• Author / Uploaded
• Jesús Gk

• Categories
• Numero Reynolds
• Tubería (transporte de fluidos)
• Medición
• Fricción
• Descarga (hidrología)

Citation preview

                                                                                                                                                                                                                               

 

       

Laboratorio de Hidráulica

     

Practica Numero 10 y 11

   

 

           

 

     

Catedrático: Ing. José Santos García

 

 

Alumnos: César Iván Ceballos Chaparro 244671 Héctor Eduardo Ceniceros Uribe 244687 Alberto Fontes Juárez 239727 Fernando Perez Mena

 

Grupo: 5CV2

 

   

Fecha: 11 de noviembre del 2012

PRÁCTICA # 10 “NÚMERO DE REYNOLDS Y RESISTENCIA AL FLUJO EN TUBOS” OBJETIVO Calcular el número de Reynolds en función al caudal de entrada en un tramo de tubería recta e identificar la influencia e importancia de las distintas variables en su cálculo. Calcular el coeficiente de fricción y estimar la pérdida de energía por fricción para distintos caudales. ANTECEDENTES TEÓRICOS En la aplicación de la ecuación de energía o de Bernoulli, es necesario el cálculo de las pérdidas de energía debidas a la fricción para problemas de gran longitud, donde éste término cobra importancia.

Para estudiar el problema de la resistencia al flujo es necesario retomar la clasificación de los flujos en laminar o turbulento. Osborne Reynolds (1883) fue el primero en proponer un criterio para distinguir ambos tipos de flujo por medio de un número adimensional.

Como ya se dijo, la aplicación más importante de Re es en la determinación de las pérdidas de energía en la ecuación de la energía o de Bernoulli.

Donde el término de pérdida de energía debida a la fricción en el tubo se determina por:

Si amplificamos la superficie de la pared de un conducto, observaríamos que está formada por irregularidades o asperezas aleatorias. Todas estas imperfecciones en las paredes del conducto se expresan por medio del término rugosidad absoluta ε. A la relación que guarda la rugosidad absoluta con el diámetro del tubo se le conoce como rugosidad relativa ε/d. Un tubo liso teóricamente es aquel en el que no existen imperfecciones en su superficie (su rugosidad es nula). El cálculo del coeficiente f depende del estado de flujo y se puede obtener mediante formulas o diagramas:

PRACTICA #11 “CÁLCULO DE PÉRDIDAS MENORES” OBJETIVOS Calcular la magnitud de la pérdida de energía para un flujo laminar o turbulento en accesorios conectados a los tramos de medición (codos, reducciones, ampliaciones, válvulas) y comparar los valores obtenidos con los proporcionados en la bibliografía. ANTECEDENTES TEÓRICOS Las tuberías de conducción que se utilizan en la práctica están compuestas generalmente, por tramos rectos y curvos para ajustarse a los accidentes topográficos del terreno, así como a los cambios que se presentan en la geometría de la sección y de los distintos dispositivos para el control de las descargas.

Diagrama

Conclusión En la realización de esta practica se genero un flujo dentro de una red de agua, se abrieron y cerraron válvulas de forma en que la red adquiriera la trayectoria indicada en clase. Posteriormente se midieron las presiones en los diferentes puntos de la red, esto con la ayuda de un manometro. Asi mismo se midio la temperatura del agua,con un termómetro. De igual manera se genero un segundo flujo dentro de la red. Pero en este caso en forma de zig-zag. Cabe mencionar que en los dos flujos generados se realizo unn aforo mediante la ayuda de un medidor instalado en la red y un cronometro. Dentro de la practica se pudo observar que el gasto era el mismo a lo largo de la red. Asi mismo fue posible apreciar que en algunos tramos de la red los manometros presentaban las mismas lecturas, y en algunos casos los manometros presentaron osilacion. Esto debe a que las perdidas por friccion son demasiado pequeñas, es decir casi no se persiben , por eso considero que fue la causa la cual nos provoco que las lecturas fueran casi iguales. Debido a esta practica puede conocer las perdidas por friccion que genera una red de tubería asi como las perdidas generadas por los distintos accesorios. Dentro de las perdidas por friccion puede observar que el material con el que esta hecho de cobre. la tubería es esencial en el calculo de las peridas por fricción, debido a que es muy diferente la rugosidad genera por un tubo de pvc al que genera un tubo de cobre. Asi mismo puede observar que entre menor sea el diámetro de una tubería, este va a generar mayores velocidades por lo tanto genera mayores perdidas. Esto fue posible apreciarlo en los tramos donde la tubería era de media pulgada los valores de perdida en esos tramos fueron los mas altos. De igual manera puede apreciar que las perdidas por friccion aumentan en tramos con mayor distancia. En cuanto a las perdidas por accesorios, al igual que las perdidas por friccion, se generan con mayor magnitud en tramos donde la tubería era de menor diámetro. Cabe mencionar que en algunos tramos las perdida eran demasiado pequeñas a tal grado que era posible despreciarlas. Comparando los resultados obtenidos calculando las perdidas por friccion y accesorios, encontramos que hubo una diferencia de un metro columna de agua en el primer tramo y de 0.474041m en el segundo tramo a comparación de la ultima lectura del manometro de cada tramo.

