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Perdidas por friccion y localizadas
Tipo: Monografías, Ensayos
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¡No te pierdas las partes importantes!
Víctor Luis Granados Noriega Jorge Andrés García Uribe Juan Felipe Aarón González PRACTICAS DE LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS Y LABORATORIO Ing. Jorge Enrique Mazenett Flórez UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA Magdalena Santa Marta 2019
El presente informe tiene como propósito determinar las perdidas que tiene el fluido en un sistema de tuberías. Cuando se habla de utilizar una red de tuberías como medio de transporte para llevar los fluidos (llámese agua, petróleo, gas natural, etc.) se deben tener en cuenta aspectos como el material de la tubería, la viscosidad del fluido, la velocidad con la q se transporta, la longitud y diámetro de la tubería; ya que todos estos elementos juegan un papel muy importante a la hora de identificar la cantidad de pérdida que se obtiene al momento de querer llevar esta sustancia de un lado X a un lado Y. En esta ocasión se tratará de evidenciar la perdida longitudinal que se presenta en un segmento de tubería, con una longitud y un diámetro especificado, a su vez se medirá la presión que hay al momento que el fluido (en esta ocasión agua) genera pérdidas a medida que recorre esta longitud. El flujo en tuberías es de suma importancia en los procesos industriales, ya que es la forma más rápida y fácil de transportar un fluido de un sitio a otro. Ya que los fluidos son viscosos, al momento de moverse dentro de la tubería generan pérdidas por fricción.
El flujo de un fluido en una tubería viene acompañado de una pérdida de energía, que suelen términos de energía por unidad de peso del fluido circulante denominada pérdida de carga. En el caso de las tuberías horizontales, la perdida de carga se manifiesta como una disminución de presión en el sentido del flujo. Esta pérdida de carga está relacionada con otras variables fluido-dinámicas según sea el tipo de flujo, laminar o turbulento. A este tipo de pérdidas se le denomina perdidas lineales o perdidas mayores. Las pérdidas lineales son debidas a las tensiones cortantes de origen viscoso que aparecen en el fluido y las paredes de la tubería. Este laboratorio tiene como finalidad hallar el coeficiente de fricción presentado al momento de hacer la práctica en la red de tuberías, la cual se le puede hallar con la ecuación expuesta por Darcy-Weisbach, que esta patentada de la siguiente manera: hf = f
2 2 g Donde: Hf = perdida de carga debida a la fricción. F = Factor de fricción de Darcy. (adimensional) V= Velocidad media del fluido (m/s) D= Diámetro de la tubería. (m) L= Longitud de la tubería. (m) G= Aceleración de la gravedad ≈ 9,81 ( m / s 2 )
También se debe tener en cuenta que para calcular Hf se debe recurrir a la ecuación de Bernoulli q esta expresada de la siguiente manera: Z 1 +
δ
2 2 g
δ
2 2 g Donde; p 1 δ =¿ (^) Es la carga de presión. Z= Es la carga de elevación. V 1 2 2 g = Es la carga de velocidad La suma de estos tres términos le denominamos carga total. Ecuación general de Bernoulli: en fluidos en movimiento se presenta pérdidas por fricción y parte de esta energía del sistema se convierte en energía térmica y otras pérdidas generadas por elementos que controlan la dirección o el flujo volumétrico además de otros accesorios que generan turbulencia. Las pérdidas y ganancias de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del fluido que circula por él. Estas pérdidas se representan por las siguientes ecuaciones: Hf= Perdidas por fricción. Hm= Pérdidas por accesorio. Para computar las perdidas débenos calcular el número de Reynolds (NR) el cual nos unos parámetros, los cuales nos indican el tipo de flujo que vamos a trabajar. Si NR < 2000 el flujo es laminar en el cual las partículas se comparten de forma regular. Entre 2000 a 4000 transitorio o zona de critica
