UNIVERSIDAD AUTNOMA DE YUCATNFACULTAD DE INGENIERA

LABORATORIO DE HIDRULICA DE TUBERAS Y CANALES INSTRUCTOR: Ing. Jos Ivn Prez Sansores

PRACTICA 2:Tuberas en serie

Grupo B - Equipo 2.1

Alumnos: Delfn Doris Hernndez FernandaPat DavidVzquez Cristian

Fecha de realizacin: MARTES 11 DE FEBRERO DE 2014Fecha de entrega: MARTES 18 DE FEBRERO DE 2014 ContenidoOBJETIVO:2MATERIAL:2METODOLOGA:3PRINCIPIOS TEORICOS:3DESARROLLO:4INFORME:10Tabla 110Tabla 211Contesta lo siguiente:14Conclusin:14Referencias:15

OBJETIVO: Estudiar las caractersticas de un conjunto de tubos de diferente dimetro conectados en serie. MATERIAL:- Agua libre de impurezas.- Aparato de red de tuberas (banco hidrulico, tubos y accesorios).

- Medidor digital de presin, 0 a 2000 milibares.

- Termmetro en grados Celsius, cronmetro digital.

- Nivel de burbuja y nivel de manguera.- Pizeta con agua destilada y paos de tela de secar.- Flexmetro (cada equipo de trabajo debe traer el suyo).METODOLOGA:Haciendo circular diferentes caudales (Q) de agua en un conjunto de tubos conectados uno seguido del otro y midiendo la presin (P/) en cada unin del arreglo de tuberas y en la alimentacin (entrada) y en la descarga (salida), con un manmetro digital, 0 a 2000 milibares.PRINCIPIOS TEORICOS:El manmetro es un instrumento utilizado para la medicin de la presin en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presin entre el fluido y la presin local.En la mecnica la presin se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un lquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.Unatuberaocaeraes un conducto que cumple la funcin de transportaraguau otrosfluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos en funcin de consideraciones tcnicas y econmicas. Suele usarse elpolister reforzado con fibra de vidrio (PRFV),hierro fundido,acero,latn, cobre,plomo,hormign,polipropileno,PVC, ytermoplsticopolietilenode alta densidad (PEAD), etctera.Endinmica de fluidos,caudales la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo msico o masa que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo.Elcoeficiente de rozamientoocoeficiente de friccinexpresa la oposicin al deslizamiento que ofrecen lassuperficiesde dos cuerpos en contacto. Es uncoeficienteadimensional. Usualmente se representa con la letra griega(mi). Su rozamiento es caracterstico de cada par de materiales en contacto; no es una propiedad intrnseca de un material. Depende adems de muchos factores como la temperatura, elacabadode lassuperficies, lavelocidadrelativa entre las superficies, etc. La naturaleza de este tipo de fuerza est ligada a las interacciones de las partculas microscpicas de las dos superficies implicadas.El banco hidrulico est diseado como mesa de trabajo, sobre la que se pueden utilizar una gran variedad de equipos didcticos, en los que sea necesario un aporte de caudal. Cuenta con dos depsitos volumtricos de diferentes tamaos, para la medida de pequeos y grandes caudales con gran exactitud. El banco cuenta con conexiones mediante tuercas de unin y un enchufe rpido (suministrado con 2 metros de manguera flexible), de forma que la instalacin de los diferentes equipos de trabajo es gil y sencilla. El banco cuenta adems con un tramo intercambiable, donde se pueden acoplar gran cantidad de equipos DIKOIN.Para obtener el caudal en esta prctica, en el saln de clase se dedujo la siguiente frmula

Que al compararla con la ecuacin proporcionada por el maestro

Resulta un poco diferente, pero usando algunas simples factorizaciones matemticas podemos comprobar que ambas ecuaciones son iguales.Sabiendo que es constante, ya que es el rea de salida podemos factorizarla de la sumatoria

Lo cual comprueba que ambas ecuaciones son correctas e iguales.DESARROLLO: Calibracin del medidor digital de presin. Para la operacin segura del medidor digital de presin es indispensable leer y guiarse del manual de operacin del aparato.

