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ENSAYOS EN ELBANCO HIDRAULICO
DE BASE
FACULTAD DE INGENIERIAS Y CS. PURAS
LABORATORIO DE HIDRAULICA
UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ
Ing. Hernán Almonte Pilco
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LABORATORIO DE
HIDRAULICA
Estudio de las perdidas por
frotamiento en un tuboPerdidas de carga en un conductode seccion constante
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LABORATORIO DE
HIDRAULICA
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
La dotación del kit comprende algunostubos de diverso perfil y diferentesección y por tanto se puede estudiar la
evolución de las pérdidas de carga enlos tubos de diversa sección y debruscas variaciones de sección
(ensanchamiento, restricción).
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
Pérdidas de carga en los tubos
La unidad está compuesta por tres trechosde cañería de diámetro y construcción
distintos: Uno de perfil constante de 14 mm
Uno de perfil constante de 10 mm
Uno con ensanchamiento brusco oéstrechamiento de la sección más o menos ala mitad de la cañería con 14 y 10 mm
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
Los tubos de prueba están constituidos poruna toma de presión a cada extremidad eltubo con diámetro variable está constituido
por otras dos tomas de presión a nivel de lasección en la que se tiene la variación dediámetro. Para medir las pérdidas de carga,se emplea la unidad de piezómetros.
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
Montar la tubería deseada utilizandoapropiadas abrazaderas con pernos (endotación al grupo) con las tomas de presión
orientadas hacia abajo. Introducir el tubo de alimentación del agua.
Montar la tubería de descarga.
Conectar las tuberías de silicona a larespectiva toma de presión.
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
Estudio de las perdidas por frotamiento en untubo
Perdidas de carga en un conducto de secciónconstante
Finalidad Consiste en mostrar qué cuando un fluido se deslizaen una cañería, existen caídas de presión o pérdidasde carga.
Estas pérdidas de carga dependen del frotamiento
del fluido con las paredes del tubo; éstas dependende la velocidad del fluido, de la área de la superficiebañada y del grado de escabrosidad de las paredesdel tubo, así como de la longitud del tubo.
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
Las pruebas se efectuarán con tubos dedistintos diámetros para diversos valores delcaudal de líquido que los atraviesa.
Además se demostrará que la ley que uneentre sí los parámetros antes catalogados esdistinta según las condiciones de flujolaminar o de flujo turbulento.
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tubos
Modalidades operativas
1. 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).
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6. Actuando contemporáneamente sobre la válvula ysobre el régimen de rotación de la bomba, regular elcaudal de manera que se obtenga el máximodiferencial entre las lecturas de los piezómetros. Si el
diferencial es demasiado bajo, presurizar la cámarasuperior de los piezómetros de manera que se puedaaumentar el caudal circulante en los tubos.
7. Relevar la altura de la columna de agua en los dos
piezómetros y el correspondiente valor de caudal.Reportar este valor en la tabla.
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tubos
8. En caso de que los va1óres del caudal seandemasiado bajo, para hacer una buena medición sepodrá usar un cilindro graduado y un cronómetro.
9. Reducir el caudal de manera que se tenga unadisminución del valor del diferencial de 10 mm (5 mmpara los valores más bajos de caudal).
10. Repetir las operaciones del punto 7.
11. Repetir las operaciones indicadas entre lospuntos 7 y 9 de manera que se tengan de medición.
12. Parar la bomba y permitir el completo de flujo delagua en el tanque. 13. Cambiar el tubo en prueba y repetir todas las
operaciones del número 2 hasta el número 12
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Interpretación de los resultados El movimiento de un fluido en un conducto en el caso
ideal, está descrito por la fórmula (Teorema de Bemoulli):
donde: p = presión en la sección que se examina v = velocidad del fluido en la sección que se examina z = altura de la sección con respecto a la línea de
referencia
= peso específico del líquido (3810 N/m3 para elagua)
g = aceleración de gravedad (9.81 m/s2)
const g
v p z
2
2
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
Como recordará, expresa la constancia de laenergía a lo largo del conducto.
Pero por efecto del frotamiento de1 líquido
con las paredes de una cañería o delfrotamiento interno del líquido o bien porquese forman eventuales, fenómenos devórtices, la relación precedente se altera para
asumir la forma:
Energia en la sección 1 - Energia perdida =Energía en la sección 2
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La determinación de la energía perdida representa ladificultad mas grande para la solución de problemasrelativos al movimiento de los fluidos en losconductos.
El caso más sencillo que se pueda analizar, es el delmovimiento de un líquido en un conducto rectilíneode sección constante.
Supongamos que la cañería sea horizontal (lo que se
dirá es válido en general por cualquiera inclinacióndel conducto).
Cadente piezométrica
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piezométrica en vez de mantenerseconstante, baja siempre en el sentido delmovimiento del líquido.
Esta disminución referida a un trecho decañería de largo unitario, toma el nombre decadente o bien pendencia piezométrica y seindica generalmente con J; se tiene por lo
tanto:
l
h J
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El cadente mide la energía mecánica perdidapor la unidad de peso del líquido para cumplirun curso de largo unitario
Esta energía, como ya se ha dicho, serágastada para vencer los distintosfrotamientos que se oponen al movimientode1 líquido.
Es posible demostrar que la pendencia sepuede expresar en función del diámetro deltubo y del caudal según:
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donde:
Q = caudal (m3 / s)
D = diámetro del tubo (m)
k = factor que se determina experimentalmente o bien mediantefómulas empíricas, entre los cuales, las más conocidas son:
La fórmula de Darcy:
5
2
* D
Qk J
)000042.0
00164.0( D
K
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Observando el diagrama anexo, se puedenotar que el gráfico pendencia-caudal
presenta un punto de discontinuidad; este
punto indica el pasaje de régimen laminar arégimen turbulento
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10 H 14 H 1014 H Q
(l/mim) (mm H2O) (mm H2O) (mm H2O)
5 50 10 356 80 15 55
7 115 22 70
8 140 30 90
9 170 37 120
10 200 45 145
1014 H
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Estudio de perdidas de cargas en los
tubos
grafico
0
50
100
150
200
250
0 2 4 6 8 10 12
Q (l/miin)
h ( m i n H 2 O
)
D 10
D 14
D 14-10