosotros como futuros ingenieros civiles , nos compete esta rea de la mecnica

de fluidos , gracias al presente aprenderemos como determinar perdidas de

cargas en tuberas observando los distintos tipos de flujo y poder establecer entre

ellos , o poder hacerse una pregunta en cul tipo de flujo (LAMINAR o

TURBULENTO); se producira mayor prdida de carga? . etc.

Esta inquietud ser solucionada a medida que se van desarrollando y procesando

datos obtenidos en el laboratorio para logar tal fin.


2/17


Ingenieria Civil 2

OBJETIVOS

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

media de la corriente a lo largo de una tubera de prueba cilndrica.

Comparar las prdidas de cargas obtenidos en el laboratorio en el equipo

FME 07 y las prdidas de cargas para cada tipo de fluido obtenidos

matemticamente por frmulas.

Conocer ms de cerca el comportamiento de los fluidos en movimiento, en

este caso las prdidas de carga o de un fluido al pasar por una tubera .


3/17


Ingenieria Civil 3

FUNDAMENTO TEORICO

Las prdidas de energa en tubera se miden en metros de columna de fluido

circulando por la tubera; y estn relacionadas con la velocidad.

Estas prdidas de energa vienen expresadas por la siguiente ecuacin.

LDg

Vfhf

...2

2

En donde par un tubo liso,

(Re)f y

DV.Re

Donde es la viscosidad cinemtica

Para el rgimen laminar:

Re

64f , con lo que L

Dg

Vhf

.32

2

Para el rgimen Turbulento:


4/17


Ingenieria Civil 4

EQUIPO UTILIZADO

- Equipo de prdida de carga en tuberas (FM07):

- Banco Hidrulico:

- Cronometro - Probeta graduada de 1000ml

- Termmetro


5/17


Ingenieria Civil 5

PERDIDA DE CARGA EN TUBERAS PARA VELOCIDADES BAJAS

Desarrollo de la Prctica

Situar el equipo sobre las guas del canal del Banco Hidrulico.

Conectar el conducto flexible de entrada del aparato directamente a la

boca de impulsin del banco.

Poner V1 y VT1 en posicin laminar.

Preparar el manmetro de agua.

Poner en marcha la bomba y abrir cuidadosamente la vlvula de flujo.

Llenar el depsito de altura constante y ajustar dicha apertura para que

el rebosadero descargue agua estando tambin completamente abierta

la vlvula V2 de control del aparato.

Abrir completamente la vlvula de control V2 para preparar el tubo deprueba y el resto de los conductos.

Utilizar las vlvulas de 3 vas del manmetro de agua, para permitir que

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

expulsado.

Seleccionar el manmetro de agua con VT2 y VT3.

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

Para conseguir el mximo caudal, abrir completamente la vlvula V2 del

aparato.

Repetir la operacin anterior para distintas posiciones de la vlvula de

control.

NOTA:Tambin se puede utilizar el manmetro de mercurio para medir la perdidade carga, pero la diferencia entre las ramas ser muy pequea (unos 30mm). En

este caso poner VT2 y VT3 en la posicin de manmetros de mercurio.


6/17


Ingenieria Civil 6

Con los valores obtenidos, completar la siguiente tabla:

Para todas las lecturas se registr una T = 25 CAdems sabemos que:

D = 4mm= 0.004m. = 0.9055 x 10-6m2/s

L = 500mm= 0.5m.

g = 9.81 m/s2

A = (0.0042)/4 = 0.00001256637 = 12.56637x10-6m2

Calcular y tabular con ayuda de la tabla: h f, V, V2 ,, Re, Log hf, Log , Log Re,

siendo respectivamente:

= 2g.D.hf Re = V.D /L.V2

MEDIDAVOLUMEN

(cm3)TIEMPO

(s)CAUDAL

(m3/s)CAUDAL

PROMEDIO(m3/s)

LECTURAS DEL

MANOMETROHf (m)h1

(mm.c.a.)h2

(mm.c.a.)

1140 216.64 0.000000646

155 249.69 0.000000621 0.000000634 274 267 0.007

2220 68.41 0.000003216

210 65.35 0.000003213 0.000003215 280 254 0.026

3280 30.27 0.000009250

400 42.54 0.000009403 0.000009326 307 164 0.143

4220 18.96 0.000011603

340 30.37 0.000011195 0.000011399 319 124 0.195

Q(m3/s) V(m/s) V2(m2/s2)Hf

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

0.000000634 0.050412 0.002541 0.007 0.432326 222.69 -1.297462 -2.154902 -0.364189 2.347709

0.000003215 0.255817 0.065442 0.026 0.062360 1219.63 -0.592071 -1.585027 -1.205095 3.086227

0.000009326 0.742179 0.550830 0.143 0.040748 3538.40 -0.129491 -0.844664 -1.389893 3.548807

0.000011399 0.907129 0.822883 0.195 0.037195 4324.81 -0.042331 -0.709965 -1.429514 3.635967


7/17


Ingenieria Civil 7

GRFICOS:

