Perdidas-en-tuberías-2015

7/26/2019 Perdidas-en-tuberas-2015

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UNIVERSIDAD CATLICA BOLIVIANA SAN PABLO

UNIDAD ACADMICA REGIONAL COCHABAMBA

Laboratorio de Proe!o! U"itario! #

I"$or%e No&'

Carrera( I")e"ier*a I"d+!tria,

Doe"te( I")& Gabrie,a C-iroboea

No%bre!( G+ardia Var)a! A,.aro

/o,be Are Pa%e,a

Co-aba%ba 0 Bo,i.ia


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PERDIDAS PRIMARIAS EN TUBER1AS

INTRODUCCIN

Los sistemas de flujo de un fluido presentan ganancias de energas por bombas y prdidas

por friccin conforme el fluido que pasa por los ductos y tubos, prdidas por cambios en eltamao de la trayectoria de flujo y prdidas de energa por las vlvulas y accesorios.

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algn otro dispositivo, ocurren

prdidas de energa debido a la friccin que !ay entre el lquido y la pared de la tubera"

tales energas traen como resultado una disminucin de la presin entre dos puntos del

sistema de flujo.

OB2ETIVOS

#edir las prdidas de energa por friccin superficial $perdidas primarias% para un

flujo de agua en tuberas de diferentes dimetros y longitudes y diferentes

rugosidades para flujo laminar y turbulento.

&alcular el coeficiente de friccin f o ', asociado a cada tipo de flujo encontrado.

MARCO TEORICO

Las prdidas por friccin se presentan porque al estar el fluido en movimiento !abr una

resistencia que se opone a dic!o movimiento

(n estructuras largas, las prdidas por friccin son muy importantes.

Las prdidas y ganancias de energa en un sistema se contabili)an en trminos de energa por unidad

de peso del fluido que circula por l. (sto tambin se conoce como carga $!%*

!a+ (nerga que se agrega al fluido con un dispositivo mecnico" es comn que se le denomine

carga total sobre la bomba.

!r+ (nerga que se remueve del fluido por medio de un dispositivo mecnico.

!l+ rdidas de energa del sistema por la friccin en las tuberas, o prdidas menores por vlvulas yotros accesorios

La magnitud de las prdidas de energa que produce la friccin del fluido, las vlvulas y accesorios, es

directamente proporcional a la carga de velocidad del fluido. (sto se e-presa en formamatemtica as*

l+ /$v010g%

(l trmino / es el coeficiente de resistencia


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Para determinar si el flujo es turbulento o laminar se utiliza el nmerode Reynolds de la siguiente forma:

N=D V

Re < 2000. El flujo es laminar

Re > 40000. El flujo es turbulento

Todos los casos que pueden presentarse, pueden reducirse a estoscuatro:

- Para rgimen laminar: Con tuberas lisas (k/D= 0): slo las tuberas de plstico

del equipo, por e!e"plo)# Con tuberas ru$osas: tubera del equipo de %ierro

$al&ani'ado con k=0# a 0#*0 ""#- Para rgimen turbulento:

Con tuberas lisas# Con tuberas ru$osas#

+l coeiciente :

- +n $eneral = (.e, k/D)#- +n r$i"en la"inar = (.e), no es uncin de la ru$osidad

k/D#- +n r$i"en turbulento con n1"ero ele&ado de .enolds =

(k/D)# no es uncin del n1"ero de .enolds#

- En el clculo de las prdidas de carga en tuberas, juegan un papeldiscriminante dos factores: el que la tubera sea lisa o rugosa y que el

rgimen de corriente sea laminar o turbulento. Consideremos con ms

detencin la influencia del segundo factor. Supongamos una tubera de

seccin constante y eamos que sucede cuando aumentamos el caudal y

por tanto la elocidad del flujo.


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- En la figura se representa la prdida de energa por unidad de longitud dela tubera como ordenada y la elocidad como abscisa. Si la elocidad del

fluido en la tubera es peque!a, el flujo es laminar.

- Entonces como se e en la figura, tra"ada en papel doblementelogartmico, la prdida de carga es proporcional a la primera potencia de la

elocidad.

- En el punto #, el rgimen pasa de laminar a turbulento $"ona de transicin,n%mero de &eynolds entre '((( y )(((*. En el punto C el rgimen ya es

turbulento. Como se e en este rgimen, la perdida de carga es muc+o

mayor, siendo en este caso proporcional a la segunda potencia de la

elocidad.

-

- rafico Esquema de prdida de energa -s elocidad

MATERIALES

ablero de prdidas en tuberas y accesorios $equipo*.


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/anco +idrulico

0le1metro $para medir la longitud de las tuberas*.

ermmetro.

medidor ernier

PROCEDIMIENTO

2emos colocado el banco bsico +idrulico cerca del equipo de prdidas de

carga.

2emos destapado los ' tapones de la tubera a estudiar y conectarlos a los

dos ingresos de uno de los manmetros.

3uego se procedi a conectar las mangueras en los accesorios de estudio,

+abiendo cerrado preiamente todas las lulas, e1ceptuando la tubera

recta donde se tuo muc+o cuidado obserando cual era de salida y cual

era de entrada en las cone1iones de los tubos.

