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• Juan Gean Valverde Quiroz

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU

FISE

CURSO

: MECÁNICA DE FLUIDOS

LABORATORIO

: Nº3

TEMA

: PÉRDIDAS DE CARGA EN SISTEMAS DE TUBERÍAS

DOCENTE

: TOMAS EFRAIN ALVAREZ LOLI

CICLO

:V

FECHA

: 05 de julio del 2018

AMBIENTE

: A0204

ALUMNOS

:



HUAYNATE IPARRAGUIRRE, BRIHAMMS GEANMARK

U17100668



TAPIA CAPILLO, HAMILTON JACKSON

U17104558

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

1

Universidad Tecnológica del Perú-FIME

Laboratorio Pérdidas de carga en sistemas de tuberías 1.-Introducción: Las pérdidas de carga en tuberías nos ayudan para el trabajo continuo de transporte en fluidos, pues para un determinado sistema utilizamos una serie de accesorios y válvulas que permiten una adecuada canalización, la regulación y el acceso hacia los diferentes puntos que se desea recorrer, pues dichas pérdidas tienen que ser consideradas dentro del diseño para poder compensarlas con la energía que debe tener el sistema dentro del uso de los fluidos.

2.-Objetivos: -Calcular las pérdidas en accesorios. -Calcular las pérdidas por longitud de tubería. - Calcular las pérdidas en válvulas.

3.- Materiales y equipos: -Tanque para suministro de agua. -Manguera de alimentación. -Equipo H16 para pérdidas en sistemas de tuberías.

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

2

Figura 1. Esquema general

Figura 2. Partes principales

4.- Fundamento y Fórmulas: 4.1. Viscosidad cinemática:

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

3

𝜈=

𝜇 𝜌

(1)

Siendo: υ: Viscosidad cinemática (m².s) µ: Viscosidad absoluto (Pa.s) ρ: Densidad (m³/s)

4.2. Número de Reynolds

𝑅ⅇ =

𝜌𝑉𝑑 𝜇

(2)

Siendo: Re: Número de Reynolds. d: Diámetro interior de la tubería(m) µ: Viscosidad absoluto (Pa.s) ρ: Densidad (m³/s). V: Velocidad del flujo (m/s) Ѵ = µ/ ρ Con el número de Reynolds podemos clasificar el flujo si es laminar, turbulento o transitorio. Flujo laminar: Re4000. Flujo transitorio: 2000≤Re≤4000.

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

4

4.3. Velocidad del flujo 𝑄

𝑉=𝐴

(3)

Siendo: V: Velocidad del flujo (m/s). Q: Caudal (m³/s). A: Área (m²).

4.4. Porcentaje de Flujo Flujo en metros cúbicos por segundo

% Flujo = Máximo Flujo en metros cúbicos

por segundo

x100

(4)

4.5. Ecuaciones para flujo incompresible:

𝑄 = 𝑉1 𝐴1 = 𝑉2 𝐴2

𝑧1 +

𝑃1 𝑝𝑔

+

𝑉1 2 2𝑔

= 𝑧2 +

𝑃2 𝑝𝑔

+

𝑉2 2 2𝑔

(5)

+ ℎ𝐿1−2

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

(6)

5

Siendo: ℎ𝐿1−2 : Pérdidas de carga por longitud de tuberías y pérdidas por accesorios.

ℎ𝐿1−2 = ℎ𝐹 + ℎ𝐵 + (ℎ𝐶 𝑜 ℎ𝐸 )

(7)

ℎ𝐹 : Pérdidas de carga por longitud de tubería.

Pérdidas menores: ℎ𝐵 : Pérdidas de carga por codos. ℎ𝐶 : Pérdidas de carga por contracción. ℎ𝐸 : Pérdidas de carga por expansión.

4.5.- Pérdidas de carga por accesorios y válvulas:

ℎ𝐿 = 𝐾

𝑉2 2𝑔

(8)

Siendo: ℎ𝐿 : Pérdidas de carga en accesorios y válvulas. K: Constante de accesorio o válvula. V: Velocidad del flujo. g: Aceleración de la gravedad.

4.6.- Pérdidas en tuberías, para flujo turbulento:

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

6

ℎ𝐹 =

𝑓𝐿𝑉 2 2𝑑𝑔

(9)

Siendo: ℎ𝐹 : Pérdidas de carga por longitud de tubería. L: Longitud de la tubería. V: Velocidad del flujo. d: diámetro interior de la tubería. g: Aceleración de la gravedad. f: valor actual del coeficiente de fricción.

4.7.-Fórmula de Blasius:

𝑓=

0.316 𝑅𝑒 0.25

(10)

4.8.-Pérdidas por contracción o expansión:

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

7

Tendremos que tabular los valores de las pérdidas de carga vs v²/2g, y con la pendiente hallamos el valor de K.

