UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

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Semestre 2013-1

L A B O R A T O R I O D E H I D R Á U L I C A HIDRÁULICA BÁSICA

PRÁCTICA 5

CONDUCTOS A PRESIÓN

OBJETIVOS Analizar la variación de las líneas piezométrica y de energía en un conducto a presión. Identificar el horizonte de energía de la tubería. ANTECEDENTES Ecuación de continuidad Ecuación de la energía Flujo en conductos a presión Resistencia al flujo en conductos a presión DESARROLLO Tubería de cobre con accesorios (mostrada en la figura 1) 1. Verificar que las válvulas de la tubería y de descarga del

tanque de aforo estén abiertas.

2. Identificar las secciones, los accesorios y diámetros de la tubería, e indicar la posición de los manómetros diferenciales abiertos.

3. Medir la longitud entre las secciones 0-1, 1-2, 2-3 y 3-4

como se indican en la figura 1. 4. Medir las dimensiones del tanque aforador y registrarlo en

la figura 1.

5. Abrir en forma gradual la válvula de alimentación de la tubería y purgar los manómetros.

6. Medir las alturas hi y ∆hi en los manómetros diferenciales

abiertos y registrarlos en la Tabla 1:

Tabla 1. Registros de los manómetros

Sección i h (m) ∆h (m) 0 1 2 3 4

7. Fijar una altura de llenado ∆z en el tanque de aforo, cerrar la válvula de descarga del tanque y registrar el tiempo de llenado. Después, abrir la válvula de desfogue del tanque para evitar que se derrame.

t = ________s

8. Considerar para todo el desarrollo que el plano horizontal de comparación pasa por el eje de la conducción.

MEMORIA DE CÁLCULO Tubería de cobre con accesorios 1. Calcular el gasto Q, en m3/s, que circula por la tubería.

tzla

tVolQ ∆××

==

2. Determinar para cada sección:

a) La presión, pi, en Pa

iHgii hghgp ∆+= ρρ0

donde g aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2 ρ0 densidad del agua, 1000 kg/m3

ρHg densidad del mercurio, 13,600 kg/m3 b) La carga de presión, en m

gpiρ

c) La velocidad media vi, en m/s

ii A

QV =

donde Ai área de la sección i, en m2

d) La carga de velocidad, en m

gVi2

2

e) La carga total, Hi, en m

gV

gp

zH iiii 2

2++=

ρ

f) Presentar los resultados en una tabla.

LABORATORIODE HIDRAULICA

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Sección pi (Pa)

pi/ρg (m)

Ai (m²)

vi (m/s)

V2/2g (m)

Hi (m)

0 1

3. Calcular la pérdida de energía hrm, en m entre las secciones

i y j de la tubería a partir de las diferencias de energía:

jirm HHh −=

4. Calcular las pérdidas de energía, en m entre las secciones i y j, para la pérdida por fricción y la pérdida local con la ecuación general.

gV

DLfh f 2

2=

gVKhL 2

2=

donde ν viscosidad cinemática del agua, 1 x 10-6 m2/s hf pérdida por fricción, en m f factor de fricción sin dimensiones, Figura 2 L longitud del tubo, en m V velocidad media, en m/s hL pérdida de energía local, en m K coeficiente sin dimensiones; para la reducción se

utiliza la ecuación siguiente:

7323.0038.341

21 −−

=p

ppKr

para la válvula se utiliza la ecuación siguiente:

0095.0879.273

43 +−

=p

ppKv

donde pi es la presión en Pa

ε rugosidad absoluta del material del tubo, ε = 0.02275 mm

5. Para cada tramo analizado. Calcular el error en por ciento

entre las pérdidas medidas hrm y las pérdidas calculadas hr.

100×−

=rm

rrmh

hhe

6. Dibujar la tubería a escala y trazar entre cada sección:

a) La línea de cargas piezométricas en color azul. b) La línea de energía en color rojo. c) El nivel de energía disponible en color verde. d) Acote las pérdidas hrm

EQUIPO PARA LA EXPERIMENTACIÓN Flexómetro Cronómetro

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Sotelo A., G. Hidráulica General Vol. 1, Ed. Limusa,

México 1990. 2. Mataix, C. Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, Ed.

Harla, México, 1990. 3. Munson R. Bruce. Fundamentos de mecánica de fluidos,

Ed. Limusa Wiley, 1990

CUESTIONARIO 1. ¿Qué características de la tubería, ocasionan que la pérdida

por fricción adquiera mayor importancia? Justifique su respuesta.

2. ¿Cuáles son los tipos de pérdida de energía que se presentan en una tubería a presión?

3. ¿Qué variables influyen en el incremento del valor del coeficiente de rugosidad de una tubería en operación?

4. Proporcione una expresión para la energía total (H), de la

sección 4 hasta la salida de la tubería. Considere accesorios.

5. ¿Para qué zona del diagrama de Moody, el factor de rugosidad f es independiente del número de Reynolds?

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