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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECÁNICA DE FLUIDOS

ENSAYOS

:

- Aparato de Osborne Reynolds - Fundamentos para la medición de caudal -Manometría

DOCENTE

:

SALVADOR GUTIERREZ, BEATRIZ

INTEGRANTES

:

-Umpire Quispe, Nicold Beatshesa (U201414900) - Huayta Macetas, Erick Martin (U201416869) - Suarez, David (U201510891) - Ortiz de Orue Moreno, Kimberly Madelen (U201420180) - Ocampo Neyra, Cesar (U201320260) - Gutierrez Arcos, Kelvin Guillermo (U201414834)

LABORATORIO

:

N°1

CICLO

:

2018 – I

GRUPO

:

01

SECCION

:

CX- 63

FECHA

:

15 de Abril del 2018

2018 LIMA – PERU

INTRODUCCION En el curso Mecánica de fluidos, como indica su nombre, se estudia todo lo relacionado a los fluidos. Sin embargo, no trata de describir todo lo relacionado con ellos; se centra en aspectos mecánicos del comportamiento de los fluidos, como el movimiento que presenta, la presión que ejerce, cómo alteran el movimiento de objetos introducidos en ellos, entre otros aspectos. Por tanto, se puede llegar con lo observado hasta hoy en el curso que es, una aplicación de la mecánica, que estudia el movimiento de partículas puntuales y establece principios generales sobre su comportamiento. Se podrá apreciar tres experiencias que se explicarán detalladamente en las siguientes páginas a cerca del Aparato de Osborne Reynolds (Experiencia n°1), considerando que el carácter del flujo está dado por la rugosidad de las paredes, viscosidad, velocidad y la temperatura del fluido; Fundamentos para la medición de caudal (Experiencia N°2) realizado en un banco de ensayos en el cual comprobamos la precisión de medida del rotámetro y finalmente Manometría (Experiencia N°3) donde se observará una gradiente de presiones como resultado de la resistencia viscosa.

OBJETIVOS o

Objetivo General

Actos cotidianos en nuestra vidas como beber un poco de agua o llevar un líquido en un recipiente, tienen como enfoque a un fluido en este caso el agua, que es uno de muchos fluidos que hay en nuestro planeta; por tal motivo el laboratorio del que fuimos partícipes nos ayuda a analizar conocer y entender los principios básicos de la mecánica de fluidos, propiedades de los fluidos, entre otros para un análisis adecuado que en un futuro debemos de desarrollar con los conocimientos adquiridos en nuestro campo de acción o laboral de la carrera de Ingeniería Civil o

Objetivos Específicos

1era Experiencia  Identificar el régimen al que está sometido un flujo mediante el Tanque de Reynolds.  Calcular el caudal que pasa por el tanque de Reynolds, mediante el método volumétrico.  Calcular el número de Reynolds del flujo e identificar en que régimen se encuentra.  Graficar la distribución de velocidades para el comportamiento de un flujo laminar 2da Experiencia  Comprobación de la precisión de medida del rotámetro 3era Experiencia  En el siguiente ensayo se pretende determinar, de forma experimental, la caída de presión entre dos puntos de una tubería tomando en cuenta los conductos de diferente material y diámetro que presenta el equipo experimental. 

Experiencia N° 1: APARATO DE OSBORNE REYNOLDS 1. INTRODUCCIÓN Si consideramos el flujo en una tubería como uniforme y permanente, de tal modo que podamos contar con una distribución de velocidad constante, este flujo a su vez puede estar en diferentes regímenes y esto se determina mediante el número de Reynolds. 2. OBJETIVOS o o o o

Identificar el régimen al que está sometido un flujo mediante el Tanque de Reynolds. Calcular el caudal que pasa por el tanque de Reynolds, mediante el método volumétrico. Calcular el número de Reynolds del flujo e identificar en que régimen se encuentra. Graficar la distribución de velocidades para el comportamiento de un flujo laminar

3. METODOLOGIA PREPARACIÓN DEL ENSAYO      

Cierre el grifo de salida Abra la alimentación de agua. En el caso del Módulo básico, la bomba. Con cuidado, abra la válvula Coloque la válvula o el grifo de forma que el nivel de agua en el depósito de reserva se mantenga constante. Después de algún tiempo, el tramo de tubo de ensayo está completamente o Inundado Ahora se puede pasar a realizar el ensayo. Abra un poco el grifo de salida de forma que fluya un poco de agua hacia el tramo de tubo de ensayo. Se recomienda canalizar el agua de color utilizada hacia el sumidero.

