CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PERDIDAS LONGITUDINALES EN TUBERÍAS Rocío Castellar, Castellar, Tania López, Laura Sabalza, Sabalza, Jeyson Romero, Martín Orozco. Ingeniero Juan Arrieta. Arrieta. Grupo CD 2012-09-25 2012-09-25 Laboratorio de de Hidráulica. Hidráulica. Universidad Universidad de la la Costa, Barranquilla Barranquilla
Resumen Este informe contiene el registro de la práctica del tema “Pérdidas Longitudinales en Tuberías”, Tuberías”, para la cual se utilizó un sistema que consta de un tubo de acero por donde se transportaba agua. Para la recolección de datos se usaron instrumentos básicos del laboratorio. La práctica se realizó con tres ensayos que permitieron tomar los datos de tiempo en el que un volumen de agua ocupaba una probeta, hf, diámetro y longitud del tubo, para calcular el factor de fricción del tubo de acero galvanizado. Se obtiene un factor de fricción semejante a diferentes caudales para la tubería.
Palabras claves Perdidas, Factor de Fricción, Reynolds.
Abstract This report contains the record of the practice of the subject "Longitudinal Losses in Pipes", which was used for a system consisting of a steel tube through which transported water. For data collection were used basic laboratory instruments. The practice was performed three trials allowed to take the time data in which a water volume occupied by a specimen, hf, pipe diameter and length, for calculating
the friction factor of galvanized steel tube.
Key words Missed, friction factor, Reynolds. R eynolds.
Introducción
Existen en los flujos a través de tuberías tres tipos de régimen explicados por Reynolds, estos son: laminar, en transición y turbulento. Una vez obtenidos se puede comenzar con la descripción de las pérdidas de carga en tuberías. Debe recordarse que son válidas para un flujo uniforme, en régimen permanente de un fluido ideal incompresible. En este informe se verá la manera de calcular las perdidas ocurridas, basándose en la ecuación general de las perdidas perdidas de carga, carga, con los datos obtenidos experimentalmente y con los factores de fricción.
1. Fundamentos Teóricos Las perdidas longitudinales son aquellas pérdidas energéticas producidas en una tubería por el rozamiento de la masa de agua con las paredes de la tubería. Para expresar las pérdidas longitudinales existen multitud de formulaciones; todas ellas tienen en cuenta los siguientes conceptos:
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•A mayor caudal circulante por la tubería, mayores son las pérdidas. •A mayor rugosidad en la tubería (debido a los distintos materiales con los que se pueden construir), mayores son las pérdidas. •A menor diámetro de la tubería, mayores son las pérdidas Factor de Fricción en régimen laminar y turbulento: Para flujo laminar en todas las tuberías y para cualquier fluido, el valor de f viene dado por: f = 64/Re
Re tiene un valor práctico máximo de 2000 para que el flujo sea laminar. Para flujo turbulento para todas las tuberías, el Instituto de Hidráulica de Estados Unidos y la mayoría de ingenieros consideran la ecuación de Colebrook como la más aceptable para calcular f . La ecuación es:
4-
Utilizando el valor absoluto de las pérdidas para cada tubería se calculan los valores siguientes.
√ Con este valor, nos introducimos en la ecuación de Coolebrook y determinamos el valor del coeficiente de fricción.
√ √
5-
Luego se determina un nuevo Z, mediante la expresión.
() () Regresando al paso dos y repitiendo la secuencia de los pasos de ahí en adelante.
Procedimientos del cálculo según Hazen Williams
Procedimientos de cálculo según Darcy Weisbach
2-
Se supone un valor inicial de
3-
Se calculan las pérdidas de cargas de cada tubería, según.
Se supone un valor inicial de
2-
Utilizando el valor absoluto de las pérdidas para cada tubería se calculan los valores siguientes.
El signo determina el sentido de la circulación.
1-
3-
( ) ( )
Luego y se determina el nuevo mediante la expresión.
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Regresando al paso (2) y repitiendo la secuencia de pasos de ahí en adelante. La ventaja del uso de la formula de Hazen Williams estriba en el hecho que los valores de K son constante en todo el problema.
2. Desarrollo experimental
2do ensayo. L=40cm=0.4 m
D=3mm t=12.26s = 3×103 m
hf 1=121m
hf 2=347 m
Vol=360m l
3er ensayo. Materiales:
Sistema de Tubo de Acero
Probeta
Cronómetro
Regla
L=40cm=0.4 m
D=3mm t=15.91s = 3×103 m
hf 1=278m
hf 2=206 m
Vol=210m l
Procedimiento: Se puso en funcionamiento el sistema de la tubería por donde fluía agua y se fue aumentando o disminuyendo su caudal. Se miden los tramos de la tubería con ayuda del cronometro y de la probeta se mide el volumen gastado en determinado tiempo. Se realiza este procedimiento tres veces.
3. Análisis de Resultados
Cálculos Hallar el área del tubo.
Hallar el caudal experiencia.
Datos: 1.
1er ensayo. L=40cm=0.4 m
D=3mm t=11.22s = 3×103 m
2.
3.
hf 1=311m
hf 2=164 m
Vol=240m l
(Q)
para
cada
Hallar la velocidad mediante la fórmula de caudal (Q).
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1.
3
21.39ml/s 0.00002139 m /s
2.
3
29.36ml/s 0.00002936 m /s
3.
3
13.20ml/s 0.00001320 m /s
Hallar el número de Reynolds. Re ynolds.
Se considera una viscosidad cinemática del agua a una temperatura de 20°C.
1.
2.
3.
Se concluye que para las tres pruebas se obtiene un régimen de flujo turbulento ≥4000. Por lo tanto se utiliza porque Re ≥4000. la ecuación de Colebrook-White para determinar el factor de fricción (f). Se tiene que Ks= 0.15mm
[ ] [ ]
D=3mm
1.
2.
[ ] 3.
[ ]
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4.
Conclusión
En los tres ensayos (diferente Q) se obtienen para los tres un régimen de flujo turbulento ya que éste está por encima de 4000. En base a los datos recolectados en la práctica, se realizan diferentes cálculos con los cuales se determina finalmente un factor de fricción (f) de aproximadamente 5 para una tubería de acero galvanizado.
Bibliografía
Sanz Osorio José Francisco, Almécija Carlos. “Energía hidroeléctrica”, Universidad de Zaragoza, 2008, Pág 238-244 [Consultado el 20-09-2012] http://solar.nmsu.edu/wp_gui de/Apen_B.htm http://es.scribd.com/doc/219 90319/DeterminacionExperimental-de-PerdidasPor-Friccion http://operaciones1.files.wor dpress.com/2009/05/accesori os-en-valvulas-y-tuberiascrane1.pdf
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