Perdidas de Cargas en Tuberias - Flujo Laminar

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL

LAB. DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA ING. HUATUCO GONZALES, Mario

INFORME Nº 012 – G3 – UPLA – 12 DE LA UEC LABORATORIO DE MEC. DE FLUIDOS E HIDRAULICA

1. DATOS GENERALES

1.1. Tema: PERDIDAS DE CARGAS EN TUBERÍAS (FLUJO LAMINAR)

1.2. Fecha:

FECHA DEL ENSAYO : 20 DE NOVIEMBRE DE 2012.

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME : 27 DE NOVIEMBRE DE 2012.

1.3. Lugar:

Departamento : Junín

Provincia : Huancayo

Distrito : Huancayo

Lugar : Facultad de Ingeniería – Giráldez.

Anexo : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica.

1.4. Participante: RUPAY VARGAS, Marcos Josué.

1.5. Modulo:

FME – 07

2. OBJETIVO

DETERMINAR EL FACTOR FRICCIÓN POR PÉRDIDAS PRIMARIAS, EN FLUJO LAMINAR.

3. EQUIPOS Y/O MATERIALES

Equipo de Perdidas de Cargas en Tuberías– FME 07.



Banco Hidraúlico - FME 00

Termómetro



Cronómetro

Probeta (1000 ml)



4. PROCEDIMIENTO

4.1. El equipo de perdidas de carga en tubería, se instaló sobre el banco hidráulico.

4.2. Se enciende el banco hidraúlico.

4.3. Se gradúa el flujo del equipo de perdidas de carga en tubería, en un flujo laminar.

4.4. Primero se procede a medir la temperatura del fluido con la ayuda de un termómetro.

4.5. Luego se procede a dar lectura de las presiones de entrada y salida, con la ayuda de los

manómetros tipo bourdon.

4.6. Con la ayuda de la probeta y de un cronómetro se afora el caudal del fluido.

4.7. En el presente ensayo se repitió nueve veces los pasos 4.5, 4.6. Pero con distintas graduaciones

del caudal del fluido.

5. TABLA DE REGISTROS

5.1. TABLA N° 01: En esta tabla se registraron los volúmenes, el tiempo, las presiones de entrada y

salida.

VOLÚMEN (lt)

TIEMPO (s) PRESIÓN

P1 (mm) P2 (mm)

0.1 13.1 230 43

0.1 14.14 227 54

0.1 15.18 219 68

0.1 16.4 206 90

0.1 19.07 198 102

0.1 23.14 194 110

0.1 24.81 190 119

6. TABLA DE DATOS PROCESADOS

6.1. CÁLCULO DE PERDIDAS PRIMARIAS (HPL)

Calculo de los caudales.

Entoces:

⁄



Calculo de la Perdida Primaria (HPL)

VOLÚMEN (m3)

TIEMPO (s)

Q (m3/s) P1 (m) P2 (m) Hpl (m) log Q log Hpl

1.00E-04 13.1 7.63E-06 0.230 0.043 0.187 -5.11727 -0.72816

1.00E-04 14.1 7.07E-06 0.227 0.054 0.173 -5.15045 -0.76195

1.00E-04 15.2 6.59E-06 0.219 0.068 0.151 -5.18127 -0.82102

1.00E-04 16.4 6.10E-06 0.206 0.090 0.116 -5.21484 -0.93554

1.00E-04 19.1 5.24E-06 0.198 0.102 0.096 -5.28035 -1.01773

1.00E-04 23.1 4.32E-06 0.194 0.110 0.084 -5.36436 -1.07572

1.00E-04 24.8 4.03E-06 0.190 0.119 0.071 -5.39463 -1.14874

GRÁFICO N° 1-1

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

3.0E-06 4.0E-06 5.0E-06 6.0E-06 7.0E-06 8.0E-06

PER

DID

AS

PR

IMA

RIA

S H

pl (

m)

CAUDAL - Q (m3/s)

Q vs Hpl



GRÁFICO N° 1-2

6.2. CÁLCULO DEL FACTOR DE FRICCIÓN (f)

TUBERÍA

LONGITUD (m)

