PÉRDIDAS DE ENERGÍA POR FRICCIÓN PARA LOS REGÍMENES DE FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO

PÉRDIDAS DE ENERGÍA POR FRICCIÓN PARA LOS REGÍMENES DE FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO

Alumno: Rogelio Boissard Becerra

e-mail: rboissardb@ucentral.edu.co

Código: 79362622

Alumno: Carmen Victoria Quintero P

e-mail: cquinterop1@ucentral.edu.co

Código: 1014202475

RESUMEN: El siguiente protocolo presenta la secuencia procedimental de una sencilla experiencia de laboratorio que permite visualizar y verificar la generación de pérdidas de energía por fricción en conductos circulares bajo condiciones de flujo presurizado para los regímenes laminar y turbulento. Así mismo se establecen los parámetros y condiciones que permiten determinar para cada régimen la relación existente entre las pérdidas de energía por fricción y el número de Reynolds, el caudal y la velocidad de flujo, el factor de fricción “f” de la ecuación de Colebrook-White. Finalmente, los datos obtenidos permitirán generar gráficas y desarrollar análisis acerca de los factores que determinan las pérdidas por fricción y el contraste de los resultados obtenidos con los reportados en la literatura.

PALABRAS CLAVE: Ecuación de energía Pérdidas de energía, Darcy-Weisbach, Hagen-Poiseuville, Colebrook-White.

1. OBJETIVO

Determinar las pérdidas de energía por fricción a partir de los datos obtenidos de la experiencia de laboratorio y la aplicación de la ecuación de energía para regímenes de flujo laminar y turbulento.

Establecer a partir de la experiencia de laboratorio los parámetros hidráulicos que se determinan las perdidas energías por fricción tales como el caudal, la velocidad, el factor de fricción y el número de Reynolds.

Determinar el valor de los factores de fricción “f” y de coeficiente de rugosidad asociados a cada una de las condiciones de flujo estudiadas.

Analizar, explicar y establecer con ayuda de gráficas y cálculos las relaciones existentes entre las pérdidas de energía por fricción y caudal, la velocidad, el factor de fricción y el número de Reynolds para las condiciones de régimen de flujo laminar y turbulento; todo ello, a partir de los datos y resultados obtenidos de la experiencia de laboratorio.

1. LECTURA Y ESTUDIO

GILES. V.RANALD. Mecánica de los fluidos e hidráulica. 1994.McGraw Hill. España. 420 Pg.

STREETER. L.VICTOR. Mecánica de Fluidos. 2000.

McGraw Hill. Colombia. 740 Pg.

ÇENGEL, Y. A. y CIMBALA J. M., Mecánica de

fluidos, fundamentos y aplicaciones, McGraw-Hill Book Company, México 2006, Pág. 347-353

POTTER, M.C y WIGGERT D.C., Mecánica de fluidos, 3a. Ed, Thomson, México 2002, Pág. 55-57

STREETER. L. ROBERT. Elementary fluid mechanics. 1996.Jhon Wiley & Sons, Inc. Unites States. 757 Pg.

1. INSTRUMENTOS Y COMPONENTES

Para el desarrollo de la práctica se deben utilizar los siguientes elementos:

• Equipo FEM-07: Perdida de carga en tubería. Banco hidráulico Edibon FME-00 Cronómetro.
• Termómetro.
• Recipientes volumétricos.

1. EXPERIMENTO

Ubicado el equipo en el Banco hidráulico FME-00, conecte la manguera de alimentación, la manguera de desagüe-rebosadero al tanque de alimentación y la manguera de desagüe al tanque del banco hidráulico.

En la parte superior, se encuentra el depósito de altura constante para flujo libre.

En la parte frontal se encuentran los manómetros de agua (mmH2O) y Bourdon (Bar) y sus respectivas válvulas de control.

En la parte frontal inferior la válvula de control de caudal.

En la parte posterior se visualiza el sistema de tubería de prueba metálica (Фinterno = 4 mm) y accesorios. El tramo de prueba tiene 500 mm de longitud.

En la parte lateral se encuentran las válvulas de control del régimen a evaluar.

1. Régimen laminar.

Una vez realizado el montaje procedemos a realizar la experiencia:

1. Verificar que el sistema no tenga presencia de aire que pueda alterar los datos.

1. Con el sistema en régimen laminar, iniciar con la toma de los caudales desde el punto de mayor apertura de la válvula de control de caudal hasta el punto de cierre.

1. Leer la presión en los manómetros de agua.

1. Consignar y calcular los siguientes datos:

1. A partir de la aplicación de los principios de conservación de la masa (ecuación de continuidad), de la energía determine la velocidad del flujo (V1), el número de Reynolds (Re1) y las pérdidas de energía por fricción presentadas en el sistema (Hf).[pic 2]

1. A partir de la aplicación de las ecuaciones que gobiernan las condiciones de flujo laminar en conductos circulares (Ecuaciones de Darcy- Weisbach; Hagen Poiseuille) y las pérdidas de energía por fricción presentadas en el sistema (Hf2).

1. Elabore una gráfica en donde se compare el valor de las perdidas obtenidos a nivel experimental y el valor de las perdidas dado por las ecuaciones de Hagen-Poiseuiville y Darcy-Weisbach con respecto al número de Reynolds. Analice esta gráfica y anéxela con este informe.

[pic 3]

1. Régimen turbulento

1. Las válvulas laterales se deben cambiar a régimen turbulento.

1. Cambiar las válvulas frontales a los manómetros Bordón.

1. Verificar que el sistema no tenga presencia de aire que pueda alterar los datos.

1. Con el sistema en régimen turbulento, iniciar con la toma de los caudales desde el punto de mayor apertura de la válvula de control de caudal hasta el punto de cierre.

1. Leer la presión en los manómetros Bourdon.

1. Calcular y consignar los datos en la siguiente tabla:

1. Identifique y caracterice cualitativamente el material del conducto metálico circular de Ф interno=4 mm a través del cual se realiza el ensayo de pérdida de energía por fricción y determine a partir de ello la rugosidad absoluta de la pared interna del mismo (ε= 0,0024mm).
2. A partir de la aplicación de los principios de conservación de la masa (ecuación de continuidad), de conservación de la energía) determine la velocidad del flujo (V1), el número de Reynolds (Re1) y las pérdidas de energía por fricción presentadas en el sistema (Hf1).

1. A partir de los resultados obtenidos del punto 8 y con la aplicación de la ecuación de Colebrook-White y el diagrama de Moody determine el factor de fricción y calcule las pérdidas hidráulicas Hf2.

8.  Elabore una gráfica en donde se compare el valor   de las perdidas obtenidos a nivel experimental, el valor de las pérdidas dado por las ecuaciones de Colebrook-White, y el valor dado por la utilización del diagrama de Moody en función del número de Reynolds. Analice esta gráfica y anéxela con este informe.

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