LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE SISTEMAS A PRESIÓN PERDIDAS POR FRICCION Y PERDIDAS LOCALIZADAS

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE SISTEMAS A PRESIÓN

PERDIDAS POR FRICCION Y PERDIDAS LOCALIZADAS

[pic 1]

LAURA VIVIANA HERNÁNDEZ CUADROS

DIEGO CAMILO ÁVILA MENDOZA

MAYRA ALEJANDRA CALDERÓN MENDOZA

SEBASTIAN MÉNDEZ MONTENEGRO

MIGUEL ÁNGEL COLORADO GONZÁLEZ

GRUPO 505+

ING. JORGE ALEJANDRO GÓMEZ MARTÍNEZ

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA JULIO GARAVITO

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C., 10 DE MAYO DE 2018

TABLA DE CONTENIDO

Contenido

INTRODUCCIÓN        3

OBJETIVOS        4

OBJETIVO GENERAL        4

OBJETIVOS ESPECIFICOS        4

MARCO TEÓRICO        5

MONTAJE EXPERIMENTAL        7

EQUIPOS E INSTRUMENTOS        8

PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA        9

Práctica 1        9

Práctica 2        9

DATOS OBTENIDOS        10

Práctica 1        10

Práctica 2        10

ANÁLISIS DE RESULTADOS        11

Práctica 1        11

Práctica 2        14

CONCLUSIONES        17

BIBLIOGRAFÍA        18

INTRODUCCIÓN

En las tuberías que transportan flujos a presión, cualquier elemento o dispositivo que modifique las condiciones regulares del flujo, que cambie la dirección de las líneas de corriente o altere la velocidad o su distribución, origina una pérdida de energía, llamada comúnmente pérdida localizada porque se desarrolla en un tramo relativamente corto de la tubería, comparado con la longitud total del sistema. Dichas pérdidas son llamadas menores porque pueden despreciarse con frecuencia, particularmente en tuberías donde las pérdidas por fricción sean altas en comparación con las locales. Sin embargo, en tuberías cortas y con considerable número de accesorios, el efecto de las pérdidas locales será grande y deberán tenerse en cuenta.

La práctica consiste en hallar las perdidas por fricción en un sistema de tuberías en el laboratorio de estudios hidráulicos de la escuela de ingenieros, el sistema consta de una unión mediante codo de 90 grados y una tee y finalmente sale libremente hacia un vertedero. Se debe hallar el coeficiente de fricción f y el coeficiente de perdidas localizadas k debido a los accesorios mediante las formulas teóricas expuestas en el informe y realizar una comparación de los diferentes métodos.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

• Analizar las pérdidas por fricción en un conducto a presión y las pérdidas por accesorios, a partir del estudio del comportamiento de la línea de energía y de las presiones dentro del sistema dado.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Realizar la medición de diferentes caudales, de tal manera que se produzcan diversas condiciones de flujo en el sistema.
• Calcular la rugosidad absoluta de la tubería (ε), los coeficientes de rugosidad f, C y n, de Darcy, Hazen-Williams y de Manning, respectivamente, del sistema.
• Estimar la pendiente media de la línea piezométrica, por medio del criterio de Chauvenet o por ajuste de mínimos cuadrados.
• Encontrar el valor del coeficiente de perdida K para el codo de 90 grados y para la unión tee.

MARCO TEÓRICO

PÉRDIDAS DE ENERGÍA POR FRICCIÓN.

FLUJO LAMINAR.

ECUACIÓN DE HAGEN-POISEUILLE.

Para el caso de flujo laminar en tuberías horizontales, la expresión es la siguiente:

        Q =                              EC1[pic 2]

Donde,

Q= Caudal de la tubería (m3/s), g= Aceleración de la gravedad (9,81m/s2), D= diámetro de la tubería y v= Viscosidad cinemática del fluido (m2/s)

FLUJO TURBULENTO.

De la ecuación de energía entre dos puntos y la de esfuerzo cortante,  

 + pérdidas1-2                 EC2[pic 3]

Por otra parte, se tiene la ecuación de movimiento, para un flujo uniforme y permanente, se tiene la siguiente expresión:

[pic 4]

Por lo tanto,        EC3

Pérdidas1-2 [pic 5]

Sf [pic 6]

EC4

En el caso de tubos, si , se obtiene la ecuación de Darcy-Weisbach, en donde D es el diámetro del tubo y f es un coeficiente conocido como coeficiente de fricción de Darcy: [pic 7]

hf [pic 8]

EC5

RESISTENCIA AL FLUJO EN TUBOS COMERCIALES.

Se tiene la siguiente expresión,

[pic 9]

EC6

Esta ecuación no es explícita para f, y entonces se hace necesario un proceso de tanteo para su determinación o un método numérico cuando todas las variables son conocidas. También se han desarrollado otras fórmulas para calcular el valor de f, pero se presentan restricciones en su campo de aplicación. 

FÓRMULAS EMPÍRICAS DE FRICCIÓN.

PÉRDIDAS DE ENERGÍA POR ACCESORIOS.

ECUACIÓN GENERAL PARA LA ESTIMACIÓN DE PÉRDIDAS LOCALIZADAS.

La fórmula general para la pérdida localizada es:

h= K[pic 15]

Donde,        EC8

h= pérdida de energía localizada (m)

K= coeficiente adimensional que depende del tipo de pérdida localizada, del número de Reynolds y de la rugosidad del tubo.

V2/2g= altura de la velocidad, aguas abajo de la zona de alteración del flujo.

Se establece un planteamiento de la ecuación de energía entre dos puntos en los cuales se encuentra una pérdida localizada, es decir:

 +K[pic 16][pic 17]

TIPOS DE PÉRDIDAS LOCALIZADAS.        EC9

Las pérdidas locales más sencillas en un sistema de presión pueden dividirse en los siguientes tipos:

Ampliación de la tubería: brusca o gradual.

Contracción de la tubería: brusca o gradual.

Cambio de dirección de la tubería: brusco, moderado, y rápido o lento.

Dispositivos de control: válvulas de diferente tipo.

MONTAJE EXPERIMENTAL

Imagen 1. Esquema del experimento de laboratorio perdidas por fricción y localizadas.

[pic 18]

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN CONDUCTOS A FRICCIÓN.

Para el ensayo se deben tomar 10 mediciones aumentando el caudal de manera controlada. Para aforar el caudal de salida, se utilizó la ecuación de calibración del vertedero. Para el desarrollo de la práctica se propone el siguiente procedimiento:

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