Laboratorio No. 3.docx

PROGRAMA: Ingeniería Mecánica NOMBRE ASIGNATURA: Mecánica de Fluidos PRÁCTICA No. 3 a

DEPARTAMENTO: CODIGO: 3445L

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Pérdidas por fricción en Tuberías,

con Flujo Laminar.

1 INTRODUCCIÓN Y 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:

hL = (f L v2) / (2 g Φ), donde: hL = 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

2 OBJETIVO(S): -

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

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

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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: 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.

Calcular: Caudal, Q = V / T (m³ / s).

Velocidad, v = Q / A

(m / s).

Número de Reynolds, Re = v Φ / ʋ. hL exp = (h1 – h2), (m). Este valor corresponde a las pérdidas primarias experimentales en la tubería. Factor de fricción experimental, fexp = (2 g hL Φ) / L v2 Factor de fricción teórico, fteor = 64 / Re Pérdidas primarias teóricas, hL teor = (64 L v2) / (2 g Re), (m). Anotar en la planilla los datos tomados durante la práctica y los valores calculados.

6 ANEXOS: Planilla para anotar los valores medidos y los resultados de los cálculos. h1 m

h2 m

hL exp m

V m3

T s

Q m³/s

V m/s

Re

fexp

fteor

7 REFERENCIAS: MOTT, Robert L. MECÁNICA DE FLUIDOS. Sexta edición. Pearson Educación, México, 2006 Guías GUNT Hamburgo.

Elaboró

Revisó

Autorizó

Cargo

Docente

Director de Programa

Decanatura Ingenierías

Nomb re

Juan Fernando Echeverry Perico Juan Sandoval

ALVARO HERNÁNDEZ BUSTOS

JULIO CÉSAR FUENTES ARISMENDI

hL teor m

Firma

PROGRAMA: Ingeniería Mecánica NOMBRE ASIGNATURA: Mecánica de Fluidos PRÁCTICA No. 3 b

DEPARTAMENTO: CODIGO: 3445L

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Pérdidas por fricción en

Tuberías, con Flujo Turbulento.

1 INTRODUCCIÓN Y 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 DarcyWeisbach, que establece:

hL = (f L v2) / (2 g Φ), donde: hL = 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 turbulento el factor de fricción se calcula utilizando el Diagrama de Moody, conociendo los valores de Número de Reynolds y la rugosidad relativa de la tubería.

2 OBJETIVO(S): -

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

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 las válvulas N° 10 y 11, del depósito vertical. Abrir la válvula N° 7, del by pass para flujo turbulento y la válvula de salida N° 2. 3°- Conectar las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la entrada de alta presión del manómetro diferencial N° 5, y desde la toma N° 3 hasta la entrada de baja presión del manómetro diferencial. 4°- Poner en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida de la bomba, de tal forma que se establezca una diferencia de presión aproximada de 0.2 Bar. Ajustar con más precisión utilizando la válvula N° 2. Anotar en la planilla el dato de presión. 5°- Medir el caudal tomando un volumen aproximado de 2 litros, en la jarra aforada, y contabilizando el tiempo empleado. 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: 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 Rugosidad absoluta, ε =0.0015 mm = 1.5 x 10-6 m. Rugosidad relativa, Φ / ε = 2000 ε / Φ = 0.0005. Calcular: Caudal, Q = V / T (m³ / s). Velocidad, v = Q / A (m / s). Número de Reynolds, Re = v Φ / ʋ. hL exp = ΔP / γ, (m). Este valor corresponde a las pérdidas primarias experimentales en la tubería.

Factor de fricción experimental, fexp = (2 g hL exp Φ) / (L v2) Factor de fricción teórico, fteor = Este valor se obtiene del Diagrama de Moody, utilizando el Re para cada caudal y la rugosidad relativa de la tubería. Pérdidas primarias teóricas, hL teor = (fteor L v2) / (2 g Φ), (m).

Anotar en la planilla los datos tomados durante la práctica y los valores calculados.

6 ANEXOS: Planilla para anotar los valores medidos y los resultados de los cálculos. ΔP V T Q V Re fexp fteor hL exp Pa m3 s m³/s m/s m

hL teor m

7 REFERENCIAS: MOTT, Robert L. MECÁNICA DE FLUIDOS. Sexta edición. Pearson Educación, México, 2006 Guías GUNT Hamburgo.

Cargo Nombre

Firma

Elaboró Docente

Revisó Director de Programa

Autorizó Decanatura Ingenierías

Juan Fernando Echeverry Perico Juan Sandoval

ALVARO HERNÁNDEZ BUSTOS

JULIO CÉSAR FUENTES ARISMENDI