Informe nº 4: “Pérdida de carga en tuberías y singularidades”

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Informe nº 4:
“Pérdida de carga en tuberías y singularidades”

Nombre:         Catalina Lobos Concha

Profesor:         José Román

Introducción

Durante el semestre que está finalizando, ha sido sumamente importante observar e indagar acerca del comportamiento de los fluidos, en cuanto a los tipos de flujos y caudales, a los medidores de flujo y el gasto del caudal. Todo lo anterior basándose, principalmente, en el cálculo del número de Reynolds en diversas condiciones y situaciones, como salidas de orificios, boquillas, cambios de material y sección transversal de la cañería, etcétera.

Los comportamientos de los fluidos tienden a ser un tema relevante estudiado a nivel mundial, puesto que el planeta Tierra, en su mayoría, está compuesto de flujos y caudales de líquidos, en especial agua.

En el siguiente informe se proporcionará, de manera minuciosa, toda información y resultado obtenido mediante la recolección de datos, cálculos matemáticas y, por supuesto, la experiencia en cuestión.

Marco teórico.

Definiciones útiles:

Coeficiente de rugosidad: Es un valor escalar sin dimensión que caracteriza la rugosidad del perímetro mojado, es decir las arrugas o pliegues existentes, y que se tiene en cuenta cuando se determina la resistencia al flujo.

Coeficiente de fricción: Es un valor escalar sin dimensión que describe la proporción de la fuerza de fricción entre dos cuerpos y de la que los junta. Además, la fricción, como fuerza, se origina por las imperfecciones de los objetos que mantienen contacto.

Singularidad: Se relaciona con el término singular, haciendo referencia a algo que existe en un número único y puede ser descripta como una cualidad que sirve para diferenciarse al resto de los semejantes. Por ejemplo, dentro de una tubería lisa las singularidades pueden ser válvulas, aumento o disminución de sección transversal, entre otras que producen pérdidas.

Formulas útiles:

1. Ecuación para determinar el Gradiente hidráulico :

Gh=Hf /L

Con,         Hf: Perdida de  carga entre dos secciones [m].

Hf: H1-H2 (dada por el manómetro)

L: Longitud total de la tubería [m].

1. Ecuación para determinar número de Reynolds:

Re = ( Dh * V ) / ʋ

Con,         Re: número de Reynolds [%].                
Dh: diámetro hidráulico de la tubería [m].        
V: velocidad lineal del flujo [m/s].                
Ʋ: viscosidad cinemática [/s].                [pic 2]

1. Ecuación para determinar el Caudal:

Q = Vol / t

Con,         Q: Caudal [m/s].                                
Vol: volumen del líquido extraído [].        
t: tiempo de demora [s].                        [pic 3]

1. Ecuación para determinar Velocidad media :

V = Q / A

Con,         V: Velocidad lineal del flujo [m/s].                
Q: Caudal [m/s].                                
A: Área de la sección transversal []        [pic 4]

1. Factor o coeficiente de fricción:

[pic 5]

Con,         f: coeficiente de fricción.                                
Hf: Pérdida de carga entre dos secciones [m].        
L: Longitud total de la tubería [m].                        
g: aceleración de gravedad [m/]                        
V: Velocidad lineal del flujo [m/s].                        [pic 6]

Nota: Se considerará, a lo largo del informe, aceleración de gravedad (g) como 9,8 [m/] y pí como 3,14.[pic 7]

Objetivos de la experiencia

Objetivo general:

• Realizar y llevar a cabo un completo estudio experimental de pérdidas de carga, con la intención de obtener relaciones entre las variables existentes en el flujo presente en las tuberías. Además de comparar dichas variables con las teóricas, las cuales nacen  a partir de relaciones empíricas.

Objetivos principales:

• Evaluar las pérdidas por efectos de fricción producidas en el sistema de tuberías tanto para flujo laminar, de transición y turbulento.
• Investigar acerca de la influencia del material, el diámetro y la posición de las tuberías en cuando a las pérdidas de carga.
• Para los mismos flujos laminar, de transición y turbulento, investigar relaciones presentes entre:

• Gradiente hidráulico y velocidad.
• Coeficiente de fricción y número de Reynolds.

• Realizar una comparación gráfica entre los valores teóricos y experimentales de las variables anteriormente mencionadas.

Desarrollo

Materiales utilizados dentro del sistema:

• Estanque de abastecimiento superior e inferior con agua recirculando, mediante las tuberías, en su interior.
• Bomba de agua.
• Cañerías de cobre y de PVC.
• Manómetro diferencial.
• Cinta métrica.
• Termómetro digital.
• Cubeta graduada.
• Cronómetro.

Esquema de la experiencia:

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Procedimiento experimental (Los pasos a seguir son):

1. Luego del reconocimiento de los materiales y herramientas a utilizar, se debió, además de medir la temperatura ambiente del fluido agua, asegurar que todas las válvulas del manómetro diferencial fueran abiertas, la motobomba estuviera activada. Luego de esto, se debió probar que el sistema de rebalse funcionara a la perfección, cerrar las válvulas del manómetro para obtener la altura de carga constante y eliminar totalmente el aire contenido en las mangueras y manómetro mismo.

Éste paso proporciona la temperatura ambiente del agua, el material, diámetro externo o interno y longitud de cada tubería:

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