DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS HORIZONTALES

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LABORATORIO No 1

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE PÉRDIDAS POR

FRICCIÓN EN TUBERÍAS HORIZONTALES

RUTH NABEL OTERO ROJAS

MARIA SOFIA SOLARTE MORENO

OSCAR FABIAN FRANCO PANTOJA

JAIME ANDRES GOMEZ CHAMORRO

JUAN CARLOS REVELO ZAMBRANO

134: HIDRÁULICA

UNIVERSIDAD DE NARIÑO

033: INGENIERÍA CIVIL

VI SEMESTRE

SAN JUAN DE PASTO

9 MARZO DE 2012

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LABORATORIO No 1

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE PÉRDIDAS POR

FRICCIÓN EN TUBERÍAS HORIZONTALES

RUTH NABEL OTERO ROJAS

MARIA SOFIA SOLARTE MORENO

OSCAR FABIAN FRANCO PANTOJA

JAIME ANDRES GOMEZ CHAMORRO

JUAN CARLOS REVELO ZAMBRANO

Presentado a:

Ing. HERNAN GOMEZ ZAMBRANO

134: HIDRÁULICA

UNIVERSIDAD DE NARIÑO

033: INGENIERÍA CIVIL

VI SEMESTRE

SAN JUAN DE PASTO

9 MARZO DE 2012

TABLA DE CONTENIDO

1.1 INTRODUCCIÓN4

1.2 OBJETIVOS4

1.3 FUNDAMENTO TEÓRICO4

1.4 DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN, APARATOS, ETC 8

1.4.1 Materiales8

1.4.2 Equipos e instrumentos9

1.5 DESARROLLO EXPERIMENTO10

1.6 PRESENTACIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS11

1.7 ANALISIS DE RESULTADOS16

1.8 CONCLUSIONES17

1.9 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA18

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.4.1 Tanque de carga en asbesto cemento..8

Figura 1.4.2 Recipiente para aforo volumétrico..9

Figura 1.4.3 Cronometro.9

Figura 1.4.4 Calibrador pie de rey.9

Figura 1.4.5 Cinta Métrica 10

Figura 1.4.6 Termómetro10

LISTA DE CUADROS

Cuadro 1.6.1 Registro de datos experimentales de las alturas piezométricas11

Cuadro 1.6.2 Reporte de datos para tiempos de aforo volumétrico 11

Cuadro 1.6.3 Reporte de resultados 15

Cuadro 1.6.3 Reporte de resultados. Continuación.15

1. INTRODUCCIÓN

Unos de los temas fundamentales en el estudio de la hidráulica consiste en el cálculo de las pérdidas de carga debido a la fricción, por ello es de suma importancia conocer los diferentes parámetros y así poder aplicar el concepto en el campo de la ingeniería.

Con este ítem se grafica la línea de energía que se obtiene de la sustracción de las perdidas y la línea piezometrica es la línea de energía sin las cabezas de velocidad, de esta manera podemos diseñar tuberías, canales y demás obras hidráulicas.

1. OBJETIVOS

1. Efectuar el aforo de caudal por el método volumétrico.

1. Determinar experimentalmente la pérdida de carga por fricción y compararla con el valor teórico.

1. Determinar experimentalmente el factor de fricción (fexp) de la fórmula de Darcy – Weiswach y compararlo con el valor teórico (ft).

1. Comparar el valor del factor de fricción experimental con los valores propuestos en la literatura.

1. Determinar experimentalmente el coeficiente de rugosidad de Hazen Williams.

1. Dibujar la línea de energía y la línea piezométrica.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

La pérdida de carga en una tubería o canal, 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.

Pérdida de carga en conducto rectilíneo

Si el flujo es uniforme, es decir que la sección es constante, y por lo tanto la velocidad también es constante, el principio de Bernoulli, entre dos puntos puede escribirse de la siguiente forma:

[pic 3]

Donde:

g = constante gravitatoria;

yi = altura geométrica en la dirección de la gravedad en la sección i=1 o 2;

P = presión a lo largo de la línea de corriente;

[pic 4] = densidad del fluido;

• = perdida de carga; [pic 5]; siendo L la distancia entre las secciones 1 y 2; y, J la variación en la presión manométrica por unidad de longitud o pendiente piezométrica, valor que se determina empíricamente para los diversos tipos de material, y es función del radio hidráulico y de la rugosidad de las paredes y de la velocidad media del agua.^[1]

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

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

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

Donde:

ρ: densidad del agua (kg/m3). Consultar tabla.

μ: viscosidad del agua (N�s/m2). Consultar tabla.

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

[pic 6]

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:

Abaco de Moody

[pic 7]

Las ecuaciones de Manning se suelen utilizar en canales. Para el caso de las tuberías son válidas cuando el canal es circular y está parcial o totalmente lleno, o cuando el diámetro de la tubería es muy grande. Uno de los inconvenientes de la fórmula es que sólo tiene en cuenta un coeficiente de rugosidad (n) obtenido empíricamente, y no las variaciones de viscosidad con la temperatura. La expresión es la siguiente:

h = 10,3 * n2 * (Q2/D5,33) * L

Donde:

h: pérdida de carga o de energía (m)

n: coeficiente de rugosidad (adimensional)

D: diámetro interno de la tubería (m)

Q: caudal (m3/s)

L: longitud de la tubería (m)

El cálculo del coeficiente de rugosidad "n" es complejo, ya que no existe un método exacto. Para el caso de tuberías se pueden consultar los valores de "n" en tablas publicadas. Algunos de esos valores se resumen en la siguiente tabla:

Coeficiente de Manning de materiales[pic 8]

 El método de Hazen-Williams es válido solamente para el agua que fluye en las temperaturas ordinarias (5 ºC - 25 ºC). La fórmula es sencilla y su cálculo es simple debido a que el coeficiente de rugosidad "C" no es función de la velocidad ni del diámetro de la tubería. Es útil en el cálculo de pérdidas de carga en tuberías para redes de distribución de diversos materiales, especialmente de fundición y acero:

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