Pág.

8

El siguiente informe corresponde al área de Mecánica de Fluidos, este cumple con el objetivo primordial de desarrollar todo sobre lo relacionado al tema de “Determinación de las Pérdidas de Carga por Fricción en Tuberías”. Ahora teniendo en cuenta el carácter del ensayo, consideramos abordar una parte teórica, y otra de práctica; de modo que esta última es justamente la cual tendremos que exponer en adelante, ya que el ensayo en sí, que se efectúa para este tipo de casos involucra una serie de pequeñas tareas en laboratorio, que requieren de un análisis minucioso; tal análisis podrá proporcionarnos una demostración clara de lo que son algunas leyes generales y principios que rigen la Mecánica de Fluidos. No obstante a que destacar que la presente, se compone de pequeños apartados, que se dedican a explicar mediante tablas, gráficos y figuras, los resultados encontrados en laboratorio, para que al final nos permitan tener referencias e ideas sobre el comportamiento de los fluidos dentro de tuberías. También nos valdremos del uso de fotografías que evidencien el trabajo realizado. Del mismo modo también, existen otros espacios del informe dedicados a hablar sobre pautas generales sobre cómo realizar el ensayo, imágenes, normas estándares que podemos tomar como base, para realizar la prueba. Habiendo ya cumplido con explicar previamente de que se trata este pequeño trabajo, comenzaremos a desarrollarlo, esperando cumplir con la mayoría de sus parámetros deseados.

PRESENTACIÓN

ÍNDICE

CUSCO - 2015

Pág.

8

PAG.

PRESENTACIÓN 01

1 INTRODUCCIÓN 03

2 OBJETIVO 03

3 MARCO TEÓRICOTUBO DE VENTURIBASE TEÓRICA

030405

4 EQUIPO DE LABORATORIOPARTES IMPORTANTES DEL EQUIPO

0607

5 PROCEDIMIENTO 08

6 CÁLCULOS Y RESULTADOS 08

7 CONCLUSIONES 09

8 BIBLIOGRAFÍA 10

1. INTRODUCCIÓN

CUSCO - 2015

Pág.

8

El caudal que circula por una instalación se puede determinar de forma simple imponiendo un estrechamiento en la sección de paso, de modo que se genere una reducción de presión, tanto más acusada cuanto mayor es el caudal circulante. En esta práctica se comprobara el caudal de agua que circula por un circuito simple. La práctica se completará con la medida de las pérdidas de carga en tubos de dos tipos de diámetros y una en la combinación de estas.

Durante la realización de la práctica, la altura alcanzada por el agua en los distintos tubos piezométricos pone de manifiesto la curva de altura piezométrica o altura de presión del fluido correspondiente a cada uno de los caudales. La realización de este informe de laboratorio tiene como propósito identificar, analizar y calcular las pérdidas por fricción de un fluido en un sistema con tuberías y accesorios.

2. OBJETIVO

a) Demostrar que cuando un fluido se desliza en una tubería, existen caídas de presión o pérdidas de carga. Estas pérdidas de carga dependen de diversos factores que son:

La fricción del fluido con las paredes del tubo.Velocidad del fluido.Área de la superficie bañada.Grado de rugosidad de las paredes del tubo.Longitud del tubo.

b) Las pruebas se efectuarán con tubos de distintos diámetros para diversos valores del caudal de líquido que los atraviesa.

3. MARCO TEÓRICO

Los sistemas de flujo de un fluido presentan ganancias de energías por bombas y pérdidas por fricción conforme el fluido que pasa por los ductos y tubos, pérdidas por cambios en el tamaño de la trayectoria de flujo y pérdidas de energía por las válvulas y accesorios. Por ello tomaremos ciertas pautas teóricas que nos introducirán al problema.

ENERGIA POTENCIAL:

CUSCO - 2015

Pág.

8

Dónde:

W PesoZ Altura Referencial

ENERGIA CINETICA:

Dónde:

W Peso

v Velocidad

g Gravedad (9,81 m/s2)

ENERGIA DE PRESIONES:

Dónde:

W Peso

P Presión

Peso específico

TUBO DE VENTURI

El tubo Venturi se debe al físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822), si bien su aplicación práctica como instrumento de medida del caudal no llegó hasta mucho tiempo después, con el norteamericano Clemens Herschel (1842- 1930). Un tubo Venturi consiste en un tubo corto con un estrechamiento de su sección transversal, el cual produce un aumento de la velocidad del fluido y por consiguiente, puesto que la conservación de la carga expresada por el teorema de Bernoulli debe satisfacerse, una disminución de la altura piezométrica.

ENERGIA TOTAL

CUSCO - 2015

Pág.

8

ECUACIÓN DE BERNOULLI (ENERGÍA PARA FLUIDOS IDEALES):

PERO PARA FLUIDOS EN LA REALIDAD SE USA LA SIGUIENTE

ECUACIÓN:

HF: PERDIDA DE CARGA.