Cinta métrica Regla Sistema de tubería Recipiente
A continuación se presenta el procedimiento obtenido en el laboratorio, en donde realizamos 5 mediciones de caudal con diferentes tiempos y diferentes volúmenes de agua. A través del caudal hallaremos el vector velocidad despejándola de la ecuación Q=V.A Con el fin de tener el valor de la velocidad en cada caudal hallado. El verdadero objetivo del laboratorio es determinar el coeficiente ‘’f’’ de la ecuación de Darcy en los diferentes caudales. hf = f x
2 2 g Luego que tenemos esta ecuacion nos tocara despejar la variable f que es el factor definitivo para darle un buen resultado a nuestro primer laboratorio, el despeje de esta variable sera facil ya que tenemos el resto de variables como lo son la longitud, velocidad esta despejada de la ecuacion de caudal y diametro de la tuberia que lo obtuvimos midiendo esta con una cinta metrica mostrada anteriormente y conociendo las pulgadas de esta luego de esto usamos la ecuacion de bernoulli: Z 1 +
δ
2 2 g
δ
2 2 g Como las cotas son las mismas en toda la tubería las alturas serán despreciables o nulas por eso se dice que son 0, lo mismo sucede con las velocidades al no tener una pendiente estas
Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) P1 P2 Caudal Σ prom Velocidad (m/s) Hf f Q 1 3,1 2, 0,6 1, 0, 0,00076 0, 4,29009E- 06 6,34028E- 12 2 3,1 2,27 0, 3 3,25 2,78 (^) 0, 4 3,12 2,31 (^) 0, 5 2,98 2,13 0, Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) P1 P2 Caudal Σ prom Velocidad (m/s) Hf f Q 1 3 2, 0,8 1 0, 0,00074 0, 4,29009E- 06 6,05181E- 12 2 2,58 1,98 0, 3 2,88 2,05 0, 4 3,1 2,27 0, 5 3 2,22 0, Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) P1 P2 Caudal Σ prom Velocidad (m/s) Hf f Q 1 3,02 2, 0,9 1, 0, 0,00077 0, 4,29009E- 06 6,64109E- 12 2 2,98 2,13 0, 3 3,45 2,8 0, 4 2,99 2,18 0, 5 3,3 2,87 0, ANÁLISIS DE RESULTADOS
Dentro de la interpretación de los resultados obtenidos anteriormente en esta práctica de laboratorio es necesario tener en cuenta la factibilidad de los datos, tenemos que por simple deducción a medida que la velocidad del fluido es mayor, menor será su perdida por fricción. En cambio, si el fluido va más lento, tendrá más tiempo de pegarse a las paredes del tubo. CONCLUSION Dentro del análisis expuesto en el presente informe es preciso determinar que en las etapas presentadas en la práctica y análisis de datos anteriores se puede observar la importancia que tiene el tiempo con respecto al volumen de fluido que se desplace ya que entre mayor tiempo más fluido se desplaza ya sea por una tubería, canal, rio etc. Además de lo anterior, definimos cada uno de los fenómenos que se presentan con respecto al flujo y al tiempo aplicado para cada caudal evaluado. En esta práctica es de suma importancia tener en cuenta la exactitud al momento de realizar las mediciones de tiempo, puesto que se debe retirar el recipiente justo al momento de parar el cronometro, ya que si no se hace de este modo las variaciones pueden ser muy altas y convertirse en errores a gran escala. Para finalizar, es necesario desarrollar el trabajo en equipo, ya que si bien es cierto cada uno cumple su función, pero si no se entrelazan dichas funciones los errores cometidos afectaran el resultado de la práctica. PÉRDIDAS LOCALIZADAS.
Tramo o Ruta 1 (ROJO): Reducción ¾ a ½” PVC, Adaptador de ½” PVC, Válvula de ½” tipo bola, Tubo de ½” galvanizado por19 cm, Codo de ½” galvanizado, Adaptador de ½” PV, Tubo de ½” PVC, Universal de ½” PVC, Tubo de ½” PVC por 22 cm, Codo de ½” PVC, Tubo de ½” PVC por 27 cm, Reducción de ½” a ¾” PVC. Tramo o Ruta 2 (azul): En esta ruta eran una serie de tuberías en las cuales le analizamos dos accesorios. El primer accesorio era uno universal colocado en una tubería de hierro galvanizado de una pulgada, el segundo accesorio era una válvula que se encontraba en una tubería de ¾ de pulgada de PVC.