EJECUCIÓN DEL ENSAYO     



Colocar tinta en el depósito. Abrir la válvula de agua. Abrir la válvula que controla el flujo del colorante. Medir el caudal haciendo uso del recipiente graduado. Seleccionando un volumen a llenar, en nuestro caso fue 20 ml inicialmente, pero luego fue cambiando, tomar el tiempo en que alcanza y anotar ambos valores en la tabla. Calcularla velocidad a partir de V= Q/A.

  

Calcular el número de Reynolds mediante la fórmula dicha en clase y anotar el resultado Clasificar el flujo (laminar, transición y turbulento) en función al número de Reynolds hallado y anotar el resultado Repetir el procedimiento variando cada vez la velocidad del flujo

4. MARCO TEORICO ¿Qué es un fluido? Es una sustancia que se deforma continuamente (fluye) cuando se aplica un esfuerzo de corte, sin importar cuan pequeño pueda ser el esfuerzo. Es decir que existe entre sus moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma, lo que ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales), de las formas físicas en las cuales existe la materia. Los fluidos son compresibles pues su volumen se reduce al ser comprimidos o presionados. Sin embargo son fluidos no compresibles los que soportan la fuerza de compresión del mismo modo que los cuerpos sólidos. Los líquidos sufren escasa deformación a la compresión, mientras que los gases son fluidos compresibles, estudiados por la termodinámica. Todos los fluidos son viscosos, pero los líquidos lo son más que los sólidos. Propiedades de un fluido - Densidad: Es la medida del grado de compactación de un material. Para un fluido homogéneo se define como la masa por unidad de volumen y depende de factores tales como su temperatura y la presión a la que está sometido. Sus unidades en el SI son: kg/m3. Los líquidos son ligeramente compresibles y su densidad varía poco con la temperatura o la presión. -Compresibilidad: En la mayoría de los casos, un líquido se podría considerar incompresible, pero cuando la presión cambia bruscamente, la compresibilidad se hace evidente e importante. Lo mismo ocurre si hay cambios importantes de temperatura. La compresibilidad se expresa mediante el módulo elástico de compresión. - Viscosidad: es una medida de la resistencia del fluido al corte cuando el fluido está en movimiento. Se le puede ver como una constante de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y el gradiente de velocidad. Sus unidades en el SI son: kg s/ m3. La viscosidad de un líquido decrece con el aumento de temperatura, pero en los gases crece con el aumento de temperatura. Esta diferencia es debido a las fuerzas de cohesión entre moléculas. Esta propiedad también depende de la presión. - Tensión superficial: Una molécula dentro del líquido es atraída en todas direcciones por otras moléculas mediante fuerzas cohesivas. Cuando un líquido está en contacto

con algún otro medio (aire, otro líquido, un sólido) se forma una superficie de contacto entre el líquido y el otro medio. Dentro del líquido, y lejos de su superficie de contacto, una molécula se encuentra en equilibrio: la suma de las fuerzas de atracción es cero. Sin embargo, en la superficie de contacto, la suma de estas fuerzas tiene como resultante una fuerza neta, perpendicular a la superficie y con sentido hacia el interior del líquido. Esta fuerza hacia el interior hace que la superficie de contacto se comporte como una membrana. Una de las consecuencias de la tensión superficial es la capilaridad. Fluidos viscosos En los flujos viscosos se distinguen dos tipos de Regímenes: Laminar y Turbulento. El carácter del flujo está dado por la rugosidad de las paredes, la viscosidad, velocidad y temperatura del flujo entre otros factores. Basándose en el análisis dimensional y analizando la relación entre las fuerzas de inercia y fuerzas viscosas que actúan en un fluido, Reynolds obtuvo el numero adimensional (Re) que permite identificar el régimen en que se encuentra el fluido. Para una tubería el Número de Reynolds es:

ℜ=

VD Fuerzas Inerciales = v Fuerzas Viscosas

 V : Velocidad media del flujo (m/s)  v = μ/ρ : Viscosidad cinemática del fluido (m2 /s)  D: Diámetro de la tubería (m), 0.01 m

Si:

R ≤ 2300 Flujo Laminar 2300 < R < 4200 Flujo en transición R ≥ 4200 Flujo Turbulento

5. INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS Aparato de Osborne Reynold: El Aparato de Reynolds como su mismo nombre lo dice es un aparato de montaje colocado en un banco autónomo el cual sirve de ayuda didáctica para nosotros, los alumnos, en temas relacionados al transporte de líquidos en conductos cerrados. En esta primera experiencia usamos este aparato para investigar el régimen que experimenta el fluido y los factores que afectan el mismo (Viscosidad, Velocidad y tamaño), y de qué forma lo afectan.