DIAMETRO INT. (m)

DIAMETRO EXT. (m)

0.5 0.004 0.006

Calculo de la velocidad (V)

⁄

⁄

Calculo del factor de fricción (f):

Despejando nos queda:

-1.4

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

-5.5 -5.4 -5.4 -5.3 -5.3 -5.2 -5.2 -5.1

log

Hp

l

log Q

log Q vs log Hpl



0.0795

VOLÚMEN (m3)

TIEMPO (s)

Q (m3/s) V (m/s) V2

(m2/S2) Hpl (m)

f log V log Hpl log f

1.00E-04 13.1 7.63E-06 0.6075 0.3690 0.187 0.0795 -0.21648 -0.72816 -1.09941

1.00E-04 14.14 7.07E-06 0.5628 0.3167 0.173 0.0857 -0.24966 -0.76195 -1.06685

1.00E-04 15.18 6.59E-06 0.5242 0.2748 0.151 0.0862 -0.28048 -0.82102 -1.06427

1.00E-04 16.4 6.10E-06 0.4852 0.2354 0.116 0.0773 -0.31405 -0.93554 -1.11165

1.00E-04 19.07 5.24E-06 0.4173 0.1741 0.096 0.0865 -0.37956 -1.01773 -1.06282

1.00E-04 23.14 4.32E-06 0.3439 0.1183 0.084 0.1115 -0.46357 -1.07572 -0.95279

1.00E-04 24.81 4.03E-06 0.3207 0.1029 0.071 0.1083 -0.49384 -1.14874 -0.96528

GRÁFICO N° 2-1

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

-1.15 -1.10 -1.05 -1.00 -0.95 -0.90

log

V

log f

log V vs log f



GRÁFICO N° 2-2

GRÁFICO N° 2-3

GRÁFICO N° 2-4

-1.2

-1.1

-1.0

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-1.15 -1.10 -1.05 -1.00 -0.95 -0.90

log

Hp

l

log f

log Hpl vs log f

-0.55

-0.50

-0.45

-0.40

-0.35

-0.30

-0.25

-0.20

-1.2 -1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6

log

V

log Hpl

log V vs log Hpl



6.3. CÁLCULO DEL NÚMERO DE REYNOLDS (Re):

TUBERÍA

FLUIDO

LONGITUD (m)

DIAMETRO INT. (m)

DIAMETRO EXT. (m)

TEMPERATURA °C

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

(m2/s)

0.5 0.004 0.006

24.2 9.10E-07

Calculo del Número de Reynolds (Re):

⁄

⁄

=2671.599

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

3.0E-06 4.0E-06 5.0E-06 6.0E-06 7.0E-06 8.0E-06

Fact

or

de

Fri

cció

n

f

Caudal - Q (m3/s)

Q vs f



VOLÚMEN (m3)

TIEMPO (s)

Q (m3/s) V (m/s) Hpl Re log V log Re

1.00E-04 13.1 7.63E-06 0.6075 0.1870 2671.599 -0.21648 3.42677

1.00E-04 14.14 7.07E-06 0.5628 0.1730 2475.103 -0.24966 3.39359

1.00E-04 15.18 6.59E-06 0.5242 0.1510 2305.531 -0.28048 3.36277

1.00E-04 16.4 6.10E-06 0.4852 0.1160 2134.022 -0.31405 3.32920

1.00E-04 19.07 5.24E-06 0.4173 0.0960 1835.236 -0.37956 3.26369

1.00E-04 23.14 4.32E-06 0.3439 0.0840 1512.444 -0.46357 3.17968

1.00E-04 24.81 4.03E-06 0.3207 0.0710 1410.639 -0.49384 3.14942

GRÁFICO N° 3-1

GRÁFICO N° 3-2

3.0E-06

4.0E-06

5.0E-06

6.0E-06

7.0E-06

8.0E-06

1000 1500 2000 2500 3000

Nú

me

ro d

e R

eyn

old

s R

e

Caudal - Q (m3/s)

