Practica Fluidos Perdidas Tuberias

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. A continuación se resumen las principales fórmulas empíricas empleadas en el cálculo de la pérdida de carga que tiene lugar en tuberías:

Darcy-Weisbach (1875)

Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach. Sin embargo por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" de fricción ha caído en desuso. Aún así, se puede utilizar para el cálculo de la pérdida de carga en tuberías de fundición. La fórmula original es:

h = f *(L / D) * (v2 / 2g)

En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma:

h = 0,0826 * f * (Q2/D5) * L

En donde:

h: pérdida de carga o de energía (m)

f: coeficiente de fricción (adimensional)

L: longitud de la tubería (m)

D: diámetro interno de la tubería (m)

v: velocidad media (m/s)

g: aceleración de la gravedad (m/s2)

Q: caudal (m3/s)

El coeficiente de fricción f es función del número de Reynolds (Re) y del coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (εr):

f = f (Re, εr); Re = D * v * ρ / μ; εr = ε / D

ρ: densidad del agua (kg/m3).

μ: viscosidad del agua (N�s/m2).

ε: rugosidad absoluta de la tubería (m)

En la siguiente tabla se muestran algunos valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:

RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES

Material ε (mm) Material ε (mm)

Plástico (PE, PVC) 0,0015 Fundición asfaltada 0,06-0,18

Poliéster reforzado con fibra de vidrio 0,01 Fundición 0,12-0,60

Tubos estirados de acero 0,0024 Acero comercial y soldado 0,03-0,09

Tubos de latón o cobre 0,0015 Hierro forjado 0,03-0,09

Fundición revestida de cemento 0,0024 Hierro galvanizado 0,06-0,24

Fundición con revestimiento bituminoso 0,0024 Madera 0,18-0,90

Fundición centrifugada 0,003 Hormigón 0,3-3,0

Para el cálculo de "f" existen múltiples ecuaciones, a continuación se exponen las más importantes para el cálculo de tuberías:

Blasius (1911). Propone una expresión en la que "f" viene dado en función del Reynolds, válida para tubos lisos, en los que εr no afecta al flujo al tapar la subcapa laminar las irregularidades. Válida hasta Re < 100000:

f = 0,3164 * Re-0,25

Prandtl y Von-Karman (1930). Amplían el rango de validez de la fórmula de Blasius para tubos lisos:

1 / √f = - 2 log (2,51 / Re√f )

Nikuradse (1933) propone una ecuación válida para tuberías rugosas:

1 / √f = - 2 log (ε / 3,71 D)

Colebrook-White (1939) agrupan las dos expresiones anteriores en una sola, que es además válida para todo tipo de flujos y rugosidades. Es la más exacta y universal, pero el problema radica en su complejidad y en que requiere de iteraciones:

1 / √f = - 2 log [(ε / 3,71 D) + (2,51 / Re√f )]

Moody (1944) consiguió representar la expresión de Colebrook-White en un ábaco de fácil manejo para calcular "f" en función del número de Reynolds (Re) y actuando la rugosidad relativa (εr) como parámetro diferenciador de las curvas:

Objetivo

Hacer que el alumno observe las perdidas en tuberías lisas, rugosas y accesorios.

Material

Cronómetro

Banco de Pérdidas

Bernier

Desarrollo

Actividad 1.

Se tomo nota de la medición del diámetro de las tuberías.

En las tubería en la que se va a llevar a cabo el proceso la válvula se abrirá completamente y se verificara que no haya aire entre los tubos para una medición mas exacta.

Se hará la medición de el tiempo en llenarse por lo menos 40[l] de agua y la diferencia de altura de las columnas de mercurio.

Se repetirá esto con la tubería lisa y la tubería rugosa para identificar cual tiene mas perdidas.

Este proceso se realizara 5 veces con diferentes aperturas de la válvula.

Actividad 2.

Para esta actividad de perdidas en accesorios vamos a hacer las mediciones de gasto másico entonces requeriremos de la medición del tiempo y la diferencia de alturas de las columnas de mercurio.

Se llevera acabo los mismo procedimientos que la actividad exepto para la tubería de confluencia o Y. En donde usaremos la diferencia de alturas de las dos secciones.

Ecuaciones a Utilizar

Actividad 1 y 2

Qr=V/t [(m^3)/s]

eQ= (Qr-Qm)/Qr*100 [((m^3)/s-(m^3)/s)/((m^3)/s)]=> [(m^3)/s]

Vr=Qr/A [((m^3)/s)/(m^2)→m/s]

Re=(ρagua*Vr*Diámetro orificio)/µ [(Kg/m^3 *m/s*m^2)/(Kg/ms)] =>adimensional

Hpérdidas= f L/D*V^2/(2*g) [m]

Hpérdidas= k*V^2/(2*g) [m]

Hexperimental= k*〖Vr〗^2/(2*g) [m]

Kexperimental=Hexperimental/Hv[m/m]=> adimensional

Ε=(Dtl-Dtr)/2 [m-m]=> [m]

Hv=V^2/(2*g) [m]

Cálculos resultados y observaciones

Actividad 1

Apertura de Valvula Volumen [l] Tiempo [s] Gasto Real [m^3/s] Veocidad Real [m/s] Caida de Presion

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