Casi Completo - Fluidos Proyecto

7/24/2019 Casi Completo - Fluidos Proyecto

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INTRODUCCION

El presente proyecto es elaborado por alumnos de Ingeniera Civil del rea de Mecnica

de Fluidos 2 donde hablaremos y realizaremos ensayo sobre el tema de las prdidas de

cargas en tuviera. A continuacin daremos una pequea introduccin con amplias

definiciones sobre el proyecto realizado.

Las prdidas de cargas en una tubera es la perdida de presin en un fluido debido a la

friccin de las partculas del fluido entre si y contra las paredes de la tubera que las

conduce. Las perdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o

accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un

estrechamiento, un cambio de direccin, la presencia de una vlvula, etc.

El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de una perdida de energa, que

suele expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante

(dimensiones de longitud), denominada habitualmente perdida de carga.En el caso de tuberas horizontales, la perdida de carga se manifiesta como una

disminucin de presin en el sentido del flujo.

La perdida de carga est relacionada con otras variables fluidodinmicas segn sea el

tipo de flujo, laminar o turbulento. Adems de las prdidas de carga lineales (a lo largo

de los conductos), tambin se producen perdidas de carga singulares en puntos

concretos como codos, ramificaciones, vlvulas, etc.


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OBJETIVO GENERAL

Verificar, mediante la va experimental, la validez de los modelos matemticos deducidos en

Ctedra y que guardan relacin con la prdida de carga o energa que se genera en el

transporte de fluidos por tuberas circulares.

OBJETIVOS ESPECFICOS

1. Medir la prdida de carga en una tubera para rgimen laminar.

2. Medir la prdida de carga en una tubera para rgimen turbulento.

3. Experimentar la influencia de la prdida de carga con el dimetro.

4. Evaluar la rugosidad absoluta.

5. Evaluar experimentalmente el coeficiente de friccin en tuberas.

6. Determinar los las prdidas de carga mediante la ecuacin de la energa.


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MARCO TEORICO

La prdida de carga en una tubera es la prdida de energa del fluido debido a la friccin de las

partculas del fluido entre s (viscosidad) y contra las paredes de la tubera que las contiene

(rugosidad). Estas prdidas llamadas cadas de presin, tambin se producen por

estrechamiento o cambio de direccin del fluido al pasar por un accesorio (vlvulas, codos, etc.).

Un ejemplo para entender la importancia de las prdidas de carga es el siguiente:

Este oleoducto debe vencer por un tramo la pendiente existente entre el punto A y el punto B.

Para vencer el obstculo necesita del impulso que el fluido ha recibido anteriormente. Si antes

del punto A, la tubera produce altas prdidas de carga por friccin por ejemplo, el impulso (la

energa) para que el fluido pueda subir con xito tiene que ser mayor.

Otro ejemplo es el siguiente:

Un cao de agua de instalacin antigua con baja presin y bajo caudal, se compara con otro de

la misma casa. La cada de presin se debe a la rugosidad excesiva de las tuberas debido a las

sales y xidos depositados en la instalacin antigua. El bajo caudal se debe a que la rama del

cao se encuentra obstruida por los depsitos mencionados. Debido a esto el agua se dirige

preferentemente por otras ramas donde la resistencia al flujo es menor.


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Es importante para continuar establecer las siguientes definiciones:

Tubera:Conducto cerrado de seccin transversal circular de rea constante.

Ducto:Conducto de seccin transversal diferente a la circular.

En el presente marco terico se considerarn solamente los casos en que las tuberas y ductos

se encuentran completamente llenos de fluido.

Radio hidrulico

Para conductos de seccin transversal no circular (rectangular, ovalada, etc.), se utiliza el

concepto de radio hidrulico.

El radio hidrulico (rh) es la divisin entre el rea neta de la seccin transversal de un flujo (A) y

el permetro mojado (PM). El permetro mojado se define como la suma de la longitud de la

seccin del ducto que realmente est en contacto con el fluido.


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Nmero de Reynolds

Es un nmero adimensional que describe el tipo de flujo dentro de una tubera totalmente llena

de fluido.

Re = Nmero de Reynolds

D = Dimetro de la tubera circular

V = velocidad media del flujo

= densidad del fluido

= viscosidad dinmica (dependiente de la temperatura del fluido)

= viscosidad cinemtica (dependiente de la temperatura del fluido)

Es aqu que aparece un nuevo concepto, el de viscosidad cinemtica ( ) que simplemente es

una definicin para aligerar los clculos.

Generalmente:

entre estos dos tipos de flujo se encuentra la zona crtica, donde el fluido

puede comportarse indistintamente como laminar o turbulento dependiendo de muchos factores.

Sin embargo con experimentacin muy cuidadosa se puede obtener flujo laminar con Re = 40

000 pero estas condiciones meticulosas no se presentan en la prctica.

