Práctica 3: Pérdidas por fricción en tuberías

INFORME DE LABORATORIO PRÁCTICA 3: PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS CON RÉGIMEN LAMINAR Y TURBULENTO

ALICIA JULIANA GIRALDO FEO

alicia.giraldo@estudiantes.uamerica.edu.co

DOCENTE: Carlos A. Mendoza Neira

Universidad de América Campus de los Cerros.

1. OBJETIVOS:

• Determinar las pérdidas primarias con flujo laminar.
• Determinar el Factor de Fricción experimental del tubo.
• Comparar el factor de fricción experimental con el teórico.
• Determinar las pérdidas primarias con flujo Turbulento.
• Determinar el Factor de Fricción experimental del tubo.
• Comparar el factor de fricción experimental con el teórico.

      2. MARCO TEÓRICO:

Cuando un fluido circula a través de una tubería, su contenido total de energía va disminuyendo paulatinamente, debido a la intervención de las tensiones de corte provocadas por la viscosidad  del fluido. Esta pérdida de energía recibe el nombre de pérdida primaria, se registra sólo en los tramos rectos de la tubería y tiene gran importancia en el comportamiento energético del fluido. La magnitud de las pérdidas en una tubería dada es bastante diferente si el flujo es laminar o es turbulento, por lo que es indispensable conocer previamente qué tipo de flujo se presenta en cada caso.

El cálculo de las pérdidas se puede efectuar utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach, que establece:

 h_L = (f *L* v²) / (2 g Φ), donde:

h_L = pérdida primaria de energía, (m)

f = factor de fricción

L = longitud de la tubería, (m)

v = velocidad promedio en la sección transversal del conducto, (m/s)

g = aceleración de la gravedad, 9.81 (m/s2

Φ = diámetro de la tubería, (m)

Cuando el flujo es laminar el factor de fricción se calcula con la expresión:

f= 64/Re

3. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y/O MATERIALES:

• Módulo Básico Gunt HM 150. Con bomba centrífuga sumergible de 250 W de potencia y caudal máximo de 150.
•  Módulo Gunt HM 150.01.
• Jarra de aforo.
• Cronómetro.
• Módulo Gunt HM 150.01

          4. MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS:

1. Instalar el Módulo HM 150.01 sobre el Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 9, y la manguera de salida del HM 150.01 al tanque del módulo básico. Precaución: Comprobar que el nivel de agua en el depósito de la bomba, cubra la totalidad de la bomba sumergible.
2. Cerrar la válvula N° 7, del by-pass N° 8 para flujo turbulento, y abrir las válvulas N° 10 y 11, del  depósito vertical N° 6. Abrir también la válvula N° 2, de salida del módulo.
3. Conectar las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la columna de alta presión, y desde la toma N° 3 hasta la columna de baja presión. Abrir la válvula de purga de aire del medidor de columna.
4. Poner en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida de la bomba, de tal forma que se establezca un nivel constante en el rebosadero del depósito vertical. El ajuste preciso del nivel se hará con la válvula N° 10.
5. Ajustar con la válvula N° 2 un caudal tal, que el medidor de columna de baja presión indique un nivel de cerca de 2 centímetros de columna de agua. Dadas las características del agua empleada en la experimentación, especialmente en lo que respecta a su viscosidad, que es muy reducida, deberá regularse un caudal tal, que el Número de Reynolds sea inferior a 2000. Para esto, se restringirá el paso de agua a través de la válvula N° 2, de forma que la velocidad sea inferior a 0.72 m/s. La velocidad se determina tomando un volumen aproximado de 2 litros en la jarra aforada suministrada, midiendo el tiempo empleado en la recolección. Estos datos se registran en la planilla correspondiente y se calcula el caudal y la velocidad. Se anotarán también los datos de presión suministrados por las columnas de alta y baja presión.
6. Repetir el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el caudal con la válvula N° 2.
7. Anotar los datos medidos durante la práctica y efectuar los cálculos indicados.

 5.       CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Datos para régimen laminar:

Temperatura del agua, 17°C.

Densidad, ρ = 999 kg / m³

Peso específico, γ = 9800 N / m³.

Viscosidad cinemática, ʋ = 1,08 x 10^-6 m² / s.

Diámetro interior tubo N° 13, Φ = 3 mm = 0,003 m.

Área interior tubo N° 3, A = 7.07 mm² = 7,07 x 10-6 m².

Longitud de la tubería, L = 0,4 m.

Tabla 1. Datos para el régimen laminar.

	h1 (m)	h2 (m)	V (m3)	t (s)
1	0,18	0,023	0,0006	137,14
2	0,18	0,02	0,0006	131,90
3	0,18	0,018	0,0006	134,09

Cálculo del caudal:

Cálculo de la velocidad:

Cálculo del número de Reynolds:

Cálculo de las pérdidas primarias experimentales en la tubería:

Cálculo del factor de fricción experimental:

Cálculo del factor de fricción teórico:

Cálculo de las pérdidas primarias teóricas en la tubería (Darcy):

Porcentaje de error para las pérdidas primarias de la tubería:

Porcentaje de error para el factor de fricción experimental:

Datos para régimen turbulento:

Temperatura del agua, 17°C.

Densidad, ρ = 999 kg / m³

Peso específico, γ = 9800 N / m³.

Viscosidad cinemática, ʋ = 1,08*10^-6 m² / s.

Diámetro interior tubo N° 13, Φ = 3 mm = 0,003 m.

Área interior tubo N° 3, A = 7.07 mm² = 7,07 * 10-6 m².

Longitud de la tubería, L = 0,4 m.

Rugosidad absoluta, ε = 0,0015 mm = 1,5*10^-6 m

Rugosidad relativa, Φ/ε = 2000, ε / Φ= 0,0005

Tabla 2. Datos para el régimen turbulento.

	∆P (Bar)	V (m3)	t (s)
1	0,2	0,0006	24,24
2	0,2	0,0006	25,32
3	0,2	0,0006	24,69

Cálculo del caudal:

Cálculo de la velocidad:

Cálculo del número de Reynolds:

Cálculo de las pérdidas primarias experimentales en la tubería:

Cálculo del factor de fricción experimental:

Cálculo del factor de fricción teórico:

Cálculo de las pérdidas primarias teóricas en la tubería (Hägen-Poseuille):

Porcentaje de error para las pérdidas primarias de la tubería:

Porcentaje de error para el factor de fricción experimental:

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Las pérdidas por fricción en tuberías en régimen laminar fueron alrededor de 0,16 m, mientras que las pérdidas por fricción régimen turbulento fueron cercanas a 2,5 m, siendo mayores debido a que la velocidad aumenta significativamente. El factor de error obtenido en régimen turbulento fue menor al régimen laminar.

Fotos del laboratorio:

Figura 1. Gráfica de la tendencia según el flujo. 

Figura 2. Módulo. 

 Figura 3. Presión.

Figura 4. Régimen laminar. 

Figura 5. Régimen Turbulento.

7. CONCLUSIONES:

• Las pérdidas primarias en flujo laminar son menores que en flujo turbulento debido a las altas velocidades del fluidos.
• El factor de fricción en el flujo laminar es bastante similar al flujo turbulento.
• El porcentaje de error para las pérdidas y el factor de fricción en flujo turbulento es significativamente más bajo que en el flujo laminar.