UPLA - LMFH-TEMA 10(C)-2021-1 (1)

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UNIVERSIDAD PARTICULAR LOS ANDES
Facultad de Ingeniería
Escuela Profesional de Ingeniería Civil
LABORATORIO DE MECANICA DE
FLUIDOS E HIDRÁULICA
EXPERIMENTO 08
PERDIDAS POR FRICCION: Flujo Laminar
Edmundo Muñico Casas
JUNIO - 2021
HUANCAYO – PERÚ
UPLA Edmundo Muñico Casas2
CONTENIDO
PERDIDAS PRIMARIAS EN FLUJO LAMINAR
Introducción 3
1.1 Objetivos 4
1.2 Fundamento teórico 4
1.3 Equipos, materiales e instrumentos 4
1.4 Procedimiento experimental 6
1.5 Cálculos
1.6 Cuestionario
1.7 Conclusiones
1.8 Recomendaciones
1.9 Bibliografía
1.10 Anexos
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INTRODUCCION
Actualmente existe una gran diversidad de procesos industriales
que emplean grandes sistemas de tuberías, de las cuales
podemos destacar el transporte de agua. En razón de ello, se han
construido complejos sistemas de redes de tuberías, a gran
escala, los que han crecido y se han automatizado cada vez más
en los últimos años. El diseño de estos sistemas es vital y valioso
para su instalación y operación, por tanto se debe tener mucha
atención en el factor de las pérdidas hidráulicas como de las
tuberías y accesorios.
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro
dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción que
hay entre el líquido y la pared de la tubería; tales energías traen
como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del
sistema de flujo.
En estructuras largas, las pérdidas por fricción son muy
importantes, por lo que ha sido objeto de investigaciones teórico-
experimentales para llegar a soluciones satisfactorias de fácil
aplicación.
Para estudiar el problema de la resistencia al flujo resulta
necesario volver a la clasificación inicial de los flujos laminar y
turbulento.
Osborne Reynolds (1883) en base a sus experimentos fue el
primero que propuso el criterio para distinguir ambos tipos de flujo
mediante el número que lleva su nombre, el cual permite evaluar
la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia.
Con la elaboración de esta guía práctico se pretende dar una visión
amplia de todos aquellos factores que intervienen en el
funcionamiento de las perdidas en tuberías, así como también
crear un criterio para el entendimiento de los problemas generados
en un sistema de fluidos
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EXPERIENCIA N° 11
ESNSAYO EXPERIMENTAL DE PERDIDAS POR FRICCIÓN
DE FLUJO LAMINAR
1. OBJETIVO
- Medir la pérdida de carga debido a la fricción en un flujo
laminar de agua a través de una tubería.
- Determinar el factor de fricción.
- Determinar la rugosidad absoluta
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1 Flujo Laminar
Se llama flujo laminar al movimiento de un fluido que se
caracteriza por establecer que sus líneas de corriente son
paralelas y ordenado, estratificado o suave.
Fig. 1. Flujo laminar
2.2 Ecuación de Bernoulli generalizada
Consiste en la conservación de energía real involucrando a
las pérdidas de energía en el flujo de fluidos en conductos
cerrados, definido por la siguiente ecuación:+ + = + + + ℎ (1)
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Las pérdidas de energía de un fluido cuando circula a
través de una tubería se debe fundamentalmente a la
variación de la de la presión, energía potencial del fluido y
variación de la energía cinética.
El equipo FME-07 mide las pérdidas de carga en metros de
columna de fluido que circula por la tubería.
2.3 Perdidas de energía hidráulica
La pérdida de carga consiste en las pérdidas de presión
que se origina en un determinado fluido a consecuencia de
la fricción que se produce entre las partículas de dicho
fluido con las paredes del conducto cerrado que lo
transporta.
a) Ecuación de Poiseuille
Es la ecuación de la pérdida de carga en régimen
laminar en tuberías lisas como rugosas que es
directamente proporcional a la primera potencia de la
velocidad.
(2)ℎ = (3)
D: Diámetro interno.
hf : Pérdida de carga dada por la diferencia de la altura
manométrica.
L: Longitud de la tubería.
V: Velocidad media del fluido.
Re: Número de Reynolds
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Para tuberías de diámetros iguales y horizontal.
Lo que se deduce a la siguiente expresión:
hf = (h1 – h2). (4)
b) Ecuación de Darcy-Weisbach
Es una ecuación que define las pérdidas de fricción para
flujo turbulento.
(5)
Donde:: Factor de fricción.
2.4 Coeficiente de pérdidas ( f )
El factor de fricción o coeficiente de resistencia de Darcy-
Weisbach (f) es un parámetro adimensional que se utiliza
en dinámica de fluidos para calcular la pérdida de carga en
una tubería debido a la fricción.