El rgimen laminar se presenta cuando la velocidad del flujo es relativamente baja. El

principal factor de cada de presin en este rgimen es la viscosidad del lquido. Las

partculas no tienen movimiento cerca de las paredes del tubo y el movimiento se realiza

en cilindros concntricos.

El rgimen turbulento se presenta a relativas altas velocidades. El principal factor de

cada de presin en este rgimen se debe en forma predominante a la rugosidad del

tubo.


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En sistemas de tuberas se trabaja generalmente con un flujo turbulento debido a que la friccin

entre las lminas de fluido en un rgimen laminar produce altas prdidas por viscosidad. Adems

conducir fluidos en forma lenta y regulada no es prctico.

Nmero de Reynolds para secciones transversales no circulares completamente llenas:

Sin embargo esta frmula es inaceptable para algunas formas geomtricas como por ejemplo un

rectngulo muy alargado o una tubera con conducto en el medio cuyo espacio entre conductos

es pequeo. Para tales formas se recomiendan ensayos para determinar el nmero de

Reynolds.

Deduccin de la ecuacin de Darcy-Weisbach

La ecuacin en s fue deducida por Henry Darcy, ingeniero francs, y por Julius Weisbach,

cientfico e ingeniero alemn. Weisbach propuso el coeficiente adimensional y Darcy realiz

cuantiosos experimentos en tuberas con flujo de agua.

Se entender con esta deduccin que la ecuacin de Darcy-Weisbach es la ecuacin general

para explicar la prdida de energa durante el movimiento de fluidos.

La prdida total debido a la friccin que experimenta un fluido cuando fluye por una tubera

circular llena depende del dimetro (D), de la longitud de la tubera (L), de la velocidad media

(V), de la rugosidad absoluta (k), de la aceleracin de la gravedad (g), de la densidad () y de la

viscosidad del fluido (). Por medio del anlisis dimensional se determina la frmula para el

clculo de prdidas por friccin.


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Base geomtrica: D, ya que es la variable que mejor describe la geometra

Base cinemtica: V, variable de movimiento ms importante

Base dinmica: , el flujo en tuberas est gobernado por fuerzas de origen viscoso

Sin embargo, los tres primeros nmeros adimensionales pueden combinarse:

hf: prdidas por friccin en [m]

(letra griega Ji): coeficiente de friccin o factor de friccin

L: longitud del tramo de la tubera

D: dimetro de la tubera

V: velocidad media del flujo

Si se utiliza el radio hidrulico(rh):


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Rugosidad de las tuberas:

En el interior de los tubos comerciales existen protuberancias o irregularidades de diferentes

formas y tamaos cuyo valor medio se conoce como rugosidad absoluta (k), y que puede

definirse como la variacin media del radio interno de la tubera. Por ello es que sus unidades

son de longitud. Los experimentos permitieron determinar el valor de esta rugosidad absoluta.

Consistieron en producir una rugosidad artificial pegando en el interior de un tubo de vidrio liso

arenas de diferentes tipos de grano. Es decir, se ensayaba hasta conseguir una prdida de

carga igual que la producida en un tubo comercial de un material determinado con igual longitud

y dimetro que el de vidrio. Estos tubos artificialmente preparados se conocen como tubos

arenisca.

Un mismo valor de rugosidad absoluta puede ser muy importante en tubos de pequeo dimetro

y ser insignificante en un tubo de gran dimetro, es decir, la influencia de la rugosidad absoluta

depende del tamao del tubo. Por ello, para caracterizar un tubo por su rugosidad resulta ms

adecuado utilizar la rugosidad relativa (k/D), que se define como el cociente entre la rugosidad

absoluta y el dimetro de la tubera.

Diagrama de Moody:

Diagrama experimental vlido para fluidos incompresibles cuyo objetivo es determinar el

coeficiente de prdidas () a partir de la rugosidad relativa y del nmero de Reynolds. Este

coeficiente se utilizar en la ecuacin de Darcy- Weisbach para calcular las prdidas en la

tubera. El margen de error de los valores del diagrama es menor al 5 %.

Para el ensayo de laboratorio se determinar primero el coeficiente de prdidas a partir de la

diferencia de presiones y, junto con el nmero de Reynolds, se hallar en el diagrama el valor de

la rugosidad relativa.

Zonas del diagrama

Zona Laminar:Se usa para flujo laminar (Re 2000). El coeficiente de prdida no depende

prcticamente de la rugosidad del material.

Zona Crtica:El flujo cambia constantemente de laminar a turbulento y no se puede definir en

qu rgimen se encuentra.

Zona Turbulenta:Se usa para flujo turbulento (Re 4000). Se identifican dos zonas, transicin

turbulenta y turbulenta plena. En la ltima el flujo no depende prcticamente de la viscosidad por

lo que la curva se vuelve recta.


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ANEXOS


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