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• Francisco Boisier

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA Departamento de Mecánica EXPERIENCIA Nº TÍTULO

:4 : PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS Y

ASIGNATURA

: MECÁNICA DE FLUIDOS

SINGULARIDADES

1 1.1

OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio experimental completo de pérdidas de carga de tal forma de obtener las relaciones entre variables presentes en el flujo en tuberías y compararlas con las obtenidas en forma analíticas por medio de relaciones empíricas de literatura.

1.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Para flujo laminar, transición y turbulento evaluar las pérdidas por efectos friccionales producidas en el set de tuberías. Investigar la influencia del material, el diámetro y la posición en la pérdida de carga.



Para flujo laminar, transición y turbulento en una tubería lisa (cobre), investigar la relación existente entre: -

Gradiente hidráulico (Hf/L) y la velocidad V.

-

Coeficiente de fricción (f) y N° de Reynolds (Re).

Realizar la comparación gráfica entre dichas variables y las existentes en la literatura. 

Determinar los coeficientes de pérdidas K para accesorios como: codos, expansión y contracción brusca y realizar una comparación con los valores obtenidos por medio de literatura.

2

INTRODUCCIÓN TEÓRICA Con la ejecución de esta experiencia se logra establecer y comparar las relaciones que rigen el flujo en tuberías, es así como se da un enfoque completo de pérdidas de carga por efectos

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fricciónales en una tubería lisa pasando por los tres regímenes de flujo; consiguiendo con esto establecer la relación entre gradiente hidráulico y velocidad, además de coeficiente de fricción y N° de Reynolds. En segundo término se establece la influencia del diámetro, la rugosidad y la inclinación de la tubería en la pérdida de carga y factor de fricción. Por último, se evalúan los coeficientes de pérdidas para los accesorios implementados en el banco de pruebas, tales como: codos, expansión y contracción brusca; para ser comparado con los obtenidos en tablas. 3

INSTALACIÓN EXPERIMENTAL

Los elementos que conforman la instalación son los siguientes: 1) Cañería de cobre ∅ 1/2” inclinación positiva.

2) Cañería de cobre ∅ 1/2” inclinación negativa.

3) Cañería de cobre ∅ 3/4” singularidades (codos expansión y contracción brusca).

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4) Cañería de cobre ∅ 3/8”. 5) Cañería de cobre ∅ 3/4"

6) Cañería de PVC ∅ 3/4”.

7) Cañería de Fierro galvanizado ∅ 3/4”. 8) Manómetro diferencial.

9) Medidores de caudal: Jarro con escala de medición y cronómetro. 10) Medidor de temperatura (Insertar termómetro en estanque de abastecimiento). 4

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Para la realización de esta experiencia se deben seguir los siguientes pasos: 

Abrir todas las válvulas del manómetro diferencial.



Poner en funcionamiento la motobomba.



Cerrar todas las válvulas del manómetro, cuando el sistema de rebalse esté funcionando se tiene la altura de carga constante.



Eliminar completamente el aire contenido en las mangueras y manómetro.



Maniobrar la válvula de control de flujo de la tubería seleccionada abriéndola a un cierto porcentaje de apertura



Abrir la llave del manómetro que corresponda a la tubería seleccionada.



Registrar la altura manométrica, la temperatura del agua y el caudal de salida.



Ajustar la válvula de control de flujo (siempre abriendo en forma suave para evitar golpe de ariete), de tal manera que se registre en el manómetro una diferencia de altura mayor. Con estos datos obtenidos confeccionar la tabla siguiente: Tubería Fe 3/4" Cu 3/4” PVC 3/4" Cu 3/8”

H1 – H2

Caudal

Temperatura

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Luego de obtenidos estos datos se debe realizar lo siguiente: 

Gráfico Q v/s Hf concluir y comentar.



Determinación del gradiente hidráulico (Hf/L) v/s V numero de Reynolds (Re) y factor de fricción (f).