Grfico 1: log hfen funcin de log V

Grfico 2: log fen funcin de log Re

y = 1.1566x - 0.7276

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

-1.40 -1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00

Log

hf

Log V

Grfico 1: Log hf vs Log V

y = -0.8241x + 1.5026

-1.60

-1.40

-1.20

-1.00

-0.80

-0.60

-0.40

-0.20

0.00

2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80

Log

f

Log Re

Grfico 2: Log f vs Log Re


8/17


Ingenieria Civil 8

Con ayuda de estos grficos, tratar de determinar el valor de la velocidad

v01 por debajo de la cual el rgimen es laminar:

Grfico 1: Se sabe que, mientras el rgimen sea laminar, la prdida de carga es

proporcional a la primera potencia de la velocidad. En rgimen turbulento, en

cambio, la prdida de carga es proporcional a la segunda potencia de la velocidad.Es decir:

Rgimen laminar: hf = k*v

Rgimen turbulento: hf = k*v2

Tomando logaritmos en estas expresiones:

Rgimen laminar: Log (hf) = log (k) +log (v)

Rgimen turbulento: Log (hf) = log (k) + 2log (v)

Es decir, en el grfico 1 los datos se ajustarn a una recta de orden 1 en rgimen

laminar, y de orden 2 en rgimen turbulento.

Grfico 2:Gracias al diagrama de Moody sabemos que, mientras el rgimen sealaminar, el coeficiente de friccin en funcin del nmero de Reynolds se ajusta a

una recta de la forma f=64/Re. Por ello, el logaritmo del coeficiente de friccin en

funcin del logaritmo del nmero de Reynolds se ajustar a una recta de

pendiente 1.En cambio, en rgimen turbulento, con nmero de Reynolds menor

de 10000 y para un tubo liso como el nuestro, el coeficiente de friccin en funcin

del log (Re) se ajusta a una curva de la forma f = 0.316/Re 0.25. Por ello, el log del

coeficiente de friccin en funcin de log (Re) se ajustar a una recta de pendiente

0.25. Por todo ello, la V01ser aquella velocidad a partir de la cual los grficos 1 y2 se ajustan a rectas con pendiente mayor que 1 mayor que 1.En el grfico 1,los datos de la medida 3se ajustan a la siguiente recta:

y=1.1218x0.6994

En el grfico 2, en la misma medida, los datos se ajustan a la recta:

y = -0.854x + 1.6407

Si consideramos la ltima medida, los datos se ajustan a una recta que ya no tiene

la pendiente buscada, acercndose a las pendientes descritas para rgimen

turbulento. Por ello, consideramos que la V01es la velocidad correspondiente a lamedida 3, es decir, V01 = 0.742 m/s

Coincide con el valor terico para Re < 2300?Calculamos el valor terico para Re


9/17


Ingenieria Civil 9

Grfico 3: Con los valores de V V01, dibujar el grafico de hf en funcin de V.

Grafica 4: Con los valores de V V01, dibujar el grafico de hf en funcin de V.

y = 0.3152x - 0.091

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95

hf

V

Grfico 3: hf vs V

y = 0.2045x - 0.0128

-0.02

00.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

hf

V

Grfico 4: hf vs V


10/17


Ingenieria Civil 10

Del Grfico 1, Determinar las relaciones empricas de la forma hf = K*V nque

pueden expresar las dos zonas del grfico.

Ecuacin de la recta de la regresin lineal:

y=1.1566x0.7276

Donde:

fhy log y Vx log

Ahora reemplazamos en la ecuacin

7276.0log1566.1log Vhf


7276.0loglog 1566.1 Vhf

7276.0)log(1566.1

V

hf

7276.0

1566.1 10

V

hf

1566.1*1872.0 Vhf

Entonces comprobamos que las formulas empricas estn correctas

Del Grfico 2, buscar las relaciones empricas de la forma f = K*Ren que



5026.18241.0 Xy

Donde:

fy log y Relogx


5026.1Relog8241.0log f


5026.1Reloglog 8241.0 f

5026.1)Re

log(8241.0

f


11/17


Ingenieria Civil 11

5026.1

8241.0 10

Re

f

8241.0Re81266.31 f


Del Grfico 3, determinar un valor medio de f para el rgimen turbulento

Para hallar nuestro valor medio de f para el rgimen turbulento se toma los valores

que arrojaron tales velocidades y se saca un promedio

Para V = 0.742179 m/s; f = 0.040748

V = 0.907129 m/s; f = 0.037195

f = 0389715.02

037195.0040748.0

Del Grfico 4, determinar un valor de para el agua.

Valor promedio de V (VV01) smV 349469.0 ; Re=2300

DVRe

Re

DV

2300

004.0349469.0

sm261060777.0


12/17


Ingenieria Civil 12

PERDIDA DE CARGA EN TUBERAS PARA VELOCIDADES ALTAS

Desarrollo de la Prctica

Situar el equipo sobre las guas del canal del Banco Hidrulico.

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

de impulsin del Banco.

Poner VI y VTl en posicin turbulento.

Preparar el manmetro de mercurio.