El equipo se compone básicamente de:  Placa base (13) con las conexiones necesarias para alimentación de agua (12) con componente de estrangulación (11) y conexión de desagüe (2).  Depósito de reserva de agua (9) con un terraplén de bola o esfera (4) para calmar el flujo.  Tramo de rebosadero (10) para generar un nivel de presión constante en el depósito de reserva.  Depósito de aluminio para tinta (8) con grifo de dosificación (7) y saliente de entrada de latón (6).  Tramo de tubo de ensayo (3) de plexiglás con pieza de entrada (5) optimizada para inundaciones.  Grifo de salida (1) para ajustar el caudal en el tramo de tubo de ensayo. Para visualizar el régimen de flujo se recomienda usar tinta azul, que se añade con cuidado al agua de entrada mediante el depósito de aluminio con saliente de

entrada. La alimentación de agua se puede obtener del Módulo básico para hidrodinámica. El caudal se mide con un depósito de calibración o con el tanque del módulo.

6. CALCULOS Y GRAFICOS 

Utilizaremos la ecuación de Reynolds:

ℜ=

V ×D v

Dato:

v=1× 10−6 

m s2

Así mismo, también vamos a usar la ecuación del caudal:

Q=

V A

Prueba 1:

V=

Q 2.059 x 10−6 m 3/s −2 = =2.622 x 10 m/s −5 A 7.854 x 10 m 2

ℜ=

V × D 2.622 x 10−2 x 0.01 = =262.2(laminar ) v 1 ×10−6

Prueba 2:

V=

Q 1.6 x 10−5 m 3/s = =0.204 m/s A 7.854 x 10−5 m 2

V × D 2.622 x 10−2 x 0.01 3 ℜ= = =2.04 x 10 (laminar ) −6 v 1 ×10

Prueba 3:

V=

Q 1.9 x 10−5 m 3/s = =0.242 m/s A 7.854 x 10−5 m 2

ℜ=

V × D 2.622 x 10−2 x 0.01 3 = =2.44 x 10 (Transición) −6 v 1 ×10

Prueba 4:

V=

Q 7.407 x 10−5 m 3/s −3 = =94.3 x 10 m/s −5 A 7.854 x 10 m 2

ℜ=

V × D 94.3 x 10−3 x 0.01 = =943(laminar) v 1 ×10−6

Prueba Vol(ml) N° 1 210

Vol(l)

t(s)

0.210

102

2

295

0.295

18

3

230

0.230

12

4

200

0.200

27

Q(l/s)

Q(m3/s)

2.059 x 10−32.059 x 10−6 0.016 1.6 x 10−5 0.019 1.9 x 10−5 7.407 x 10−37.407 x 10−5

A(m2)

7.854 x 10−5 7.854 x 10−5 7.854 x 10−5 7.854 x 10−5

V(m/s)

2.622 x 10−2 0.204

Re

262.2

 

Laminar Laminar

0.242

2.04 x 10 2.44 x 103

94.3 x 10−3

943

Laminar

3

7. CONCLUSIONES 

Flujo

Podemos identificar el régimen (laminar, transición y turbulento) presentes, por medio del tanque de Reynolds, a través de su volumen y tiempo necesario. A través del método volumétrico, hallamos los caudales que pasaron para cada prueba. Por medio de los datos extraídos del laboratorio y el uso de unas formulas, hallamos el valor de Reynolds, así mismo, a través de las gráficas en el manual, podemos clasificar según su régimen y clasificarlo.

8. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES  El factor error humano, en esta experiencia es dos veces lo normal debido a que se necesitó de dos personas, uno para estar al tanto de la salida del caudal y llenado del recipiente, y otro para medir el tiempo a través del cronometro.

Transición

 

No saber conversiones altera mucho en el resultado para obtener el régimen que se encuentra el fluido Se recomienda que todos los integrantes del grupo sepamos manejar de manera exitosa el Aparato de Osborne Reynold

Experiencia N°2: FUNDAMENTOS PARA LA MEDICIÓN DEL CAUDAL

1. INTRODUCCIÓN La selección eficaz de un medidor de caudal exige un conocimiento práctico de la tecnología del medidor, además de un profundo conocimiento del proceso y del fluido que se quiere medir. En esta experiencia utilizamos el rotámetro, que es un instrumento que sirve para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan en un salto de presión constante. Por consiguiente, este tipo de experimentos será útil para forjar nuestros conocimiento en el área de mecánica de fluidos y también si en nuestro camino se presenta un trabajo en base a este ensayo.