#brimos las dos lulas inferiores y cerrar la lula superior delmanmetro en uso.

3uego se procedi a medir las longitudes de los tubos rectos.

#limentamos el equipo de prdidas en tuberas con el banco +idrulico

encendiendo el interruptor de la bomba y manteniendo la lula de

desfogue del banco +idrulico parcialmente cerrada y la lula de salida

del banco +idrulico totalmente abierta.

Se regul el caudal para todos los casos a 4,5 litros por minuto que era

perteneciente a flujo laminar y luego a 6' litros por minuto perteneciente al

flujo turbulento.

Se reali" pruebas en tres tipos de tubos con diferentes dimetros,

tomando los respectios datos de los manmetros.

3uego de registrar todos los datos se procedi a reali"ar los clculos

pertinentes.


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METODOLOGIA

2e"os calculado los &alores de la"da, a partir de dos "todos:

3todo analtico: "ediante un balance de ener$a "ecnica#

1

2( v2v0

2 )+ g(zz0 )pp0

+ F+W=0

&omo no e-iste cambio de seccion las velocidades son iguales y se anulan&omo son tuberias !ori)ontales los trminos 2 se eliminan

&omo no trabajamos con bomba entre los puntos en cuestin, 3 se elimina

p0P

= F

4ividiendo cada miembro entre la constante de aceleracin gravitacional g, tenemos la

siguiente e-presin*

H0H=

v2

2dg

4espejando :

=(H0H)2dg

v2

4plicacin de ecuaciones: nos basa"os en las si$uientes ecuaciones:

T+beria! Re)i%e" 3or%+,a A+torLisas y rugosas Laminar =64 /R oiseulle

Lisas 5urbulento

67899999=

0.316

R1

4

:lasius

DATOS Y CLCULOS

Datos 5uido:

T6 = 7 C6 Densidad = 0#8879 $r/c"=887#9 k$/"

;iscosidad = #08 -(Pa#se$)

Datos caudales:

Pri"er caudal


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@e$undo caudal


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Hr=0.0175(0.96 )

0.0206

0.18772

(29.8)=1.47103 J -7g

Clculo !ara e&u'$o cau$al%

2 salida = ? c" a$ua

2 entrada= c" a$ua

v=Q

AT=210

4m

3

/s

6.66104

m2=0.3m/s

N=D V

=0.02060.3998.6

1.0559103

=5844.63

=0.316

R

1

4

= 0.316

5844.630.25

=0.0361

=(H0H)2dg

v2

= (0.01

)2

0.0206

g

0.32 =0.0448

+...: 8#?

Hr=(L+ Le)

D

v2

2 g

Hr=0.0361(0.96 )

0.0206

0.32

(29.8)=7.725103 J -7g

($a tuberaAon$itud= #7"Di"etro eEterno = F pul$Di"etro interno = 0#07 " (asu"iendo cdula ?0)


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Brea=

4d

2=

4(0.0158)2 = #89 >0-?"*

Calculo !ara !r"#er cau$al%

2 salida =79#? c" a$ua2 entrada= 7*#* c" a$ua

v=Q

AT=1.25104m3/ s1.9610

4m

2 =0.638m /s

N=D V

=

0.01580.638998.6

1.05593=9529.7

=0.316

R1

4

= 0.316

9529.70.25

=0.0319

=(H0H)2dg

v2

=(0.042 )20.0158g

0.6382

=0.0319

ERROR: 0%

Hr= L

D

v2

2g

Hr=

0.0319(1.38 )0.0158

0.6382

(29.8 )=0.0579J /k$

Clculo !ara e&u'$o cau$al%

2 salida =#? c" a$ua2 entrada= 9#9 c" a$ua

v=Q

AT= 210

4m

3/s1.9610

4m

2=1.02m /s

N=D V

=

0.01581.02998.6

1.0559103

=15247.54

=0.316

R1

4

= 0.316

15247.540.25

=0.0284


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=(H0H)2dg

v2

=(0.078 )20.0206g

1.022

=0.0303

+...: 9#

Hr= L

D

v2

2g

Hr=0.0284(1.38 )

0.0158

1.022

(29.8)=0.132 J /kg

)ra tubera

Aon$itud = 8*# c" = 0#8* "Dinterno = #8"" =0#08 "

Brea=

4d

2=

4(0.0119)2 = # >0-?"*

Clculo !ara !r"#er cau$al%

2 salida = 70 c" a$ua

2 entrada=98#* c" a$ua

v= QAT

=1.25104 m3/s

1.11104

m2 =1.13m / s

N=D V

=

0.01191.13998.6

1.0559103

=12717.28

=0.316

R

1

4

= 0.316

12717.30.25

=0.0298

=(H0H)2dg

v2

=(0.108 )20.0119g

1.132

=0.0197


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+...: #7

Hr=L

D

v2

2g

Hr=0.0298(0.925 )

0.0119

1.132

(29.8)=0.151 J/kg

Clculos para segundo caudal:

2 salida = # c" a$ua

2 entrada=?8# c" a$ua

v=Q

AT

=210

4m

3/s

1.1110

4

m

2=1.8m/ s

N=D V

=

0.01191.8998.6

1.0559103

=20257.6

=0.316

R1

4

= 0.316

20257.60.25=0.0265

=

(H0H)2dg

v2

=(0.218 )20.0119g

1.82

=0.0157

+...: ?0#7

Hr=L

D

v2

2g

Hr=0 .0265(0 .925 )

0 .0119

1 .82

(29 .8)=0 .34 J /kg


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CUESTIONARIO

1) Identificar los regimenes de flujo laminar y turbulento. Que es el numero de

Reynolds critico? En el regimen laminar, como fluye la rugosidad del material?