1) Antes de conectar el instrumento (manmetro) al Aparato de red de tuberas, pulsa la tecla ON/OFF una vez para encenderlo. Pulsando la tecla SCALE puedes elegir las unidades de medida de tu conveniencia. Asegrate que los conectores del manmetro estn libres, esto es, sometidos a la presin atmosfrica y presiona la tecla ZERO para fijar en cero los valores actuales de lectura. Esta condicin permanecer an despus de apagado el manmetro. Apaga el instrumento pulsando la tecla ON/OFF.2) Retira el conector de entrada (+) y con una pizeta llena con agua libre de impurezas rellena el espacio vaco dejado por el conector. Une un tramo de tubo flexible transparente al conector retirado previamente y reinstlalo.3) Con mucho cuidado y sin derramar agua en exceso para evitar humedecer el manmetro, llena con agua limpia el tramo de tubo flexible transparente procurando que quede libre de burbujas y mantenlo vertical en tanto conectas el manmetro al Aparato de red de tuberas. Preparacin conveniente del banco hidrulico y del arreglo de tuberas para la obtencin de datos experimentales. Para la identificacin de las partes refirete a la Fig. 1.

1) Asegrate que el banco hidrulico tenga suficiente agua. Esto lo consigues si el nivel del agua est a ras o apenas por debajo de la superficie inferior del tanque volumtrico del banco. En caso contrario consulta con el encargado!! 2) Sita el amortiguador del tanque volumtrico alineado con el canal de desage del banco y mantn abierta la vlvula de baln

3) Has las conexiones pertinentes de tubera segn el arreglo elegido, tal como se muestra en el diagrama esquemtico (Ver Fig. 2) con excepcin del manmetro. Asegrate que todas las conexiones cuentan con un empaque o ring y que todas las vlvulas no incluidas en el recorrido del flujo estn cerradas. Inicia con el tubo de 13 mm de dimetro y mantn abierta la vlvula de descarga del sistema.

4) Con la vlvula de control de alimentacin al sistema cerrada, conecta el banco hidrulico a la fuente de poder disponible (energa elctrica, 110 volts).5) Para iniciar el bombeo presiona el botn negro de encendido localizado en uno de los costados del banco hidrulico y abre parcialmente la vlvula de control de alimentacin (se sugiere vuelta al menos).

6) Es absolutamente necesario purgar de burbujas de aire al sistema antes de cualquier experimentacin. Se procede de la siguiente manera: cierra la vlvula de purga AW. Toma el extremo con vlvula autosellante del tramo de tubo flexible (sonda) conectado al lado A de la vlvula de purga AW y conctalo al puerto de presin (1) situado apenas arriba de la vlvula de control de alimentacin. Debes escuchar un click que asegura que la vlvula autosellante ha sido correctamente conectada. Cierra parcial y suficientemente la vlvula de descarga para presurizar al sistema y forzar a que las burbujas de aire escapen por el orificio de ventilacin localizado en la parte inferior de la vlvula de purga. Abre de nuevo la vlvula de descarga.

7) Abre la vlvula de purga que cerraste en el paso anterior. Conecta firmemente el manmetro digital al sistema de tuberas a travs de la vlvula de purga. El conector positivo (+) del manmetro debe conectarse al extremo W de la vlvula de purga AW por medio de un tramo de tubo flexible relleno de agua limpia y totalmente libre de burbujas. Las cargas de presin en la tubera en experimentacin se transmiten ahora al manmetro. Si del extremo W al manmetro hubiera burbujas, repite este punto cuanto sea necesario.