2. OBJETIVOS GENERAL 

Se sabe que existen diferentes métodos de cálculo del caudal, nosotros utilizaremos el realizado en clase, y comprobaremos la precisión del rotámetro verificando su eficacia.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Mediante los cálculos se visualizarán los resultados de la capacidad de precisión del rotámetro.

3. METODOLOGÍA Preparación del ensayo Para una medición comparativa se debe llenar con agua el depósito de medición B1 hasta que se pueda leer el nivel de agua en el indicador de nivel de llenado. A tal fin, proceder como sigue:   

Cerrar el grifo de bola V9 y abrir los grifos de cierre V1 y V7. Ajustar el grifo de tres vías V8 de tal modo que el agua fluya al depósito B2. Conectar la bomba.

    

Ajustar un caudal pequeño con la válvula de regulación de precisión V10. Poner el grifo de tres vías V8 en la posición para el llenado de B1 y llenar con agua el depósito hasta que justamente se pueda ver el nivel en la escala de nivel de llenado. Ajustar a continuación el grifo de tres vías V8 de tal modo que el agua fluya al depósito B2

Ejecución del ensayo       

Leer y apuntar el nivel de llenado inicial del depósito B1en la escala del depósito de nivel de llenado del nivel del depósito B1. Ajustar y apuntar el caudal a comprobar con la válvula de regulación de precisión V10 y el caudalímetroFI1 Iniciar entonces al mismo tiempo la medición de tiempo y poner el grifo de tres vías en la posición B1. Justo antes del final de la escala de nivel de llenado (70 cm) se debe volver a finalizar la medición de tiempo y poner el grifo de tres vías en la posición B2. Al final se debe leer y apuntar el nivel alcanzado y la diferencia de tiempo. En base a la diferencia de tiempo y el volumen que se ha llenado en este tiempo se calcula el flujo volumétrico formando el cociente

∆V =Q ∆Q

4. MARCO TEORICO Caudal Es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto por unidad de tiempo, se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

Presión Se define presión como el cociente entre la componente normal de la fuerza sobre una superficie y el área de dicha superficie.

p=

Fuerza Normal (Fn) Area o Superficie( A)

La unidad de medida recibe el nombre de pascal (Pa). La fuerza que ejerce un fluido en equilibrio sobre un cuerpo sumergido en cualquier punto es perpendicular a la superficie del cuerpo. La presión es una magnitud escalar y es una característica del punto del fluido en equilibrio, que dependerá únicamente de sus coordenadas como se puede observas en la imagen. En la figura, se muestran las fuerzas que ejerce un fluido en equilibrio sobre las paredes del recipiente y sobre un cuerpo sumergido. En todos los casos, la fuerza es perpendicular a la superficie, su magnitud y el punto de aplicación se calculan a partir la ecuación fundamental de la estática de fluidos.

Reflujo La palabra Reflujo hace referencia al proceso mediante el cual un fluido se devuelve o retorna a su punto de partida. En el argot médico este término se emplea con gran frecuencia ya que el reflujo implica una insuficiencia que hace que el contenido de una determinada cavidad o estructura

5. INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS 

ROTÁMETRO El rotámetro o también llamado flujómetros es un Instrumento que ayuda al cálculo del caudal, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Este instrumento se basa en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente, a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece prácticamente constante. (Ibarrola E. ,31 de Marzo del 2018).

VENTAJAS DEL USO DEL ROTÁMETRO  Es más económico para caudales menores y tuberías menores de 2 pulgadas de diámetro a diferencia de otros instrumentos.  La caída de presión es baja.  Instalación y mantenimiento simple DESVENTAJAS DEL USO DEL ROTÁMENTRO  Son de baja presión  Si las tuberías son de un diámetro mayor al de 2 pulgadas su precio se eleva.



BANCO DE TUBERÍAS Se denominan así al banco de uno o varios ductos o tuberías de hierro, aluminio o plástico, alojados.



CRONÓMETRO Es el instrumento que se utilizó para medir el tiempo en el que el fluido logró alcanzar una altura determinada.



