Laboratorio No 3

PERDIDAS DE CARGA

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:

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.

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

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 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.