Mecánica de fluidos: noviembre 2016

jueves, 17 de noviembre de 2016

Este blog fue creado por Lina Maria Muñoz Montaño, estudiante de sexto semestre de la Universidad de America, con el fin de llevar a cabo los informes de laboratorio de la asignatura: Mecánica de Fluidos, dirigida por el profesor Carlos Arturo Mendoza.
El blog consta de 4 informes de laboratorio, con procedimiento, calculos, resultados, análisis y conclusiones de cada práctica realizada.

domingo, 6 de noviembre de 2016

Laboratorio No 4

PERDIDAS POR FRICCIÓN EN

ACCESORIOS

La pérdida de carga en una tubería o canal es la pérdida de presión que se produce en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Pérdidas primarias:

Se producen cuando el fluido se pone en contacto con la superficie de la tubería. Esto provoca que se rocen unas capas con otras (flujo laminado) o de partículas de fluidos entre si (flujo turbulento). Estas pérdidas se realizan solo en tramos de tuberías horizontal y de diámetro constante.

Pérdidas secundarias o singulares:

Se produce en transiciones de la tubería (estrechamiento o expansión) y en toda clase de accesorios (válvulas, codos). En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías son importantes dos factores:

Que la tubería sea lisa o rugosa
Que el flujo sea laminar o turbulento.

Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen otro tipo de pérdidas que se originan en puntos singulares de las tuberías (cambios de dirección, codos, juntas...) y que se deben a fenómenos de turbulencia. La suma de estas pérdidas de carga accidentales o localizadas más las pérdidas por rozamiento dan las pérdidas de carga totales.

Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas sólo se pueden determinar de forma experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente empírico (K):

hL = K * (v2 / 2g)

Donde v es la velocidad (m/s)

g es la gravedad (m/s2)

Para poder hacer los cálculos de las pérdidas de carga secundarias, a continuación se muestra un ejemplo de accesorios (accidentes) y su respectivo valor del coeficiente de perdida de carga:

VALORES DEL COEFICIENTE K EN PÉRDIDAS SINGULARES
Accidente	K	L/D
Válvula esférica (totalmente abierta)	10	350
Válvula en ángulo recto (totalmente abierta)	5	175
Válvula de seguridad (totalmente abierta)	2,5	-
Válvula de retención (totalmente abierta)	2	135
Válvula de compuerta (totalmente abierta)	0,2	13
Válvula de compuerta (abierta 3/4)	1,15	35
Válvula de compuerta (abierta 1/2)	5,6	160
Válvula de compuerta (abierta 1/4)	24	900
Válvula de mariposa (totalmente abierta)	-	40
T por salida lateral	1,80	67
Codo a 90º de radio corto (con bridas)	0,90	32
Codo a 90º de radio normal (con bridas)	0,75	27
Codo a 90º de radio grande (con bridas)	0,60	20
Codo a 45º de radio corto (con bridas)	0,45	-
Codo a 45º de radio normal (con bridas)	0,40	-
Codo a 45º de radio grande (con bridas)	0,35	-

OBJETIVOS

- Determinar las pérdidas por fricción en accesorios tipo codos, Tés, etc.

- Determinar experimentalmente el valor promedio de las constantes para cada uno de los aditamentos utilizados: codos de 90°, codos de 45°, Tés y otros accesorios.

- Comparar los resultados obtenidos con los reportados por literatura.

- Calculas la longitud equivalente de cada uno de los codos, tés, etc. Y comparar los datos con los hallados en la bibliografía

MATERIALES

Un banco de fluidos como el siguiente:

Dos cronómetros

Dos beakers plásticos de 1000 ml

Dos probetas de 2000 cm3

PROCEDIMIENTO

- Revise si el nivel del agua en el depósito es el indicado para su correcta operación y verifique la instalación eléctrica

- Determine los diferentes acoples para la instalación de las tomas de presión.

- Anote los datos iniciales de la columna de mercurio.

- Coloque en posición abierta todas las válvulas del sistema y prenda la bomba.

- Verifique la ausencia de aire en el sistema y elimine éste manteniendo el banco en funcionamiento durante varios minutos.

- Revise la buena operación del medidor principal de caudal.

- Considerando el tramo de tubería a utilizar, cierre una a una las válvulas de los tramos que no sean de interés.