AGUA La sustancia utilizada como líquido en el experimento

6. CÁLCULOS Y GRAFICOS



m 3 1000 l 1h l × × =0.58 3 h 3600 s s 1m

CAUDAL 1 =

2.1



CAUDAL 2 =

m 3 1000 l 1h l 1 × × =0.28 3 h 3600 s s 1m



CAUDAL 3 =

2



CAUDAL 4 =



CAUDAL 5 =

m 3 1000 l 1h l × × =0.56 3 h 3600 s s 1m 1000l 1h l 1.5 × × =0.42 3 3600 s s 1m 1000l 1h l 2.5 × × =0.69 3 3600 s s 1m

DATO: 1 cm=0 . 343 dm3

V 1=10 cm ×

0.343 dm3 3 =3.43 dm 1 cm

V 2=10 cm ×

0.343 dm3 3 =3.43 dm 1 cm

V 3=10 cm ×

0.343 dm 3 3 =3.43 dm 1 cm

V 4 =10 cm×

0.343 dm 3 3 =3.43 dm 1 cm

V 5=10 cm ×

0.343 dm 3 3 =3.43 dm 1 cm

DATO: 1 dm 3=1000 m3

V 1=10 cm ×

0.343 dm3 1000 −3 3 × =3.43 ×10 m 3 1 cm 1 dm

V 2=10 cm ×

0.343 dm3 1000 −3 3 × =3.43 ×10 m 3 1 cm 1dm

V 3=10 cm ×

0.343 dm 3 1000 −3 3 × =3.43 ×10 m 3 1 cm 1dm

V 4 =10 cm×

0.343 dm 3 1000 −3 3 × =3.43× 10 m 3 1 cm 1 dm

V 5=10 cm ×

0.343 dm 3 1000 −3 3 × =3.43 ×10 m 3 1 cm 1dm

CAUDAL CALCULADO

Q 1=

3.43 ×10−4 m3 m3 36000 m3 −4 −4 =4.9 ×10 × ; 4.9 ×10 × × =1.764 7 s s 1h h

Q 2=

3.43 ×10−4 m3 m3 36000 m3 −4 −4 =3.12× 10 × ; 3.12 ×10 × × =1.123 11 s s 1h h

Q 3=

3.43 ×10−4 m3 m3 36000 m3 −4 −4 =5.72× 10 × ; 5.72 ×10 × × =2.059 6 s s 1h h

Q4 =

3.43 × 10−4 m3 m 3 36000 m3 −4 −4 =3.81 ×10 × ; 3.81× 10 × × =1.372 9 s s 1h h

Q 5=

3.43 ×10−4 m3 m 3 36000 m3 −4 −4 =4.9 ×10 × ; 4.9 ×10 × × =1.764 7 s s 1h h

DESVIACIÓN

( 2.1−1.764 )× 100 %=16 % 2.1 ( 1−1.123 ) ×100 %=−12.3 % 1 ( 2−2.059 )× 100 %=2.95 % 2 ( 1.5−1.372 ) ×100 %=8.53 % 1.5 ( 2.5−1.764 ) ×100 %=29.44 % 2.5

RESUMEN

Prueb a Nro.

Rotámetro

Volumen acumulado

Q(m3/h) Q(l/s) h(cm) V(dm3) 2.1 0.58 10 3.43 1.0 0.28 10 3.43 2.0 0.56 10 3.43 1.5 0.42 10 3.43 2.5 0.69 10 3.43

1 2 3 4 5

Tiemp o (S)

V(m3)

Q calculado

m3/s −3

3.43 x 10 3.43 x 10−3 3.43 x 10−3 3.43 x 10−3 3.43 x 10−3

7 11 6 9 7

−4

4.9 x 10 3.12 x 10−4 5.72 x 10− 4 3.81 x 10−4 4.9 x 10−4

Desviació n (%)

m3/h 1.764 1.123 2.059 1.372 1.764

7. CONCLUSION 

Se concluye que cuando hay perdida de carga en el fluido, es debido a una disminución en la energía interna del fluido.



Se puede verificar que la energía de presión del fluido disminuye al pasar por una tubería. Por lo tanto, la fricción aumenta y la energía interna del fluido también lo hace.



La comprobación de la precisión de medida del rotámetro se verá afectada por la exactitud que posea el técnico al momento de calibrar el caudal solicitado por el estudiante, así como la claridad con la que este realice la lectura de la altura de la tubería.

8. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES  

La lectura de la tubería por parte de los alumnos debe ser precisa y rápida, ya que esta puede cambiar con el tiempo. Se puede observar una desviación negativa, lo cual implica que el caudal calculado es mayor que el dado por el rotámetro. Esto es algo inusual pero se puede observar que mientras el tiempo aumenta, a comparación de las otras pruebas, el caudal calculado disminuye. Esto se puede deber a una mala medición del tiempo por parte de los estudiantes.

