Practica #3
Perdidas por Fricción en Tuberias
Flujo Turbulento
1. Marco Teorico
Cuando un fluido circula a través de una tubería, su contenido total de energía va disminuyendo paulatinamente, debido a la intervención de las tensiones de corte provocadas por la viscosidad del fluido. Esta pérdida de energía recibe el nombre de pérdida primaria, se registra sólo en los tramos rectos de la tubería y tiene gran importancia en el comportamiento energético del fluido. La magnitud de las pérdidas en una tubería dada es bastante diferente si el flujo es laminar o es turbulento, por lo que es indispensable conocer previamente qué tipo de flujo se presenta en cada caso.
El cálculo de las pérdidas se puede efectuar utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach, que establece:
hL = pérdida primaria de energía, (m)
f = factor de fricción L = longitud de la tubería, (m)
v = velocidad promedio en la sección transversal del conducto, (m/s)
g = aceleración de la gravedad, 9.81 (m/s2)
Φ = diámetro de la tubería, (m)
Cuando el flujo es laminar el factor de fricción se calcula con la expresión:
f= 64/Re
Módulo Básico Gunt HM 150. Con bomba centrífuga sumergible de 250 W de potencia y caudal máximo de 150.
El cálculo de las pérdidas se puede efectuar utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach, que establece:
f = factor de fricción L = longitud de la tubería, (m)
v = velocidad promedio en la sección transversal del conducto, (m/s)
g = aceleración de la gravedad, 9.81 (m/s2)
Φ = diámetro de la tubería, (m)
Cuando el flujo es laminar el factor de fricción se calcula con la expresión:
f= 64/Re
2. Descripcion Practica.
- Equipo.
Módulo Básico Gunt HM 150. Con bomba centrífuga sumergible de 250 W de potencia y caudal máximo de 150.
- Procedimiento
- Instalar el Módulo HM 150.01 sobre el Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 9, y la manguera de salida del HM 150.01 al tanque del módulo básico. Precaución: Comprobar que el nivel de agua en el depósito de la bomba, cubra la totalidad de la bomba sumergible.
- Cerrar las válvulas N° 10 y 11, del depósito vertical. Abrir la válvula N° 7, del by pass para flujo turbulento y la válvula de salida N° 2.
- Conectar las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la entrada de alta presión del manómetro diferencial N° 5, y desde la toma N° 3 hasta la entrada de baja presión del manómetro diferencial.
- Poner en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida de la bomba, de tal forma que se establezca una diferencia de presión aproximada de 0.2 Bar. Ajustar con más precisión utilizando la válvula N° 2. Anotar en la planilla el dato de presión.
- Medir el caudal tomando un volumen aproximado de 2 litros, en la jarra aforada, y contabilizando el tiempo empleado.
- Repetir el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el caudal con la válvula N° 2.
- Anotar los datos medidos durante la práctica y efectuar los cálculos indicados.
- Datos
VISCOSIDAD CINEMÁTICA (M²/S)
|
1,08E-06
|
VOLUMEN (M³)
|
6,00E-04
|
ÁREA (M²)
|
7,07E-06
|
LONGITUD DE TUBERÍA (M)
|
4,00E-01
|
PESO ESPECIFICO (N/M³)
|
9,80E+03
|
DENSIDAD (Kg/M³)
|
9,99E+02
|
D int (M)
|
3,00E-03
|
RUGOSIDAD RELATIVA
|
2,00E+03
|
TIEMPO (S)
|
|
1
|
2,42E+01
|
2
|
2,53E+01
|
3
|
2,47E+01
|
ΔP (Pa)
|
|
1
|
2,00E+04
|
2
|
2,00E+04
|
3
|
2,00E+04
|
4. Analisis de Resultados.
hl experimental (m)
|
|
1
|
2,04E+00
|
2
|
2,04E+00
|
3
|
2,04E+00
|
hl teorico (m)
|
|
1
|
2,67E+00
|
2
|
2,48E+00
|
3
|
2,59E+00
|
Velocidad (m/s)
|
|
1
|
3,5011
|
2
|
3,3517
|
3
|
3,4372
|
Caudal (m³/s)
|
|
1
|
2,48E-05
|
2
|
2,37E-05
|
3
|
2,43E-05
|
Reynolds
|
|
1
|
9,73E+03
|
2
|
9,31E+03
|
3
|
9,55E+03
|
Factor de fricción teorico
|
|
1
|
2,45E-02
|
2
|
2,67E-02
|
3
|
2,54E-02
|
Factor de fricción exp
|
|
1
|
3,21E-02
|
2
|
3,24E-02
|
3
|
3,22E-02
|
- Se puede observar que para cada dato de tiempo la presión es la misma, y el cada caudal es casi idéntico.
- El factor de fricción experimental y teórico son cercanos pero no llegan a ser parecidos lo que quiere decir que el factor de fricción teórico es mayor que el experimental, esto hace referencia a que puede considerarse mas preciso el calculo experimental.
- Observando el mayor tiempo se puede ver que, a mayor tiempo, la velocidad, el caudal y el valor de Reynolds es menor pero el coeficiente de fricción tanto experimental como teórico es mayor, esto se puede dar debido a que a mayor tiempo el contacto que hace el fluido con la tubería es mayor generando mas perdidas de energía por fricción.
Flujo Laminar
3. Experimentación.
- Datos.
VOLUMEN (M³)
|
0,0006
|
AREA (M²)
|
7,07E-06
|
LONGITUD DE TUBERIA (M)
|
4,00E-01
|
VISCOSIDAD CINEMATICA (M²/S)
|
1,08E-06
|
DENSIDAD (Kg/M³)
|
9,99E+02
|
D int (m)
|
3,00E-03
|
TIEMPO (S)
|
|
1
|
137,14
|
2
|
131,9
|
3
|
134,09
|
ALTURA 1 (M)
|
|
1
|
0,18
|
2
|
0,18
|
3
|
0,18
|
ALTURA 2 (M)
|
|
1
|
0,023
|
2
|
0,02
|
3
|
0,018
|
4. Analisis de Resultados.
hl experimental (m)
|
|
1
|
1,57E-01
|
2
|
1,60E-01
|
3
|
1,62E-01
|
hl teorico (m)
|
|
1
|
9,69E-02
|
2
|
1,01E-01
|
3
|
9,91E-02
|
Velocidad (m/s)
|
|
1
|
0,6188
|
2
|
0,6434
|
3
|
0,6329
|
Caudal (m³/s)
|
|
1
|
4,38E-06
|
2
|
4,55E-06
|
3
|
4,47E-06
|
Reynolds
|
|
1
|
1,72E+03
|
2
|
1,79E+03
|
3
|
1,76E+03
|
Factor de fricción teorico
|
|
1
|
6,03E-02
|
2
|
5,69E-02
|
3
|
5,95E-02
|
Factor de fricción exp
|
|
1
|
3,72E-02
|
2
|
3,58E-02
|
3
|
3,64E-02
|
5. Conclusiones.
- A mayor tiempo mayor sera el factor de fricción.
- A mayor tiempo menor sera el caudal, la velocidad y Reynolds.
- A mayor velocidad el factor de fricción experimental sera menor .
- Al ser flujo turbulento todos los datos son más altos respecto a los flujos laminares debido a la inestabilidad y, valga ta redundancia, a la turbulencia que presenta el flujo.
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