4.1

GRADIENTE HIDRÁULICO

El gradiente hidráulico se define como la pérdida de energía experimentada por unidad de longitud recorrida por el agua; es decir, representa la pérdida o cambio de potencial hidráulico por unidad de longitud, medida en el sentido del flujo de agua. El gradiente hidráulico está definido como “Hf/L”, donde: Hf = Pérdida de carga entre dos secciones. Hf = H1 – H2 (∆

medido en el manómetro).

L = Distancia entre dos secciones de la tubería

4.2

VELOCIDAD MEDIA DEL FLUJO

La velocidad está definida como “V = Q/A”, donde: V = Velocidad del fluido que circula por la tubería en estudio. Q = Caudal o gasto que se obtiene, el cual se mide mediante el jarro y el cronómetro . Se toma el tiempo de llenado en el jarro con graduación. 4.3

NÚMERO DE REYNOLDS

El número de Reynolds está definido por:

=

∗

∗

ó

=

∗

Este número da cuenta del tipo de régimen bajo el cual se comporta el fluido.

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FACTOR DE FRICCIÓN

El factor de fricción o coeficiente de resistencia (f) es un parámetro adimensional que se utiliza en dinámica de fluidos para calcular la pérdida de carga en una tubería debido a la fricción. Este parámetro adimensional depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa Es posible de determinar a partir del Diagrama de Moody para comparar con:

4.5

=

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

∗

Durante el transcurso del experimento se medirá: H1 – H2 (m)

Z1 (m)

Z2 (m)

Distancia entre Puntos (m)

Tiempo (seg)

Volumen (

)

Para:  Tubería Fierro ∅ 3/4”.    

5

Tubería PVC ∅ 3/4”.

Tubería Cobre ∅ 3/4”. Tubería Cobre ∅ 3/8”.



Tubería Cobre ∅ 1/2” inclinación positiva.



Tubería Cobre ∅ 1/2” inclinación negativa. Singularidades Codo.



Singularidades Expansión Brusca.



Singularidades Contracción Brusca.

CONTENIDO DEL INFORME El informe deberá incluir: 1. Marco teórico 2. Esquema de la instalación y características

de los elementos constitutivos del

banco de pruebas 3. Procedimiento experimental 4. Tabla de valores obtenidos en forma experimental 5. Desarrollo de los cálculos, tablas de resultados obtenidos, gráficos 6. Discusión de los resultados y conclusiones

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A partir de las medidas de cotas piezométricas efectuadas, calcular Hf / V, V, Re, f; para cada caudal experimentado. El gradiente hidráulico se puede expresar como: =

Al confeccionar el gráfico Log Hf / L en ordenada v/s Log V en abscisa, determinar los valores de k y de n, para los escurrimientos laminar y turbulento. Comparar resultados con los valores teóricos. n=1

Régimen laminar

n = 1.75

Tuberías lisas

n=2

Tuberías rugosas

Régimen turbulento

Además el informe, debe contener la siguiente estructura: 1. Introducción 1.1. Marco teórico 1.2. Objetivos 1.3. Esquemas de las instalaciones 1.4. Descripción del método experimental 2. Tabla de valores obtenidos experimentalmente, desarrollo de los cálculos, tablas de, resultados obtenidos y gráficos 3. Discusión de los resultados y conclusiones. 3.1. Discusión de los resultados obtenidos 3.2. Conclusiones 6

EVALUACION El informe que debe entregar el alumno será evaluado de acuerdo a la siguiente ponderación:

1.

1.5 puntos

2.

2.5 puntos

3.

2.0 puntos

4.

1.0 punto base

Total: 7 puntos

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7

BIBLIOGRAFÍA 

Holman, J.P., “Experimental Methods for Engineers”; Mc Graw-Hill.



Mataix, C., “Mecánica de fluidos y Máquinas Hidráulicas”, HARLA.



Streeter, V., “Mecánica de los fluidos”, Mc Graw-Hill.

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