UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA-CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

GUIA DE LABORATORIO

LABORATORIO N 02: DETERMINACION DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCION EN TUBERIAS

FinalidadConsiste en demostrar que cuando un fluido se desliza en una tubería, existen caídas de presión o pérdidas de carga. Estas pérdidas de carga dependen de la fricción del fluido con las paredes del tubo; éstas dependen de la velocidad del fluido, del área de la superficie bañada y del grado de rugosidad de las paredes del tubo, así como de la longitud del tubo.

Las pruebas se efectuarán con tubos de distintos diámetros para diversos valores del caudal de líquido que los atraviesa.

Operación1. Disponer la unidad sobre la mesa de trabajo.2. Disponer el tubo en prueba entre los dos elementos idóneos de la unidad.3. Conectar el envío de la bomba con el tubo de alimentación de la unidad.4. Conectar las dos tomas de presión con los piezómetros correspondientes.5. Abrir la válvula de regulación del caudal y poner en marcha la bomba a bajo número

de giros (500).6. Actuando simultáneamente sobre la válvula y sobre el régimen de rotación de la

bomba, regular el caudal de manera que se obtenga el máximo diferencial entre las lecturas de los piezómetros. Si el diferencial es demasiado bajo, presurizar la cámara superior de los piezómetros de manera que se pueda aumentar el caudal circulante en los tubos.

7. Lecturar la altura de la columna de agua en los dos piezómetros y el correspondiente valor de caudal. Reportar este valor en la tabla.

8. En caso de que los valores del caudal sean demasiado bajo, para hacer una buena medición se podrá usar un cilindro graduado y un cronómetro.

9. Reducir el caudal de manera que se tenga una disminución del valor del diferencial de 10 mm (5 mm para los valores más bajos de caudal).

10. Repetir las operaciones del punto 7.11. Repetir las operaciones indicadas entre los puntos 7 y 9 de manera que se tengan

algunos puntos de medición.12. Parar la bomba y permitir el completo retorno del agua en el tanque.13. Cambiar el tubo en prueba y repetir todas las operaciones del número 2 hasta el

Número 12.

Interpretación de los resultadosEl movimiento de un fluido en un conducto en el caso ideal, está descrito por la fórmula

(Teorema de Bernoulli):

z + p/ + v2/2g = costante

donde:p = presión en la sección que se examinav = velocidad del fluido en la sección que se examinaz = altura de la sección con respecto a la línea de referencia

= peso específico del líquido (g = aceleración de gravedad (9.81 m/s2

)

Pero por efecto de la fricción del líquido con las paredes de la tubería o de la fricción interna del líquido o bien porque se forman eventuales fenómenos de vórtices, la relación precedente se altera para asumir la forma:

1

∆h

[m

mH

2O]

Energia en la sección 1 – Energia perdida = Energía en la sección 2

La determinación de la energía perdida representa la dificultad más grande para la solución de problemas relativos al movimiento de los fluidos en los conductos. El caso más sencillo que se pueda analizar, es el del movimiento de un líquido en un conducto rectilíneo de sección constante.

Gradiente piezométrica

En base a la relación de Bernoulli, siendo constante los valores de V2

/2g y de z, la presión se debería mantener constante en los distintos puntos del conducto.

Sin embargo en realidad, como hemos podido notar durante las pruebas, la cota piezométrica en vez de mantenerse constante, baja siempre en el sentido del movimiento del líquido. Esta recibe el nombre de gradiente hidráulico

J = ∆h / 1

Esta energía, como ya se ha dicho, será empleada para vencer la fricción que se opone al movimiento del líquido. Es posible demostrar que la gradiente se puede expresar en función del diámetro del tubo y del caudal según:

J = k · Q2/D5

donde:

Q = caudal (m3

/ s)D = diámetro del tubo (m)k = factor que se determina experimentalmente o bien mediante fórmulas

empíricas, entre los cuales, las más conocidas son:

La fór m ula de Darc y :

K = (0.00164 + 0.000042/D)

La fórmula de Blasius:

K 0.0264 Re

250

200

150

100

−

50

2

Q[ l /min]

∆H Φ10 [mm H2O]

∆H Φ14 [mm H2O]

∆H Φ14-10 [mm H2O]

5 50 10 35

6 80 15 55

7 115 22 70

8 140 30 90

9 170 37 120

10 200 45 145

0

0 2 4 6 8 10 12

Q [l/min]

Estudio de las pérdidas de carga localizadas

FinalidadesExisten otras importantes pérdidas de carga a lo mejor todavía más perjudiciales: las pérdidas de carga localizadas. Tienen origen en los lugares en que el movimiento del líquido sufre una perturbación.

Se pueden dividir de este modo: Pérdidas debidas a una intempestiva variación de sección Pérdidas debidas a una variación en la dirección del movimiento del líquido Pérdidas debidas a la existencia de juntas o accesorios

Cada una de estas causas provoca en el líquido en movimiento la formación de secciones con turbulencia. La turbulencia se mantiene a expensas de la energía mecánica del liquido determinando así la pérdida de presión.

Objeto del experimento es demostrar que la existencia de accesorios (variaciones de dirección en el movimiento del líquido) determina una caída de presión.

Operación

1. Se coloca el grupo sobre el plano de trabajo asegurarse que todas las válvulas del grupo estén abiertas.

2. Se conecta la tubería de la bomba con el tubo de alimentación (1) del grupo.3. Se conectan las distintas tomas de presión a los piezómetros (los siete primeros)

Cuídese el cierre de los piezómetros no empleados.4. Se cierra la válvula de regulación y se pone en marcha la bomba con bajo

número de giros (500).5. Actuando al mismo/tiempo sobre la válvula de regulación y sobre el régimen de

rotación de la bomba, se regula el caudal para que el primer piezómetro llegue a los 2/3 de la escala.

6. Seguidamente se cierra la válvula salida tanque hasta que todos los piezómetros activos den indicación. Si necesario se ajusta el caudal con la válvula de regulación para evitar que el primer piezómetro salga de la escala.

7. Se observa sobre los piezómetros el efecto de las pérdidas localizadas.

3

Interpretación de los resultados

Como en el caso de las pérdidas distribuidas la pérdida localizada puede expresarse con la fórmula generalizada:

Delta H = K v2/2g

donde

∆H = pérdida piezométricaV = velocidad media del fluidoD = diámetro del conductoK, K = constantes

CONTENIDO DEL INFORME DEL LABORATORIO N 01

1.- Índice2.-Introduccion3.-Objetivos de las pruebas4.-Breve marco teórico5.-Instrumentos y Equipos6.-Descripcion del procedimiento empleado7.-Resultados de la prueba

Datos de pérdida de carga en la tubería (todos los diámetros)Caudal, altura y velocidad de la bombaPérdida de carga en accesorios

8. Diagrama Perdida de carga vs caudal para todos los diámetros9. Conclusiones y experiencias

Cusco, noviembre 2011

4