Q vs Re

-0.55

-0.50

-0.45

-0.40

-0.35

-0.30

-0.25

-0.20

3.10 3.15 3.20 3.25 3.30 3.35 3.40 3.45

log

V

log Re

log V vs log Re



GRÁFICO N° 3-3

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

3.0E-06 5.0E-06 7.0E-06

Pé

rdid

as P

rim

aria

s H

pl (

m)

Caudal - Q (m3/s)

Hpl vs Q



CONCLUSIONES:

1. Se concluyen que los Números de Reynolds calculados en el presente ensayo se

demostró que cumple con la teoría del Número de Reynolds teórico, del caudal 5 al 7;

los demás caudales no cumple.

N° Re OBSERVACIÓN

1 2671.599 NO CUMPLE




5 1835.236 CUMPLE

6 1512.444 CUMPLE

7 1410.639 CUMPLE

2. En un flujo laminar también se cumple que a mayor caudal que pasa por la tubería, la

pérdida del fluido por friccón es mayor, (El Factor de Fricción tiende a aumentar cuando

aumenta el caudal.)

3. Se concluye que en este ensayo, se afirma que el flujo del fluido (agua) estudiado en la

tubería es un flujo laminar del caudal 5, 6 y 7, y del caudal 1 al 4 es un flujo transitorio

según el diagrama de Moody.

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

3.0E-06 4.0E-06 5.0E-06 6.0E-06 7.0E-06 8.0E-06

PER

DID

AS

PR

IMA

RIA

S H

pl (

m)

CAUDAL - Q (m3/s)

Q vs Hpl

Laminar Turbulento

Transitorio



4. Se concluye que a mayor velocidad del fluido que pasa por la tubería, el factor de

fricción en menor, de los que se deduce la velocidad en flujo laminar es inversamente

proporcionalmente al factor de fricción.



5. Se concluye que en estructuras largas, la perdida por fricción es muy importante, por lo

que es un objeto de constante estudio teórico experimental para obtener resultados

técnicos aplicables. También se concluye que en proyectos como el de Piscigranja se

puede emplear un un flujo laminar.

RECOMENDACIONES:

1. Par el calculo del Número de Reynolds (Re), se recomienda emplear la siguiente fórmula,

teniendo en cuenta principalmente las unidades de cada término de la ecuación.

⁄

⁄

El intervalo de números de Reynolds comprendido emtre 2000 y 4000, es imposible

predecir qué tipo de flujo existe; por consiguiente, este intervalo se conoce como región

crítica. Entoces si un flujo de un sistema está en la región crítica, se recomienda cambiar

la rapidez de flujo o el diámetro del conducto para hacer que el flujo sea claramente

laminar o turbulento.

2. Se recomienda que en el presente ensayo se lleve a cabo con distintos caudales. De tal

manera manera para evaluar si el caudal es proporcionalmente con la pérdida por

frcción.

3. Se recomienda tener en cuenta que un flujo de un sistema es laminar cuando el Número

de Reynolds es menor a 2000. Y el flujo de un sistema es transitorio cuando el número

de Reynolds esta entre 2000 y 4000.

4. Para que se cumpla esta relación se recomienda:

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12

Ve

loci

dad

V

(m

/s)

Factor de Fricción - f

VELOCIDAD vs FACTOR FRICCIÓN



a. Trabajar con distintas graduaciones del caudal.

b. Emplear las siguientes fórmulas, teniendo en cuenta principalmente las

unidades de cada término de la ecuación.

⁄

Donde:

Q: Caudal en m3/s.

D: Diámetro en m2.

V: Velocidad en m/s.

Donde:

f : Factor de Fricción (adimensional)

D : Diámetro en m2.

V : Velocidad en m/s.

L : Longitud de la tubería en m.

g : Aceleración de la gravedad en m/s2

Hpl : Pérdidas por fricción en m.

5. La importancia del laboratorio implica en el registro de datos y la determinación de

todos los parámetros, donde los resultados determinan las decsiciones a tomar en un

proyecto, como el de Piscigranjas.

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