- Espere a que el sistema se estabilice.

- Tomar para cada sector del accesorio a medir los valores de presiones con los dos manómetros disponibles y varía el caudal diez veces, tomando simultáneamente el aforo con el beaker y tome nota del tiempo.

- Inicie con flujos bajos y aumente éste o con flujos altos y luego disminuya el caudal, tomando para cada uno de ellos los datos de las presiones, caudales, volúmenes y tiempos.

- Cada vez que cambie el accesorio, cierre completamente la válvula que regula el flujo y apague la bomba.

- A continuación instale los medidores de presión en el nuevo accesorio a usar y repita el procedimiento descrito.

- Al terminar la práctica cierre lentamente la válvula que controla el flujo y suspenda el circuito eléctrico.

RESULTADOS Y CÁLCULOS

ACCESORIOS

1. Válvula de Bola

Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)

2000 6,89 290,27

2000 6,60 303,03

promedio 296,65

Tablas

Le/ D = 150 k=150*0,027

ff= 0,027 k= 4,05

A= 2, 6302 cm2

v= Q/A = 296,65/ 2,6302 = 112,78 cm/s -----> 1,1278 m/s

hL teorico = 4,05 ((1,1278m/s)^2/2*9,81m/s2)

hL teorico = 0,2625 m

Pentrada = 532 mmHg Psalida= 550 mmHg

∆P= 18 mmHg

∆P = 2,399 KPa= 2399 Pa

hL experimental= 2399Pa/9800 N/m3 = 0,2447 m

Error = 0,2625-0,2447 / 0,2625 x100 = 6,78%

2. Válvula de Globo

Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
2000 5,90 338,98
2000 6,11 327,33
promedio 333,155
Tablas
Le/ D = 340 k=340*0,027
ff= 0,027 k= 9,18
A= 2, 6302 cm2

v= Q/A = 333,155/ 2,6302 = 126,6 cm/s -----> 1,266 m/s
hL teorico = 9,18 ((1,266m/s)^2/2*9,81m/s2)
hL teorico = 0,7499 m

Pentrada = 270 mmHg Psalida= 705 mmHg
∆P= 335 mmHg
∆P = 44,66 KPa= 44660 Pa
hL experimental= 44660Pa/9800 N/m3 = 4,55 m

Error = 0,7499-4,55 / 0,7499 x100 = 506,7%

3. Tee de 1/2"

Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1450 4,53 320
1360 4,36 312
promedio 316
Tablas
Le/ D = 60 k=60*0,027
ff= 0,027 k= 1,62
A= 2, 6302 cm2

v= Q/A = 316/ 2,6302 = 120,14 cm/s -----> 1,2014 m/s
hL teorico = 1,62 ((1,2014m/s)^2/2*9,81m/s2)
hL teorico = 0,119 m

Pentrada = 531 mmHg Psalida= 549 mmHg
∆P= 18 mmHg
∆P = 2,3998 KPa= 2399 Pa
hL experimental= 23998Pa/9800 N/m3 = 0,2448 m

Error = 0,119-0,2448 / 0,119 x100 = 105,7%

TUBERIAS

1. Cobre 3/4"

Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1650 4,21 391,9
1600 3,98 402,01
  promedio 396,955
Tablas
L= 3m
A= 2, 812 cm2
(v)= 1,02 E-6

v= Q/A = 396,955/ 2,812 = 141,16 cm/s -----> 1,4116 m/s
Re= v D/(v)
Re = 1,4116m/s * 0,02223m/ 1,02 E-6
Re = 30764,57 ----> TURBULENTO
ff = 0,0234
hL teorico = 0,0234 (3*1,4116)/(2*9,81*0,0223)
hL teorico = 0,227 m

Pentrada = 530 mmHg Psalida= 550 mmHg
∆P= 20 mmHg
∆P = 2,666 KPa= 2666 Pa
hL experimental= 2666Pa/9800 N/m3 = 0,272 m