8) Con la vlvula de alimentacin abierta vuelta y la vlvula de descarga totalmente abierta, pulsa la tecla ON/OFF para encender el manmetro y registra por escrito la carga de presin en la entrada del sistema, h1. El instrumento te permite varias opciones para la toma de datos segn que desees mximos, mnimos, o promedios. Cierra la vlvula de purga. 9) Para destrabar la vlvula autosellante del puerto de presin solo tienes que oprimir la placa metlica incluida en el puerto y tirar de la vlvula suavemente pero con firmeza.10) Destraba la vlvula autosellante del puerto de presin actual y conctala al puerto de presin siguiente (Ver Fig. 3). Cierra parcial y suficientemente la vlvula de descarga para presurizar al sistema y forzar a que las burbujas de aire escapen por el orificio de ventilacin localizado en la parte inferior de la vlvula de purga. Abre la vlvula de purga y la de descarga y registra por escrito la carga de presin reportada por el manmetro digital. Repite esta operacin para los puertos de presin restantes. 11) Registra la temperatura del agua y mide el caudal o gasto de circulacin con la ayuda del tanque volumtrico y el cronmetro digital.12) Abre un poco ms la vlvula de alimentacin como es sealado en la Tabla 1 y repite los pasos 10) y 11) anteriores hasta que la vlvula est totalmente abierta.13) Cierra las vlvulas de purga implicadas en tu experimentacin, la vlvula de control de alimentacin, y apaga la bomba presionando el botn rojo localizado en uno de los costados del banco hidrulico.14) Seca, limpia y desconecta de la fuente de poder el banco hidrulico y cbrelo convenientemente. 15) Mide la altura que hay entre la entrada y la salida del arreglo de tuberas, esto se hace usando el nivel de manguera para pasar el nivel del inicio y el del final hacia el pizarrn y medir la diferencia de alturas.INFORME:1) Presenta en forma tabulada tus determinaciones experimentales y tus clculos. Explica tu procedimiento de clculo.Tabla 1

En esta primera tabla se presentan los resultados obtenidos durante el experimento.Tabla 2

En la segunda tabla, con base en los resultados obtenidos del experimento, se calcularon las distintas prdidas de carga de acuerdo al segmento de tubera de inters (columnas 2 a 4) y despus se hizo la suma de estas distintas prdidas (columna 5) y se compar con la prdida de carga total de la tubera (columna 6), concluyendo que la prdida de carga de toda la tubera es igual a la suma de las prdidas de carga de cada uno de los segmentos de esta.2) Atendiendo a la teora de tuberas en serie en el anlisis de tus determinaciones experimentales, qu observaciones puedes apuntar?En un sistema de tuberas en serie, la prdida total de energa es la suma de las prdidas individuales menores. Que coincide con el principio de que la ecuacin de la energa es el recuento de toda la energa entre dos puntos de referencia del sistema.3) Calcula la prdida de carga terica de tu arreglo para caga gasto Q y comprala con la obtenida experimentalmente. Comenta tus observaciones. Una buena aproximacin es del orden de 10% de diferencia entre el valor terico y experimental.Para poder determinar la prdida de carga, emplearemos la frmula determinada en la induccin y despejaremos para uso de las instrucciones:

Como puede verse de la ecuacin, ser necesario determinar antes los coeficientes de friccin de los tramos de tuberas, as como los de los accesorios, en este caso, de la vlvula y de los codos.Para determinar los coeficientes de friccin, nos apoyaremos del libro Hidrulica General de Sotelo vila. De l obtenemos la rugosidad absoluta de la tubera de plstico =0.0015 y conociendo el dimetro podremos determinar la rugosidad relativa que nos servir posteriormente:/D = 0.000115 para D = 13mm/D = 0.000085 para D = 17.5mm/D = 0.000068 para D = 22mmLuego, determinaremos el nmero de Reynolds con la siguiente frmula:

Como desconocemos la viscosidad cinemtica, emplearemos la tabla de la pgina 26 del libro de Sotelo y, junto con la temperatura que medimos obtenemos que: = 0.9x10-6 m2/seg para T = 25CCon ello, podremos emplear la frmula modificada de Colebrook-White que nos dar el dato ms parecido al que se puede ver en la tabla de Moody:

Donde:G = 4.555 y T = 0.8764 para 4000 < Re < 105G = 6.732 y T = 0.9104 para 105 < Re < 3x106La siguiente tabla muestra la velocidad para cada dimetro con respecto a cada gasto y sus correspondientes nmeros de Reynolds.Q (lps)D1 (m)D2 (m)D3 (m)V1V2V3Re1Re2Re3