El cálculo del factor de fricción depende de la influencia de
dos parámetros; el número de Reynolds, (Re) y rugosidad
relativa, (εr) que a su vez depende del régimen de flujo.
a) Para flujo laminar:= (6)
(7)
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b) Para flujo turbulento
Tabla 1. Fórmulas empíricas del factor de fricción.
2.5 Número de Reynolds
Es un parámetro adimensional que caracteriza el régimen
del flujo del fluido.= . . (8)
2.6 Rugosidad absoluta ( )
Es la altura promedio de los picos de las irregularidades
superficiales de la pared interna del conducto.
Tabla 2. Valores de la rugosidad absoluto
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3. EQUIPOS Y/O MATERIALES
3.1 Equipos e instrumentos
- El banco hidráulico FME-00
- El aparato de fricción en tubería FME-07
- Un cronómetro
- Un termómetro
- Un nivel de burbuja
- Una probeta de 500 ó 1000 ml.
3.2 Descripción del equipo
El equipo FME-07 es montado verticalmente y consta de
distintos elementos que se emplean en combinación con el
canal del Banco hidráulico FME-00:
- Una tubería flexible con conector rápido que se acopla
a la boquilla de salida de agua del banco hidráulico
FME-00.
- Tubería de prueba cilíndrica metálica de acero de
diámetro interior de 4 mm.
- Manómetro diferencial de columna de agua graduado
a escala, para flujo laminar.
- Dos manómetros del tipo de Bourdon calibrado, para
flujo turbulento.
- Depósito de altura constante.
- Una tubería flexible de conector al tubo de rebose
- Válvulas de control para flujo laminar y turbulento, en
cada derivación de los manómetros.
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Fig. 2. Componentes del módulo FME 07.
El flujo a través de la sección es regulado usando una
válvula de control de flujo. Una longitud corta de tubería
flexible sujetada a la válvula prevendrá salpicaduras.
3.3 Datos técnicos
- Longitud de tubería de prueba:
L=0.5 m
D=0.004 m:
- Escala de los manómetros:
Tubo piezométrico: De 0 a 500 mm
4. PROCEDIMIENTO
Para flujo LAMINAR
- Montar el equipo de prueba en el Banco hidráulico y, con
un nivel de burbuja, ajuste los piecitos para asegurar que
la placa base esté horizontal y por consiguiente, los
manómetros estén en posición vertical.
- Poner V1 cerrado y VT1 en posición turbulento.
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- Cerrar la válvula de control del grupo o banco hidráulico y
arrancar la bomba.
- Abrir completamente la válvula de control V2 para preparar
el tubo de prueba y el resto de los conductos.
- Utilizar las válvulas de tres vías VT3 del manómetro de
agua, para permitir que esta circule por todos los conductos
hasta que todo el aire sea expulsado.
- Seleccionar los manómetros PIEZOMÉTRICOS con VT1 y
VT2, para altas presiones.
- Una vez preparado el equipo, se procede a la toma de
datos.
- Para conseguir el máximo caudal, abrir completamente la
válvula V2 del equipo.
- Tomar las lecturas en los manómetros.
- Mediante la probeta graduada medir el volumen y el tiempo
con el cronómetro.
- Medir la temperatura del agua.
5. RESULTADOS Y CALCULOS
5.1 Tabla de recolección de datos:
Tabla 3. Cuadro de datos.
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5.2 Cálculo del caudal
5.3 Cálculo de las pérdidas de carga.
5.4 cálculo del coeficiente de pérdidas de la tubería.
5.5 Cálculo del número de Reynolds para conocer si es flujo
turbulento a laminar
5.6 Tabla de resultados
Realizar los cálculos para cada experiencia.
Flujo laminar:
Tabla 4. Cuadro de resultados
6 GRAFICAS
a. GrafiqueLn (factor de fricción) vs Ln (número de Reynolds)
b. Grafique Ln (pérdida de carga) vs Ln (velocidad)
c. Identifique los regímenes de flujo laminar y turbulento.
d. ¿Cuál es la significancia de cambios en la temperatura a la
pérdida de carga?
7 CONCLUSIONES
7.1
7.2
7.3
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8 RECOMENDACIONES
8.1
8.2
9 BIBLIOGRAFÍA
- Trabajos prácticos de física, J. Fernández y E. Galloni,
Centro de Estudiantes de Ingeniería, UBA, Buenos Aires
(1963).
- Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas, Claudio Mataix,
Edit. LIMUSA, Mexico, 1996.
- http://es.wikipedia.org/wiki/Centro de presiones
- http://es.wikipedia.org/wiki/Agua
- http://es.wikipedia.org/wiki/Picn%C3%B3metro.