Error = 0,227-0,272 / 0,227 x100 = 19,8%

2. Cobre 1/2"

Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1540 3,84 401,04
  promedio 401,04
Tablas
L= 3m
A= 1,407 cm2
(v)= 1,02 E-6

v= Q/A = 401,04/ 1,407 = 285,287 cm/s -----> 2,85287 m/s
Re= v D/(v)
Re = 2,85287m/s * 0,01588m/ 1,02 E-6
Re = 44415,27 ----> TURBULENTO
ff = 0,0217
hL teorico = 0,0217 (3*2,85287)/(2*9,81*0,01588)
hL teorico = 0,596 m

Pentrada = 530 mmHg Psalida= 570 mmHg
∆P= 40 mmHg
∆P = 5,333 KPa= 5333 Pa
hL experimental= 5333Pa/9800 N/m3 = 0,544 m

Error = 0,596-0,544 / 0,596 x100 = 8,7%

3. Tuberia galvanizada 3/4"

Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1740 4,13 421,3
  promedio 421,3
Tablas
L= 3m
A= 3, 817 cm2
(v)= 1,02 E-6

v= Q/A = 421,3/ 3,817 = 110,37 cm/s -----> 1,1037 m/s
Re= v D/(v)
Re = 1,1037m/s * 0,022047m/ 1,02 E-6
Re = 23856,15 ----> TURBULENTO
ff = 0,0516
hL teorico = 0,0516 (3*1,1037)/(2*9,81*0,022047)
hL teorico = 0,395 m

Pentrada = 538 mmHg Psalida= 552 mmHg
∆P= 14 mmHg
∆P = 1,866 KPa= 1866 Pa
hL experimental= 1866Pa/9800 N/m3 = 0,19 m

Error = 0,395-0,19 / 0,396 x100 = 51,8%

ANALISIS DE RESULTADOS

Los márgenes de error generales puede deberse a errores humanos, pues la mayoría de datos y cálculos se realizaron a través de las tablas, errores humanos en la toma del caudal, en leer los datos del manómetro, en no cerrar y abrir las válvulas al tiempo.

Las pérdidas de carga secundarias por accesorios pueden ser grandes o pequeñas, en este caso descubrimos que en la válvula de globo se da una pérdida de carga muy grande en comparación a las demás.

En las tuberías a pesar de que los flujos fueron todos turbulentos, las pérdidas de carga no fueron muy grandes lo que favorece al estado de las tuberías con el paso del tiempo.

CONCLUSIONES.

- Determinamos las pérdidas de fricción en accesorios tipo codos, Tés, etc.

- Se compararon los resultados obtenidos con los reportados por literatura.

- Al comparar las pérdidas primarias y secundarias descubrimos que no hay mucha diferencia entre estas generalmente.

- A la hora de calcular las pérdidas de carga total se deben tener en cuenta las primarias y secundarias.

BIBLIOGRAFÍA.

http://es.slideshare.net/yuricomartinez/labo-4-prdida-de-carga-en-tuberas-y-accesorios

http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Perdidaccesorios.htm

Tablas de perdidas por accesorios dadas en clase

miércoles, 2 de noviembre de 2016

Laboratorio No 3

PERDIDAS DE CARGA

Pérdidas primarias:

Pérdidas secundarias:

Que la tubería sea lisa o rugosa

Que el flujo sea laminar o turbulento.

Ecuación General de pérdida de Carga

Todas las cantidades de esta ecuación excepto f, pueden determinarse experimentalmente midiendo el caudal y el diámetro interior del tubo, se calcula la velocidad, las pérdidas de energía o de carga se miden con un manómetro diferencial conectado en los extremos de la longitud deseada.

Los experimentos han demostrado que, para flujo turbulento, las pérdidas de carga varían directamente con la longitud de la tubería, de la rugosidad de la superficie interior del tubo, de las propiedades de densidad y viscosidad del fluido, pero son independientes de la presión.

OBJETIVOS

PARTE A. FLUJO LAMINAR

- Determinar las pérdidas primarias con flujo Laminar

- Determinar el Factor de Fricción experimental del tubo

- Comparar el factor de fricción experimental con el teórico

PARTE B. FLUJO TURBULLENTO

- Determinar las pérdidas primarias con flujo Turbulento

- Determinar el Factor de Fricción experimental del tubo

- Comparar el factor de fricción experimental con el teórico

MATERIALES

Modulo Basico Gunt HM 150. Con bomba centrífuga sumergible de 250W de potencia y caudal máximo de 150

Modulo Gunt HM 150.01

Jarra de aforo

Cronómetro

PROCEDIMIENTO

PARTE A

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.