En el casso del tramo uno falto ser mas precisos al momento de tomar las distancias y tal vez incluir mas piezas como las juntas de pvc, que también provocan perdidas.en cuanto el tramo de zig-zag para mejorar estos resultados es recomendable ser presisos al momento de tomar las distancias ya que estas influyen directamente en las perdidas por friccion.

PRACTICA # 11 “CÁLCULO DE PÉRDIDAS MENORES” OBJETIVOS Calcular la magnitud de la pérdida de energía para un flujo laminar o turbulento en accesorios conectados a los tramos de medición (codos, reducciones, ampliaciones, válvulas) y comparar los valores obtenidos con los proporcionados en la bibliografía. ANTECEDENTES TEÓRICOS Las tuberías de conducción que se utilizan en la práctica están compuestas, generalmente, por tramos rectos y curvos para ajustarse a los accidentes topográficos del terreno, así como a los cambios que se presentan en la geometría de la sección y de los distintos dispositivos para el control de las descargas (válvulas y compuertas).

Estos cambios originan pérdidas de energía, energía, distintas a las de fricción, localizadas en el sitio mismo del cambio de geometría o de la alteración del flujo. Tal tipo de perdida trae como resultado una disminución de presión entre dos puntos del sistema de flujo y se conoce como perdida local o menor. Su magnitud se expresa como una fracción de la carga de velocidad, inmediatamente agua abajo del sitio donde se produjo la perdida; la formula general de perdida local es:

Los valores experimentales de pérdidas de energía generalmente se reportan en términos de un coeficiente de resistencia, K. Las pruebas han mostrado que el valor del coeficiente K depende tanto de la porción de los tamaños de los dos conductos como de la magnitud de la velocidad del fluido, ya sea para una dilatación súbita o una contracción súbita.

Las perdidas locales o menores tienen lugar debido a distintas perturbaciones del flujo y las magnitudes de dichas pérdidas se calculan mediante datos experimentales (formulas y graficas). Ejemplos de tipos de pérdidas locales y una breve descripción: 1) Perdidas por entrada: A la entrada de las tuberías se produce una perdida por el efecto de contracción que sufre la vena liquida y la formación de zonas de separación, el coeficiente K, depende, principalmente, de la brusquedad de la contracción del chorro. 2) Perdidas por rejilla: Con objeto de impedir la entrada de cuerpos sólidos a las tuberías, suelen utilizarse estructuras de rejillas formadas de barras verticales, regularmente espaciadas; dichas rejillas obstaculizan el flujo y producen una pérdida de energía. 3) Perdida por ampliación: Esta se origina al producirse una ampliación de la sección transversal del tubo. El coeficiente K depende de la brusquedad de la ampliación. 4) Perdida por reducción: En este caso se produce un fenómeno de contracción semejante al de entrada a la tubería, el cual también conviene que sea gradual. 5) Perdida por cambio de dirección: Si se visualiza el flujo en un cambio de dirección, se observa que los filetes tienden a conservar su movimiento rectilíneo en razón de su inercia. Esto modifica la distribución de velocidades y produce zonas de separación en el lado interior y aumentos de presión en el exterior. 6) Perdida por válvulas: Varían de acuerdo con el tipo y, para distintas posiciones, deben ser proporcionadas por el fabricante. 7) Perdida por salida. 8) Perdida por bifurcación: Depende del ángulo que forma la tubería secundaria con la maestra, de la relación entre los diámetros de la tubería y de la dirección de la corriente.

EQUIPO 1. Tablero de pérdidas menores GUNT. 2. Mangueras de conexión rápida 3. Piezómetros.

PROCEDIMIENTO 1. Siga las instrucciones de uso del tablero de acuerdo al dispositivo de medición. 2. Se establece un flujo permanente en el tramo de medición (tramo 4 y 5). 3. Se establece un caudal de entrada constante y se obtiene la geometría de cada accesorio (analizar 5 accesorios). 4. Se mide la diferencia de presión (o de alturas de presión) en cada accesorio (codo, válvula, reducción, etc.) para el caudal dado. 5. Se repiten todos los pasos con tres valores de caudal diferentes. CÁLCULOS Y RESULTADOS 1. Se calcula la velocidad del agua en cada tramo de tubería antes y después de cada accesorio. 2. Se calcula el coeficiente de pérdida K para cada accesorio. 3. Compare los valores de K obtenidos para cada accesorio. ¿Qué valor de K será representativo para cualquier valor de caudal? 4. Graficar las líneas de energía y cota piezométrica a lo largo de la tubería.