Poner en marcha la bomba y abrir la vlvula de control de la alimentacin

del Banco.

Abrir completamente la vlvula de control V2 para preparar el tubo de

prueba y el resto de los conductos. Utilizar las vlvulas de 3 vas del manmetro de agua, para permitir que

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

expulsado.

Seleccionar el manmetro de mercurio con VT2 y VT3.

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

Para conseguir el mximo caudal, abrir completamente la vlvula V2 del

aparato.

Tomar las lecturas en el manmetro de mercurio, y determinar n velocidad

media de la corriente utilizando la probeta graduada para distintas aperturas

de la vlvula de control V2.

Medir la temperatura del agua.


13/17


Ingenieria Civil 13

CAUDAL Q(m3/s)

VELOCIDAD V (m/s)

V2(m2/s2)PERDIDA

DE CARGAhf (m.c.a)

f Re Log V Log hf Log f Log Re

0.000012870 1.024184 1.048952 0.3128 0.046806 4524.28 0.010378 -0.504733 -1.329700 3.655549

0.000035994 2.864299 8.204207 1.6320 0.031223 12652.89 0.457018 0.212720 -1.505527 4.102190

0.000055810 4.441182 19.724102 3.5496 0.028247 19618.70 0.647499 0.550179 -1.549029 4.292670

PRUEBAVOLUMEN

(l)

TIEMPO

(s)

CAUDAL

(m3/s)

CAUDAL

PROMEDIO(m3/s)

LECTURAS DEL

MANOMETRO DEMERCURIO

LECTURAS DEL

MANOMETRO DE AGUA PERDIDA

DE CARGA(m.c.a.)h1

(mm.c.Hg)

h2

(mm.c.Hg)

h1

(mm.c.a)

h2

(mm.c.a)

1240 18.43 0.000013022

335 26.34 0.000012718 0.000012870 195 218 2652.00 2964.80 0.31280

2430 11.79 0.000036472

640 18.02 0.000035516 0.000035994 146 266 1985.60 3617.60 1.63200

3 490 8.79 0.000055745

780 13.96 0.000055874 0.000055810 79 340 1074.40 4624.00 3.54960


14/17


Ingenieria Civil 14

GRFICOS:Grfico 1: log hfen funcin de log V

Grfico 2: log fen funcin de log Re

y = 1.6469x - 0.526

-0.60

-0.40

-0.20

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

log

hf

log V

log hf vs log V

y = -0.3531x - 0.0432

-1.60

-1.55

-1.50

-1.45

-1.40

-1.35

-1.30

3.60 3.70 3.80 3.90 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40

log

f

log Re

log f vs log Re


15/17


Ingenieria Civil 15

Con ayuda de estos grficos, tratar de determinar el valor de la velocidad

V01por debajo de la cual el rgimen es laminar:

No se puede determinar debido a que las velocidades son altas y no estn dentrodel rgimen laminar.

Del Grfico 1, Determinar las relaciones empricas de la forma hf = K*V nque



y=1.6469x0.526

Donde:

fhy log y Vx log




526.0loglog 6469.1 Vhf

526.0)log(6469.1

V

hf

526.0

6469.1 10

V

hf

6469.1*29785.0 Vhf


Del Grfico 2, buscar las relaciones empricas de la forma f = K*Ren que



0432.03531.0 Xy

Donde:

fy log y Relogx




16/17


Ingenieria Civil 16


0432.0Reloglog 3531.0 f

0432.0)Re.log( 3531.0 f

0432.03531.0

10Re.

f

3531.0Re9053.0 f



17/17


Ingenieria Civil 17

CONCLUCIONES

Si se confirman (en cierta medida) las relaciones =64Re-1 cuando el rgimen es

laminar, y =0.316.Re-0.25

, cuando el rgimen es turbulento, con los siguientes

resultados:

Para velocidades bajas:

Re f(experimental) f= 64/Re (Terico) f= 0.316Re-0.25

(Terico)

222.69 0.432326 0.287389

1219.63 0.062360 0.052475

3538.40 0.040748 0.040972

4324.81 0.037195 0.038967

Para velocidades altas:

Re f (experimental) f= 0.316Re-0.25

(Terico)

4524.28 0.046806 0.038530

12652.89 0.031223 0.029795

19618.70 0.028247 0.026701

Si se cumplen las relaciones de los coeficientes de friccin, entonces tambin secumplen las relaciones de las prdidas de carga (experimental y terica):

Para velocidades bajas:

Para velocidades altas:

hf (experimental) hf (terico)

0.313 0.257

1.632 1.557

3.550 3.355

Despus de realizada la prctica se concluye de que si se pone de manifiesto laexistencia de dos regmenes, el laminar y el turbulento ya que al hacer los clculos el

nmero de Reynolds que sali no solo fue para regmenes laminares sino tambin para

turbulentos.Se comprob la existencia de la perdida de carga por friccin.

hf (experimental) hf (terico)0.007 0.005

0.026 0.022

0.143 0.144

0.195 0.204

Perdidas de Carga en Tuberias Vel. Altas y Bajas (3) (1)

Documents