BASE TEÓRICA

Las pérdidas por fricción se presentan porque al estar el fluido en movimiento habrá una resistencia que se opone a dicho movimiento (fricción al fluir), convirtiéndose parte de la energía del sistema en energía térmica (calor), que se disipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido. Las válvulas y accesorios se encargan de controlar la dirección o el flujo volumétrico del fluido generando turbulencia local en el fluido, esto ocasiona una pérdida de energía que se transforma en calor. Estas últimas pérdidas son consideradas perdidas menores ya que en un sistema grande las pérdidas por fricción en las tuberías son mayores en comparación a la de las válvulas y accesorios. Las pérdidas y ganancias de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del fluido que circula por él. Esto también se conoce como cargas:

H(A) = Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico; es común que se le denomine carga total sobre la bomba.

H(R) = Energía que se remueve del fluido por medio de un dispositivo mecánico.

H(L) = Pérdidas de energía del sistema por la fricción en las tuberías, o pérdidas menores por válvulas y otros accesorios.

La magnitud de las pérdidas de energía que produce la fricción del fluido, las válvulas y accesorios, es directamente proporcional a la

CUSCO - 2015

Pág.

8

carga de velocidad del fluido. Esto se expresa en forma matemática así:

H (L) = K (v2 ⁄ 2g)

El término K es el coeficiente de resistencia. La ecuación general de la energía es una extensión de la ecuación de Bernoulli, lo que permite resolver problemas es los que hay pérdidas y ganancias de energía.

4. EQUIPO DE LABORATORIO

PARTES IMPORTANTES DEL

EQUIPO

CUSCO - 2015

FO

TO

GR

AF

ÍA N

° 01: T

UB

OS

DE

10 Y 14 m

m. D

E

DIÁ

ME

TR

O

FO

TO

GR

AF

ÍA N

° 02: E

QU

IPO

MO

NTA

DO

PAR

A E

L E

NS

AY

O D

E D

ET

ER

MIN

AC

IÓN

D

E P

ÉR

DID

A D

E C

AR

GA

EN

TU

BE

RÍA

S

Pág.

8

CUADRO N°01 DESCRIPCIÓN DE EQUIPO

ACCESORIOS ESPECIFICACIÓN O TIPO EMPLEO

TANQUES NINGUNA ALIMENTACIÓN Y RECIRCULACIÓN

BOMBAS NINGUNA PROBÉ DE ENERGÍA AL FLUIDO

PIEZÓMETROS PARTE DEL BANCO HIDRÁULICO EN ÉL SE CALCULA LA PERDIDA DE CARGA

TUBERÍAS DE 10 Y 14 MM DE DIÁMETRO PARA VER LA DIFERENCIA DE PERDIDA

CUSCO - 2015

Pág.

8

5. PROCEDIMIENTO

Disponer la unidad sobre la mesa de trabajo. Disponer el tubo en prueba entre los dos elementos de la

unidad. Conectar el envío de la bomba con el tubo de alimentación. Conectar las dos tomas de presión con los piezómetros

correspondientes. Abrir la válvula de regulación del caudal y poner en marcha la

bomba. Leer la altura de la columna de agua en los dos

piezómetros y el correspondiente valor de caudal. Reportar este valor en la tabla.

Parar la bomba y permitir el completo retorno del agua en el tanque.

Cambiar el tubo en prueba y repetir todas las operaciones.

6. CÁLCULOS Y RESULTADOS

CUSCO - 2015

CUADRO N°02: DATOS DE LA TUBERIA DE 14 mm.

Datos h(mm) Q(l/m)h(ingreso

) mm.h(salida)

mm.ΔH

mm.

1 350 24.0 385 320 65

2 330 21.0 300 245 55

3 310 19.0 240 195 45

4 280 16.5 155 125 30

Pág.

8

GRÁFICO N°01: TUVO DE DIÁMETRO 14 mm.

CUSCO - 2015

CUADRO N°02: DATOS DE LA TUBERIA DE 10 mm.

Datos h(mm) Q(l/m)h(ingreso

) mm.h(salida)

mm.ΔH

mm.

1 320 20.0 395 152 243

2 300 18.0 300 125 175

3 280 16.5 240 125 115

4 255 9.5 155 65 90

Pág.

8

GRÁFICO N°02: TUBO DE DIÁMETRO 10 mm.

7. CONCLUSIONES

Mientras mayor sea el caudal, mayor será la pérdida de carga. O también podríamos concluir diciendo que mientras el caudal descienda, la perdida de carga también lo hará son directamente proporcionales entre sí.

Si el diámetro de la tubería es mayor, menor será la pérdida de carga que se produzca dentro de estas. Ahora si nuestro diámetro es menor, mayor será la pérdida de carga que se produzca en el interior de la tubería. Tal y como podremos ver en los cuadros.

La pérdida de carga se incrementa con la longitud recorrida, independientemente del diámetro y el caudal.

8. BIBLIOGRAFÍA

o Frank M. White. MECÁNICA DE FLUIDOS. Ed. McGraw-Hill. 1979.

o INGENIERÍA HIDRÁULICA APLICADA A LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA (VOL.I). Unidad docente de Mecánica de Fluidos de la Universidad Politécnica de Valencia. 1996. Páginas de la 74 a la 124 y de la página 283 a la 321.

CUSCO - 2015

Pág.

8

o Armando Coutinho de Lencastre. MANUAL DE INGENIERÍA HIDRÁULICA. Universidad Pública de Navarra. 1998.

o www.unav.es/ocw/labfluidosing10708/GPL_4_Spanish_07_08.pdf

o ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/mecanica-de-fluidos-y.../T06.pdf

CUSCO - 2015