16 -12.3 2.95 8.53 29.4

Experiencia N°3: MANOMETRIA 1. INTRODUCCION En la hidráulica de tuberías se manifiesta un gradiente de presiones en la dirección del flujo, como resultado de la resistencia viscosa, que actúa en oposición al movimiento del fluido. Una buena aproximación gráfica del gradiente de presiones en una tubería se obtiene mediante la colocación de tubos piezométricos o manómetros, separados entre sí por distancias conocidas; la circulación del flujo en el interior de los tubos permite medir la presión interna en cada sección en la forma de columna líquida o en unidades de presión; la diferencia de presiones entre dos piezómetros dividida entre la distancia que los separa, indica la caída de la presión en la forma de pendiente hidráulica, es por ello que continuación presentaremos detalladamente como medir caída de presión entre dos puntos de una tubería tomando en cuenta los conductos de diferente material y diámetro 2. OBJETIVOS En el laboratorio se desea determinar, la caída de presión entre dos puntos de una tubería tomando en cuenta los conductos de diferente material y diámetro que presenta el equipo experimental. OBJETIVO ESPECÍFICO

En el siguiente ensayo se identifica, comprende y cuantifica la diferencia de presión entre dos puntos y las causas que ocasionan. 3. METODOLOGIA El experimento se verificará en las 3 tuberías ubicadas en la parte superior del banco de tuberías

Características de las tuberías:



(A) Tubería de Cobre o de acero de 26 mm de diámetro.



(B) Tubería de Cobre o de acero de 16 mm de diámetro.



(C) Tubería de acero galvanizado de 16mm de diámetro interno.

Preparación del ensayo   

Conectar una manguera de medición a la 1ra cámara anular de medición del correspondiente trayecto de tubería. Conectar una segunda manguera de medición a la última cámara anular de medición del correspondiente trayecto de la tubería a experimentar. La purga de aire, la conexión, el ajuste de la línea cero y la medición con el manómetro.

Ejecución del ensayo      

Cerrar los grifos de cierre de V1 a V6. Abrir el grifo de cierre del trayecto de tubo a estudiar. Cerrar la válvula de regulación de precisión V10. Conectar la bomba. Abrir la válvula de regulación de precisión V10 lentamente un poco. Anotar los valores de indicación del panel de manómetros o del medidor de presión diferencial electrónico y caudalímetro.

Pasos a seguir: 1. Debemos encender la bomba del Banco de tuberías para iniciar los ensayos en cuanto se estabilice el caudal. 2. Calcular el caudal que pasa mediante el Rotámetro. En este caso nosotros le pedimos al técnico de laboratorio el caudal con el que queremos trabajar. 3. Medir las alturas de las presiones presentados en los puntos de toma de presión haciendo uso del Panel de piezómetros. 4. Calcular la diferencia de presión entre los puntos de toma de presión. 5. Determinar la perdida de energía o carga y el tipo de flujo en función al número de Reynolds. 6. Comparar los resultados y realizar las conclusiones respectivas.

4. MARCO TEORICO Presión A. Presión Hidrostática Una columna de un líquido de altura h, ejerce una presión en la parte más baja dada por la ecuación:

P= ρ× g × H En donde ges la aceleración de la gravedad. Esta es la llamada presión manométrica. La presión neta a la profundidad h es la suma de la presión Atmosférica y de la presión Manométrica, siendo esta la presión hidrostática Ph.  P= ρ× g × H+ Patm B. Presión Absoluta Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absolutos. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular muy pequeña.

C. Presión Atmosférica El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa(aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión(atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud. D. Presión Manométrica Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe. Si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro. Principio de Bernoulli

El fluido hidráulico en un sistema contiene energía en dos formas: energía cinética en virtud del peso y de la velocidad y energía potencial en forma de presión. Daniel Bernoulli, demostró que, en un sistema con flujos constantes, la energía es transformada cada vez que se modifica el área transversal del tubo. Este principio dice que la suma de energías potencial y cinética, en los varios puntos del sistema, es constante, si el flujo sea constante. Cuando el diámetro de un tubo se modifica, la velocidad también se modifica. El uso de un Venturi en el carburador de un automóvil es un ejemplo del principio de Bernoulli. En el pasaje de aire a través de la restricción la presión se disminuye. Esa reducción de presión permite que la gasolina fluya, se vaporice y se mezcle con el aire. Se muestra en la figura una tubería de distintas áreas, pero el mismo fluido, se conoce como Continuidad, es decir en cualquier punto el caudal es igual. 