R4)i%e" ,a%i"ar(las partculas del lquido se mueven siempre a lo largo detrayectorias uniformes, en capas o lminas, con el mismo sentido, direccin y magnitud.

;uele presentarse en los e-tremos finales de los laterales de riego y en microtubos de

riego.

(n tuberas de seccin circular, si !acemos un corte transversal, las capas de igual

velocidad se disponen de forma concntrica, con v < 9 junto a las paredes de la tubera

y velocidad m-ima en el centro.

&orresponde el rgimen laminar a bajos valores del nmero de 6eynolds y suele darse a

pequeas velocidades, en tubos con pequeo dimetro y con fluidos muy viscosos$aceites%. (n estas condiciones, las fuer)as viscosas predominan sobre las de inercia.

R4)i%e" t+rb+,e"to(las partculas se mueven siguiendo trayectorias errticas,

desordenadas, con formacin de torbellinos. &uando aumenta la velocidad del flujo, y

por tanto el nmero de 6eynolds, la tendencia al desorden crece. =inguna capa de

fluido avan)a ms rpido que las dems, y slo e-iste un fuerte gradiente de velocidad

en las pro-imidades de las paredes de la tubera, ya que las partculas en contacto con la

pared !an de tener for)osamente velocidad nula.

E, "5%ero r*tio de Re6"o,d!7Re8, es decir, el valor de 6e que marcara el paso del

rgimen laminar al turbulento, para tuberas vale 0>99 $0>09 e-actamente segn algunosautores%.

Para r4)i%e" ,a%i"ar 7Re 9 #:::8el factor de friccin se calcula como*


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(n rgimen laminar, el factor de friccin es independiente de la rugosidad relativa y

depende nicamente del nmero de 6eynolds

2) En el diagrama de Moody, cual es el coeficiente de perdida de carga para una

rugosidad relatia de !.!!" y Re#$!!! y a %ue regimen de flujo pertenece?

(n el diagrama de #oody el coeficiente de perdida de carga es 9.9?@ y pertenece a un

flujo turbulento.

&) 'u(l es la dependencia de la perdida de la carga con el caudal en las regiones de

flujo turbulento y laminar?

(n rgimen laminar, las prdidas de carga lineales, se pueden obtener con la llamadaecuacin de agenoiseuille $reali)aron ensayos sobre flujo laminar !acia 8?9%, en

donde se tiene una dependencia lineal entre la prdida de carga y el caudal. ;i se

aumenta la velocidad al punto donde el regimen es turbulento, la perdida de carga es

muc!o mayor. =o es posible resolver analticamente, no obstante, e-perimentalmente se

puede comprobar que la dependencia es apro-imadamente cuadrtica $ecuacin de

4BArcyC3eisbac!%.

$) 'u(l es la dependencia de la temperatura en la perdida de carga?

La temperatura y el nmero de 6eynolds tienen una relacin directamenteproporcional, es decir que a mayor temperatura del fluido, menor ser su viscosidad y

por tanto el nmero de 6eynolds tambin ser mayor.

(l nmero de 6eynolds se ver afectado por la temperatura, ya que este depende de la

viscosidad cinemtica $del agua en la mayoria de los casos%, que esta a su ve) depende

de la temperatura.

CONCLUSIONES

;emos calculado distintos valores de coeficiente de friccin ', or > mtodos* analtico,

grafico $correcciones% y mediante aplicacin de la ecuacin. Atribuimos las diferenciasentre estos valores debido a la falta de precisin en nuestras mediciones, y a que los

mismos mtodos para determinar ', tienen un porcentaje de error.

;emos medido las prdidas de energa primarias $por friccin superficial%, para tuberas dedistintas longitudes y dimetros, y para distintos flujos.


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BIBLIOGRA3IA

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Ca,+,o de o"!ta"te < =or e, %4todo )r>$io&

Ktili)ando la grfica de moody, para un valor de rugosidad de plstico ( + 9.998E

rimera tubera

rimer caudal

&onsideramos flujo laminar por lo tanto , depende nicamente del nmero de

6eynolds.;egundo caudal

6elacin (14+9.9999@=0.036

;egunda tubera

rimer caudal

6elacin (14+9.9999HE=0.032

;egundo caudal6elacin (14+9.9999HE=0.0265

5ercera tubera

rimer caudal6elacin (14+9.9998>=0.0275

;egundo caudal

6elacin (14+9.9998>=0.026

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