4.9.-Pérdidas por curvas:

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

8

De la misma manera con la pendiente encontramos el valor de K para las curvas.

5.- Procedimiento:

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

9

1. Conectar la manguera de salida del H1F a la entrada del H16 y la manguera de salida del H16 de regreso al H1F. 2. Abrir ambas válvulas del H16 (globo y compuerta) y la válvula del H1F y encender la bomba. 3. Dejar circular el agua por aproximadamente 3 minutos. 4. Cerrar válvulas del H16 (globo y compuerta). 5. Abrir válvulas de aire hasta que el agua llegue a los manifolds (purga). 6. Apagar bomba del H1F, ya no hay presión en el sistema. 7. Abrir de a pocos las válvulas de aire para que entre aire y baje el nivel de agua en las columnas (Todo hasta 200 mm).

8. Luego de que el nivel de agua baje, cerrar válvula del H1F. Con todas las válvulas cerradas, el agua y el aire quedan encerrados en las tuberías. 9. Abrir válvulas de aire de a pocos tratando de mantener la misma altura de columna de agua en todos los piezómetros. Abrir todas las válvulas de aire, lo que indica que todos los piezómetros están a presión atmosférica y los niveles de agua estarán a la misma altura. 10. Cerrar válvulas de aire. Hasta este paso es el procedimiento de purga de aire, luego de ello se puede empezar con el experimento. 11. Abrir válvula del H1F y encender bomba, los niveles de agua en los piezómetros aumentarán debido a la presión. 12. Mantener cerrado la válvula de globo y abrir totalmente la válvula de compuerta, el agua circulará por el circuito azul. Colocar las mangueras correspondientes en la entrada y salida de la válvula, conectando la entrada de la válvula con el punto “+” indicado en la toma del manómetro diferencial y la salida con el punto “-“. 13. Cerrar la válvula de compuerta hasta obtener 0.1 bar de presión diferencial, tomar lectura de los niveles de agua. 14. Repetir el procedimiento para diferencias de presión en la válvula de 0.2, 0.3, 0.4 y 0.5 bar. 15. Cerrar completamente la válvula de compuerta y abrir totalmente la válvula globo. El agua circulará por el circuito celeste. 16. Repetir el procedimiento seguido anteriormente para el circuito celeste.

6.-Hojas de resultados:

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10

6.1.-Circuito

Azul y válvula de compuerta:

Tabla 1: Datos de presiones y pérdidas.

Presión (bar) 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Presión (mca)

Caudal Caudal 𝑳 ( ) (𝑚³. 𝑠 −1 ) 𝑺

Circuito Azul Alturas Piezométricas (mmca) 1-2 3-4 5-6 372 263 512

1.02

0.262

0.000262

1.53

0.244

0.000244

231

234

453

2.04

0.236

0.000236

308

218

423

2.55

0.227

0.000227

290

205

394

3.06

0.207

0.000207

246

175

333

3.57

0.193

0.000193

216

154

292

4.08

0.169

0.000169

170

122

228

Temperatura agua : 15°C mca : metros columna de agua Factores de conversión de presiones: 1bar=100000 Pascal=10.2 mca Factores de conversión para volúmenes: 1 m³/s=1000L/s

6.2.-Circuito Celeste y válvula de globo: Tabla 2: Datos de presiones y pérdidas. Presión (bar) 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Presión (mca)

Caudal 𝑳 ( 𝑺)

1.02

0.283

Caudal Circuito Celeste Alturas Piezométricas (mmca) (𝑚³. 𝑠 −1 ) 7-8 8-9 9-10 11-12 13-14 15-16 0.000283 54 14 282 316 329 329

1.53

0.261

0.000261

47

12

239

275

286

285

2.04

0.255

0.000255

44

12

226

262

273

272

2.55

0.246

0.000246

40

10

211

246

255

255

3.06

0.228

0.000228

34

8

184

215

225

225

3.57

0.209

0.000209

29

7

154

185

193

193

4.08

0.187

0.000187

24

6

124

152

156

158

Temperatura agua : 15°C

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

11

6.3.-Resultados



y análisis en válvulas:

Tabla con respecto a la Válvula de compuerta Válvula de compuerta

Presión (bar) 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Caudal

0.000262

Velocidad 𝒎 (𝒔) V 199

1.804

1.530

0.000244

91

1.680

0.2

2.040

0.000236

89

1.625

0.25

2.550

0.000227

82

1.563

0.3

3.060

0.000207

69

1.425

0.35

3.570

0.000193

58

1.329

0.4

4.080

0.000169

43

1.163

Presión (mca) 𝒉𝑳

𝒎³ (𝒔)

Porcentaje de apertura de válvula (%)

0.1

Q 1.020

0.15

K

Temperatura agua : 15°C

*Revisar formula (4) para el cálculo de Porcentaje de apertura de válvula. * Revisar formula (8) para el cálculo de 𝒉𝑳 . 