Q=v × A



Q 1=Q 2

Desde este punto, se puede hallar:



1 1 P1 + ρV 12 + ρg h1=P 2+ ρ V 22+ ρg h2 2 2

Flujo de fluidos en tuberías

El estudio del flujo en sistemas de tuberías es una de las aplicaciones más comunes de la mecánica de fluidos, esto ya que en la mayoría de las actividades humanas se ha hecho común el uso de sistemas de tuberías. Por ejemplo, la distribución de agua y de gas en las viviendas, el flujo de refrigerante en neveras y sistemas de refrigeración, el flujo de aire por ductos de refrigeración, flujo de gasolina, aceite, y refrigerante en automóviles, flujo de aceite en los sistemas hidráulicos de maquinarias, el flujo de gas y petróleo en la industria petrolera, flujo de aire comprimido y otros fluidos que la mayoría de las industrias requieren para su funcionamiento, ya sean líquidos o gases. Perdida de carga Es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. La pérdida de carga que tiene lugar en una conducción representa la pérdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento

5. INTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS 

ROTÁMETRO

El rotámetro o también llamado flujómetro es un Instrumento que ayuda al cálculo del caudal, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Este instrumento se basa en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, cuya posición de equilibrio depende del caudal circulante que conduce simultáneamente, a un cambio en el área del orificio de pasaje del fluido, de tal modo que la diferencia de presiones que actúan sobre el elemento móvil permanece prácticamente constante. (Ibarrola E. ,31 de Marzo del 2018)

VENTAJAS ROTÁMETRO

DEL

USO

DEL

 Es más económico para caudales menores y tuberías menores de 2 pulgadas de diámetro a diferencia de otros instrumentos.  La caída de presión es baja.  Instalación y mantenimiento simple DESVENTAJAS DEL USO DEL ROTÁMENTRO  Son de baja presión  Si las tuberías son de un diámetro mayor al de 2 pulgadas su precio se eleva.



BANCO DE TUBERÍAS Se denominan así al banco de uno o varios ductos o tuberías de hierro, aluminio o plástico, alojados.



MEDIDOR DE PRESION

La lectura del medidor de presión indica la diferencia positiva o negativa de la presión medida en comparación con la presión atmosférica (presión relativa). La indicación de la presión se realiza mediante una aguja sobre una esfera dentro de un rango normalizado en un ángulo de 270 grados. Para proteger el medidor de presión contra elevadas presiones dinámicas o vibraciones se ofrecen manómetros con llenados de líquidos.  Medidor de presión con muelle tubular: La indicación con un medidor de presión con muelle tubular se efectúa mediante la flexión de un muelle, provocada por el aumento de presión. El movimiento de este terminal se

transmite a un mecanismo para mover una aguja de indicación. El rango de indicación se sitúa entre 0… 0,6 y 0… 7.000 bar con exactitudes entre 0,1 y 4,0%.

 Medidor de presión con membrana: La flexión de la membrana, provocada por su exposición a la presión del medio, es proporcional al valor de la presión. La membrana se sujeta entre dos bridas. El rango de presión se sitúa entre 0… 16 mbar y 0… 40 bar con exactitudes entre 0,6 y 2.5.

 Medidor de presión con cápsula: Las cápsulas consisten en dos membranas selladas en el borde a prueba de presión. La indicación de presión se realiza mediante la expansión de la cápsula, provocada por el

aumento de la presión. El rango de medidores de presión con cápsula se sitúa entre 0… und 2,5 mbar y 0… 0,6 bar con exactitudes entre 0,1 y 2,5.



AGUA La sustancia utilizada como líquido en el experimento

6. CÁLCULOS Y GRAFICOS



Usaremos la ecuación de Hazen-Williams para poder calcular la variación de presiones (pérdida de presión)

∆ p=( hi−hf ) × γ H 20 Dato:

γ H 20=9810



N m3

Así mismo, también vamos a usar la ecuación de Reynolds:

ℜ=

V ×D v

Dato:

v=1× 10−6

m s2

Tuberías 1-5:

Para el Caudal 2.5 (



m3 ) h

∆ p=( h1−h2 ) × γ H 20

∆ p=( 0.630−0.350 ) m ×9810 ∆ p=2746.8

N =2746.8 Pa m2

N m3



ℜ=

V ×D v m ×0.026 m s m2 1× 10−6 s

1.308 ℜ=

ℜ=34008

Para el Caudal 2.0 (



m3 ) h

∆ p=( h1−h2 ) × γ H 20

∆ p=( 0.145−0.195 ) m ×9810 ∆ p=−500.31 

ℜ=

N m3

N =−500.31 Pa m2

V ×D v

m ×0.026 m s m2 1× 10−6 s

1.046 ℜ=

ℜ=27196

Q(m3/h) 2.5

h1(mm) 630

h2(mm) 350

Tubería de cobre o acero di=26mm ∆ƿ(Pa) ∆ h1−5 (mm) A(m2) 2746.8 280 5.31

V(m/s) 1.308

Re 34008

1.046

27196

x 10−4 2.0

145

195

-500.31

-51

5.31

x 10−4

Tuberías 1-8: Para el Caudal 2.0(



m3 ) h

∆ p=( h1−h2 ) × γ H 20

∆ p=( 0.760−0.055 ) m ×9810 ∆ p=6916.05



ℜ=

N m3

N =6916.05 Pa m2

V ×D v

m ×0.016 m s m2 1× 10−6 s

2.763 ℜ=

ℜ=44208

Para el Caudal 2.2 (



m3 ) h

∆ p=( h1−h2 ) × γ H 20

∆ p=( 0.970−0.190 ) m ×9810

N m3

∆ p=7651.8



ℜ=

N =7651.8 Pa m2

V ×D v

m ×0.016 m s m2 1× 10−6 s

3.039 ℜ=

ℜ=34008

Q(m3/h) h1(mm) 760 970

2.0 2.2

Tubería con reducción y ampliación di=16mm h2(mm) ∆ƿ(Pa) ∆ h1−5 (mm) A(m2) V(m/s) −4 55 6916.05 705 2.763 2.0106 x 10 −4 190 7651.8 780 3.039 2.0106 x 10

Tuberías 1-8: Para el Caudal 1.6 (



m3 ) h

∆ p=( h1−h2 ) × γ H 20

∆ p=( 0.655−0.030 ) m ×9810 ∆ p=6131.25



ℜ=

N m3

N =6131.25 Pa m2

V ×D v

Re 44208 48624

m × 0.016 m s 2 −6 m 1 ×10 s

2.211 ℜ=

ℜ=35376

Para el Caudal 1.8 (



m3 ) h

∆ p=( h1−h2 ) × γ H 20

∆ p=( 0.830−0.085 ) m ×9810

N =7308.45 Pa m2

∆ p=7308.45



ℜ=

N m3

V ×D v

m × 0.016 m s m2 1 ×10−6 s

2.487 ℜ=

ℜ=39792

Q(m3/h) 1.6 1.8

h1(mm) 655 830

Tubería con cambio de dirección y flujo di=16mm h2(mm) ∆ƿ(Pa) A(m2) V(m/s) ∆ h1−8(mm) −4 30 6131.25 625 2.211 2.0106 x 10 −4 85 7308.45 745 2.487 2.0106 x 10

Re 35376 39792

7. CONCLUSIONES  Para cada tipo de tubería, según su diámetro, se realizaron dos pruebas a diferente caudal, hallando así la velocidad del flujo; por ende, podemos determinar el número de Reynolds, es decir, se puede determinar su comportamiento según su régimen.  De los tres experimentos realizados, podemos determinar que la que utiliza tubería de cobre nos da el menor valor de Reynolds, empleando uno de los mayores caudales, 2.5.  Si se utiliza una tubería con reducción y ampliación, con un diámetro de 16 mm. Se puede obtener, entre los tres experimentos realizados, un mayor número de Reynolds.

8. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES  La lectura del banco de tuberías por parte de los alumnos debe ser al instante, más pudimos notar que hubo cierta discontinuidad entre una y otra, lo que pudo generar una lectura diferente a la real.  Podemos observar que, en el experimento con tubería de cobre, tenemos una variación de alturas negativa, esto se puede deber a la mala lectura de los alumnos y a la diferencia de tiempo entre una lectura y la otra.

BIBLIOGRAFIA https://es.slideshare.net/karinagimenezabreu/presentacion-perdida-de-cargas-detuberias https://previa.uclm.es/area/ing_rural/Trans_hidr/Tema5.PDF https://es.slideshare.net/josedanielbm/flujo-de-fluidos-en-tuberas http://www.wikilengua.org/index.php/Terminesp:pendiente_hidr%C3%A1ulica https://www.slideshare.net/alucarddns/guia-tcnica-hidrulica https://es.slideshare.net/gerardo_mtz/introduccin-a-la-mecnica-de-fluidos http://diccionario.raing.es/es/lema/pendiente-hidr%C3%A1ulica http://wildwell.com/literature-on-demand/literature/training-tools/pressure-basics-andconcepts-esp.pdf https://es.scribd.com/document/359191247/N-3-Presion-y-manometria-2-pdf