cuenta que válvulas tenían que estar abiertas y cuales tenían estar cerradas para la circulación del fluido para llevar a cabo la experiencia establecido por el docente. Práctica para Ruta 1: Válvulas (1 y 3) estén totalmente abiertas garantizando recirculación del fluido). Verificando que las válvulas (2, 4 y 5) estén totalmente cerradas. Una vez que se realizó lo anterior la analista e ingeniera nos indicó como encender el sistema de bombeo, presionando el botón (on “verde”) y cuando terminamos lo apagáramos presionando el pulsador (off “rojo”) Para vaciar el agua en el tanque general, apagar el sistema y verificar que la válvula 6 (ubicada en la parte inferior del tanque) esté abierta. Luego de realizar esos pasos comenzamos a tomar las muestras para el primer caudal en donde se regulaba la cantidad de caudal a través de una válvula, es decir esta válvula lograba permitir variar la velocidad del agua que circulaba por un área determinada en este caso eran unos tubos o una serie de tubería que circulaban el agua por ellos y lo llevaban a un recipiente en donde se formaba una especie de “cascada” y allí colocábamos a llenar un cubo de agua en determinado tiempo y posteriormente mediamos la cantidad de volumen que se encontraba en el cubo volumétrico después de haber durado una cierta cantidad de tiempo dentro de la cascada recolectando el volumen de agua. Este procedimiento fue realizado 10 veces utilizando el mismo caudal es decir sin regular la válvula y mediamos las presiones indicadas por los manómetros es importante aclarar que las presiones que medimos son las de esas secciones en donde se encontraban los accesorios para la ruta número uno se tomaron 4 presiones 2 en el punto del accesorio universal y los otros dos en el lugar de los accesorios de los codos, después de tomar
Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) Caudal Σ Qprom Σ Volumen Σ Tiempo Q 1 9,7 9,35 0, 0,00093 9,37800 10, 2 10,3 9,35 0, 3 10,02 9,4 0, 4 10,8 9,35 0, 5 9,73 9,44 0, Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) Caudal Σ Qprom Σ Volumen Σ Tiempo Q2 1 10,95 9,2 0, 0,00086 9,00600 10, 2 10,1 8,9 0, 3 10,5 9 0, 4 10,25 9, 0, 5 10,42 8,83 0, Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) Caudal Σ Qprom Σ Volumen Σ Tiempo Q 1 11,03 8,9 0, 0,00079 9,01200 11, 2 11,16 9,04 0, 3 11,7 9,04 0, 4 11,3 8,95 0, 5 11,56 9,13 0,
Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) Caudal Σ Qprom Σ Volumen Σ Tiempo Q 1 14,52 8,68 0, 0,00059 8,57000 14, 2 14,95 8,5 0, 3 14,2 8,54 0, 4 14,35 8,54 0, 5 14,68 8,59 0, Caudal # Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) Caudal Σ Qprom Σ Volumen Σ Tiempo Q 1 16,45 9,4 0, 0,00057 9,39000 16, 2 16,63 9,45 0, 3 16,22 9,42 0, 4 16,24 9,36 0, 5 16,3 9,32 0, TRAMO 2. Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) Caudal Σ Qprom Σ Volumen Σ Tiempo Q 1 5,78 6,12 0, 0,00107 6,18200 5, 2 5,63 6,23 0, 3 5,98 6,31 0, 4 5,84 6,13 0, 5 5,7 6,12 0, Caudal # Caudal #
Número de pruebas n° de muestras Tiempo (S) Volumen (L) Caudal Σ Qprom Σ Volumen Σ Tiempo Q 1 9,05 6 0, 0,00067 6,01800 8, 2 8,98 5,89 0, 3 8,9 6,12 0, 4 9 5,98 0, 5 8,95 6,1 0, Luego de calcular los 5 caudales del tramo 1 y 2 procedemos a calcular el coeficiente de fricción. Cálculo del coeficiente por fricción por medio de del diagrama de Moody: Ya teniendo el número de Reynolds (Re), y posteriormente miramos la rugosidad absoluta de la tubería (ks), calculamos la rugosidad relativa de la siguiente manera: 𝑘𝑠 = 𝑘𝑠 / 𝑑 En donde: 𝑘𝑠 es la rugosidad absoluta dada m y 𝑘𝑠/𝑑 es una unidad adimensional. Ya con estos datos tenemos el número de Reynolds y la rugosidad absoluta podemos determinar el coeficiente, por fricción, por medio de esta tabla:
Diagrama de Moody: Como último paso pasamos al resultado de los datos obtenidos de nuestras 2 rutas. RESULTADOS