0.46230.013

0.022

0.0175

3.481.221.9250313.8929730.9337376.03

0.69695.251.832.9075835.2944811.7656334.79

0.86486.522.283.6094112.3955611.8669912.06

0.92686.982.443.85100860.9359599.6474925.26

0.94277.102.483.92102587.4060619.8376207.79

0.94557.122.493.93102893.7160800.8376435.33

Con estos valores, ya podemos sustituir en la frmula modificada de Colebrook-White. La siguiente tabla muestra estos valores para cada tramo de tubera y gasto:Q (lps)D1 (m)D2 (m)D3 (m)f1f2f3

0.46230.0130.0220.01750.02130.02380.0225

0.69690.01970.02170.0206

0.86480.01890.02080.0198

0.92680.01870.02050.0195

0.94270.01860.02040.0194

0.94550.01860.02040.0194

Las prdidas por accesorios se pueden buscar en el libro de Sotelo a partir de la pgina 296. En nuestro sistema disponemos de dos codos de 180 con bridas, el dimetro que les consideraremos ser el del mayor de las tuberas, es decir 22mm. En la tabla de la pgina 306 nos indica que el coeficiente de prdida para estos valores ser de 0.46. A pesar de que hay otros accesorios, algunos de estos no se encuentran en el recorrido que hemos medido por lo que no son considerados.Finalmente, con todos estos valores y, sabiendo que todos los tramos tienen una longitud de 0.70m, podemos sustituir en nuestra frmula inicial y determinar las prdidas de carga para cada gasto.Caudal Q (lps)H (cm) ExperimentalH (m) Terico

0.4623159.601.005835

0.6969333.702.116741

0.8648509.103.138879

0.9268571.703.562379

0.9427594.803.674546

0.9455598.603.694615

Como se puede observar los valores de las prdidas de carga varan considerablemente entre ambos mtodos, vindose muy reducido por el mtodo terico. Esto se puede deber a que no se han considerado ciertas prdidas que podran estar presentes. Que los valores de los coeficientes no son completamente precisos, o que se haya cometido algn error de clculo al manejar cantidades muy complejas en formulas muy extensas. Sin embargo, se puede ver que la tendencia de la prdida de carga es la misma entre ambos procesos, dndonos una idea de que este se esta comportando como se esperase.Contesta lo siguiente:1. Por qu es importante para un diseador de sistemas, tener conocimiento de la degradacin de la energa en una red de tuberas? Porque como es sabido, cuando se efecta una transformacin de energa de una forma a otra siempre surge energa trmica, aun cuando ste no sea el objetivo que se quiera; se trata de energa trmica no utilizable, aunque se sabe que aun as se cumple el principio de conservacin debido a que no se produce destruccin de energa, el diseador la debe tener en cuenta porque al final la energa que se obtiene en el modo deseado ser menor a la energa empleada al principio.2. Sugiere situaciones prcticas donde podran encontrarse redes de tubera en serie. Radiadores de los automviles Redes de distribucin hidrulica de casa habitacin Productos en depsitos y tanques de acero inoxidable Conclusin:Las tuberas conectadas en serie son ampliamente utilizadas para transportar fluidos, especialmente agua, desde largas distancias; debido a ello, es necesario saber la prdida de energa que se presenta durante su trayecto, ya que esto nos puede indicar en qu condiciones se obtendr el agua. Por eso, para su anlisis, requerimos determinar las prdidas por friccin provocadas por las tuberas, la carga obtenida de la presin y de la velocidad en cada punto, as como la de posicin, por la que generalmente, los depsitos de agua se encuentran a grandes alturas.Por otra parte, las tuberas en serie, pese a parecer un solo y largo tubo, en realidad se distingue por los distintos dimetros y posiciones de sus tuberas, los materiales con los que estn hechos suelen ser los mismos a lo largo del sistema y la presencia de accesorios, como vlvulas o codos, presentan un efecto pequeo en la prdida de carga que, sin embargo, no se deben despreciar para obtener un resultado preciso.En la prctica hemos observado que la prdida de carga producida a lo largo de toda la tubera ser igual a la suma de las prdidas de carga en cada tramo. Por otra parte, el gasto ser el mismo en cualquier punto de esta.Referencias:http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/manometros-digitales.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_rozamientohttp://dikoin.com/catalogos/equipos-didacticos/fundamentos_mecanica_fluidos/banco_hidraulico/http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_(fluido)Sotelo vila; Hidrulica General: Volumen 1; Limusa Noriega Editores; 2007.