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 2cm 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 jarra aforada suministrada, midiendo el tiempo empleado en la recolección.

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.

PARTE B

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.

5. Medir el caudal tomando un volumen aproximado de 2 litros, en la jarra aforada, y contabilizando el tiempo requerido.

6. Repetir el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el caudal con la válvula N°2.

RESULTADOS Y CÁLCULOS

Las fórmulas necesarias para llevar a cabo los resultados y cálculos son:

caudal Q= V/ T

velocidad v= Q/A

Número de Reynolds, Re= vD/(v)

fexp = (2 g hLexp D)/(L v2)

fteor= diagrama de moody

MARGENES DE ERROR

PARTE A : FLUJO LAMINAR

hL 1 : (0,119 - 0,203)/ 0,119 x 100 = 70,58% f 1= (0,029- 0,049)/ 0,029 x100= 68,9%

hL 2 : (0,139 - 0,186)/ 0,139 x 100 = 33,8% f 2= (0,025- 0,033)/ 0,025 x100= 32%

hL 3 : (0,131 - 0,128)/ 0,131 x 100 = 2,29% f 3= (0,026- 0,025)/ 0,026 x100= 3,8%

PARTE B : FLUJO TURBULENTO

hL 1 : (1,85 - 2,04)/ 1,85 x 100 = 10,27% f 1= (0,022- 0,024)/ 0,022 x100= 9,09%

hL 2 : (1,44 - 1,428)/ 1,44 x 100 = 0,83% f 2= (0,021- 0,0207)/ 0,021 x100= 1,4%

hL 3 : (1,11 - 1,02)/1,11 x 100 = 8,1% f 3= (0,021- 0,019)/ 0,021 x100= 9,5%

ANALISIS DE RESULTADOS

Parte A

Para el caso de flujo laminar, los valores de Reynolds nos dieron muy cercanos a lo estipulado por la literatura, pero aun asi se salieron del rango, esto se puede deber a errores humanos pues era complicado saber cuánto abrir las válvulas, así como también tomar la medición de caudal.

Respecto a las pérdidas de carga, que fueron nuestro objetivo inicial, obtuvimos valores cercanos a los teóricos pues nos acercamos aun error mínimo de 2,29% que pudo haber sido por exactitud.

El factor de fricción también obtuvo valores de error grandes en comparación con los del flujo turbulento, esto también puede deberse a la toma del caudal pues la velocidad esta totalmente relacionada.

El número de Reynolds es proporcional a la pérdida de carga como se puede apreciar la gráfica.

Parte B

Para el caso del flujo turbulento, los valores de Reynolds experimentales tuvieron valores acertados segun la literatura, los cuales tenian que ser mayores a 4000. En las pérdidas de carga tuvimos unos muy buenos resultados ya que los porcentajes de error calculados entre los datos teóricos y experimentales son demasiado bajos, teniendo un máximo de 10,27% y un mínimo de 0,83%.

Los valores de factor de friccion nos dieron muy cercanos a los del diagrama de Moody y el margen de error pudo deberse a error humano a la hora de tomar los datos de la gráfica ya que no son muy precisos.

La pérdida de carga es proporcional al número de Reynolds, por lo tanto es proporcional a la velocidad como se muestra en la gráfica.

Comparando los dos tipos de flujo y sus respectivas perdidas de carga, podemos concluir que el flujo turbulento tiene mayor pérdida de carga que el flujo laminar, esto puede deberse a la velocidad del flujo o a que el flujo turbulento tambien puede darse por rugosidad del tubo e imperfecciones.

CONCLUSIONES

- Se determinaron las pérdidas primarias con flujo laminar y turbulento

- En comparación de los dos flujos, el flujo laminar produce menos pérdida de carga que el turbulento.

- El factor de fricción dio muy arecido en ambos casos, por tanto no es dependiente del número de Reynolds.

- Se determinaron los datos experimentales y se compararon con los teóricos.

BIBLIOGRAFIA

http://www.miliarium.com/Prontuario/MedioAmbiente/Aguas/PerdidaCarga.asp

https://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9rdida_de_carga

Tablas dadas en clase.