Tabla con respecto a la Válvula de globo Válvula de globo

Presión (bar)

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Presión (mca) 𝒉𝑳

Caudal 𝒎³

Porcentaje de apertura de válvula (%)

Velocidad 𝒎 (𝒔) V

K

1.020

0.000283

100

0.525

72.63

1.530

0.000261

93

0.484

128.08

2.040

0.000255

87

0.473

178.91

2.550

0.000246

77

0.456

240.30

3.060

0.000228

63

0.423

335.69

3.570

0.000209

56

0.388

466.08

4.080

0.000187

41

0.347

665.37

(𝒔) Q

Temperatura agua : 15°C

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

12



Graficar el porcentaje de apertura de Válvula (%) vs Coeficiente de Perdida (K), hacerlo para ambas válvulas en uno solo gráfico.

6.4.-Análisis

Presión (bar) 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

de resultados para longitud de tubería:

Altura Piezométrica 3-4(mca) 𝒉𝑳 0.098

Diámetro de la tubería: 13.6 mm Caudal Velocidad 𝒎 Número de 𝒎³ (𝒔) (𝒔) Reynolds V Q

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Actual f

0.000262

1.804

21329

0.02614831

0.00880

0.147

0.000244

1.680

19864

0.02661776

0.01522

0.196

0.000236

1.625

19213

0.02684052

0.02169

0.245

0.000227

1.563

18480

0.0271027

0.02931

0.294

0.000207

1.425

16852

0.02773489

0.04229

0.344

0.000193

1.329

15712

0.02822472

0.05676

0.393

0.000169

1.163

13758

0.02917745

0.08460

Temperatura agua : 15°C ;

Presión (bar)

f blasius

Altura piezométrica 8-9(mca) 𝒉𝑳 1.020

Viscosidad cinématica:0.00000115 m²/s

Diámetro de la tubería: 13.6 mm Caudal Velocidad 𝒎 Número de 𝒎³ (𝒔) (𝒔) Reynolds V Q

f blasius

Actual f

0.000283

0.525

41090

0.02219489

1.07952

1.530

0.000261

0.484

38267

0.02259337

1.90377

2.040

0.000255

0.473

37012

0.02278245

2.65922

2.550

0.000246

0.456

35601

0.02300498

3.57169

3.060

0.000228

0.423

32464

0.02354159

4.98948

3.570

0.000209

0.388

30269

0.02395737

6.92755

4.080

0.000187

0.347

26505

0.02476605

9.88965

Temperatura agua : 15°C ;

Ѵ:0.00000115 m²/s

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

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6.5.-Análisis

de resultados-curvas:

Detalles de curvas

Presión(bar)

Altura piezométrica (mca) 𝒉𝑳

Caudal Velocidad 𝒎 𝒎³ (𝒔) (𝒔) V Q

𝑽𝟐 𝟐𝒈

Número de Reynolds

Blasius f

𝒉𝑭

0.188

0.000262 1.80356823 0.09099739

21329

0.02614831 0.292

0.10

0.296

0.000244 1.67965897 0.08474566

19864

0.02661776 0.258

0.04

0.386

0.000236 1.62458818 0.08196711

19213

0.02684052 0.243

0.14

0.529

0.000227 1.56263355 0.07884125

18480

0.0271027

0.227

0.30

0.740

0.000207 1.42495658 0.07189488

16852

0.02773489 0.193

0.55

1.047

0.000193 1.32858271 0.06703243

15712

0.02822472 0.171

0.88

1.690

0.000169 1.16337035 0.05869679

13758

0.02917745 0.136

1.55

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Temperatura agua : 15°C

;

Viscosidad cinemática:0.00000115 m²/s

Promedio 𝑲𝑩 :

6.6.-Análisis de resultados-expansión y contracción:

Diámetro estándar Caudal Presión (bar)

𝒎³

𝒉𝑩

(𝒔) Q

Velocidad 𝒎

(𝒔) V

Diámetro largo

Expansión

Velocidad 𝑽𝟐 𝟐𝒈

𝒎

(m)

(𝒔) V

𝑽𝟐 𝟐𝒈

(m)

Pérdida 7-8(mca)

Pérdida total (mca)

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Laboratorio N°3: Pérdidas de carga en sistemas de tuberías

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Caudal Presión (bar)

𝒎³

(𝒔) Q

Diámetro estándar Velocidad 𝒎

(𝒔) V

𝑽𝟐

𝟐𝒈

(m)

Diámetro largo Velocidad 𝒎

(𝒔) V

𝑽𝟐

𝟐𝒈

(m)

Contracción Pérdida 9-10(mca)

Pérdida total (mca)

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 7.-Conclusiones: -

8.-Recomendaciones: -

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