DIAGRAMA CAMINO EQUIPO 4

Temperatura = 20°C V = 1.004x10-6 m2/s D = Punto AB,BC,CD = 3” = 0.0762m D = Punto DE = 2” = 0.0508m D = Punto EF, HI, IJ = 1” = 0.0254m D = Punto FG, GH = ½” =0.0127m t = 5 min. = 300seg.

PERDIDAS POR FRICCION

Q=

!"# !

!.!!"#!!

=

!""!"#

= 3.16x10-5 m3/seg

Q=AV Q=Q A 3” = 4.56x10-3 m2 A 2” = 2.02x10-3 m2 A 1” = 5.06x10-4 m2 A ½” = 1.26x10-4 m2 Vel 3”= Q/A = 0.0069 m/seg Vel 2” = 0.01m/seg Vel 1” 0.06m/seg Vel ½” 0.25m/seg

Re =

!∗  !"# !"#$

TRAMO AB (FLUJO LAMINAR) Re =

! !

!.!"#$  (!.!!"# ) !.!!"!!"!!  !!/!

= 523.68

F=  64/Re  =  0.122     hf  =  f  

! !´"

! !!

 =  3.10x10-­‐6  m  

  TRAMO  BC  (FLUJO  LAMINAR)     Re  =  523.68     F = 0.122     hf  =  1.32x10-­‐6  m    

Vol 3” = 0.0095 m3

TRAMO  CD  (FLUJO  LAMINAR)     Re  =  523.68     F = 0.122 hf  =  3.69x10-­‐6  m       TRAMO  DE  (FLUJO  LAMINAR)     Re  =  505.97     F = 64/Re  =  0.126     hf  =  1.18x10-­‐5  m     TRAMO  EF  (FLUJO  LAMINAR)     Re  =  1517       F = 64/1517  =  0.042     hf  =  1.88x10-­‐4  m     TRAMO  FG  (FLUJO  TURBULENTO)       Re  =  3162     !.!"#$ F = =3.16x10-­‐8   !"´"   Fcorregido = 3.25x10-­8 hf  =  6.92x10-­‐9  m     TRAMO  GH  (FLUJO  TURBULENTO)     Re  =  3162     F = 3.16x10-­8 Fcorregido  =  3.25x10-­‐8     hf  =  6.44x10-­‐9  m        

TRAMO  HI  (FLUJO  TURBULENTO)     Re  =  1517     F = 0.042     hf  =  1.57x10-­‐4  m   TRAMO  IJ   Re  =  1517   F = 0.042   hf  =  2.94x10-­‐4  m      

PERDIDAS POR ACCESORIOS Tee  PVC  3”  =  K=  1.20  

 

!"#""

 

 

hf=  𝑘

 

 

hf  =  1.21x-­‐7m  

Reduccion  PVC  3  a  2”  =  K  =  0.32    

 

hf  =  1.63x10-­‐6m  

Cruz  2”  K=  0.25    

Valvula  PVC  3”  =  K  =  0.05  

!!

 =  2.91x10-­‐6m  

 

 

 

hf=  1.27x10-­‐6m.  

Reduccion  2  a  1”  =  0.42    

 

 

hf  =  7.70x10-­‐5m  

Reduccion  Cu  =  1  a  ½”  =  0.42  

 

 

hf  =  1.33x10-­‐3m  

Ampliacion  ½  a  1”  =  K=  0.72  

 

 

hf  =  0.0190m  

Tee  Cu  1”  =  K=  0.2  

 

 

 

hf  =  3.66x10-­‐5m  

Codo  Cu  1”  =  K  =  0.3  

 

 

 

hf=  5.50x10-­‐3  m  

  HTOTAL  AB  =1.9x10-­‐7  m   HTOTAL  BC=1.199x10-­‐6  m   HTOTAL  CD=  2.06x10-­‐6  m   HTOTAL  DE=1.053x10-­‐5  m   HTOTAL  EF=  1.11x10-­‐4  m  

HTOTALFG  =-­‐1.32x10-­‐3  m   HTOTAL  GH=  -­‐0.018  m   HTOTAL  HI=  1.204x10-­‐4  m   HTOTAL  IJ=5.206x10-­‐3  m  

Evidencia