UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA METREPOLITANA
LABORATORIO MECANICA Y FLUIDOS


Introducción

Las pérdidas de cargas son las pérdidas de presión que sufren los fluidos en su circulación a través de una tubería. Son debidos a los rozamientos de los fluidos con las paredes de las tuberías y a los rozamientos de las distintas capas de los fluidos.
Se pueden diferenciar dos tipos de pérdida de cargas:
-Perdida de cargas lineales: son las que se produce a lo largo de toda la tubería.
-Perdida de cargas en singularidades: son las que se producen en los accesorios como coderas.
En esta experiencia de laboratorio se vera los factores que influyen en la perdida de carga, se relacionara el gradiente hidraulico y la velocidad, ademas se calculara los respectivos coeficientes de perdida para las singularidades y los tipos de flujos que circulan por medio del numero de Reynolds.

Objetivos
- Determinar teóricamente los coeficientes de fricción para cada cañería, para así poder hacer su analisis respectivo
- Evaluar las perdidas por efectos de fricción de cada cañería

Desarrollo

El equipo consiste en una sistema de tubos por donde circula agua, los cuales cada uno tiene su propia llave de paso y cada tubo esta constituido por cobre, PVC yacero galvanizado. El agua desemboca en un recipiente donde se mide el caudal.


1._ cañería de cobre media pulgada con inclinación positiva
2._ cañería de cobre media pulgada con inclinación negativa
3._ cañería de cobre 3/4 pulgada singularidades.
4._ cañería de cobre 3/8 pulgada
5._ cañería de cobre 3/4 pulgada
6._ cañería de PVC 3/4 pulgada
7._ cañería de fierro galvanizado ¾ pulgada
Todas las medidas anteriores se refieren al diametro de la cañería.

El esquema utilizado para esta experiencia consta de
1. Un estanque en altura. desde el cual baja el flujo de agua hacia la tubería seleccionada, este flujo cabe señalar que es constante.

2. Manómetro de agua con sus respectivas mangueras a cada tubería. Utilizado en la experiencia para medir el DH

3. Otro estanque, el cual recibe el caudal que fluye a través de la tubería seleccionada.

4. Una bomba la cual impulsa el agua al estanque mas alto.

5. Set de tuberías que en este caso se usaron una de Fe Galvanizado, PVC y una de contracción fuerte.

6. Cronometro.

7. Balde para medir

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se hace circular agua por el tubo que seleccionamos primero, haciendo circular el agua solamente por ese tubo por medio de las llaves de paso que presentan cada una de las cañerías. Abrimos la llave de paso de lacañería que seleccionamos, dejando las demas cerradas. Se registran la altura manométrica, y el caudal de salida.
Este procedimiento se realiza para cada una de las cañerías presente en el sistema.
Para la realización de esta experiencia hay que tener ciertas consideraciones como eliminar el aire del manómetro cada vez que se haga una medición y mantener una altura de carga constante.
Luego obtenido los datos se obtienen los siguientes indicadores

Gradiente hidraulico: HF/L; donde HF: H1-H2 y L es la distancia entre las dos secciones.
Velocidad media del flujo: Q/A; donde Q es el caudal de salida y A es el area de la sección trasversal de la cañería.
Numero de Reynolds:

Donde
ρ: densidad del fluido
vs: velocidad característica del fluido
D: diametro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema
μ: viscosidad dinamica del fluido
ν: viscosidad cinematica del fluido
Factor de Fricción: (HF/L)*(2GD/V´2), este factor de fricción se puede obtener por medio de la tabla mody, el cual hay que entrar por numero de Reynolds y comparar el teórico con el real.

En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos durante la experiencia.

# | Tipo cañería | ΔH (m) | Z1 | Z2 | Ø | L (m) | T1 | T2 | Tpromedio |
1 | Fierro galvanizado pérdidaprimaria | 0,91 | - | - | ¾ | 2.5 | 8,5 | 9.03 | 8,255 |
2 | Cobre pendiente positiva | 0,835 | 132 | 101 | ½ | 3.43 | 25,6 | 23,41 | 24,505 |
3 | Cobre de cobre pendiente negativa | 0,913 | 39 | 73 | ½ | 3.43 | 18,8 | 18,4 | 18,6 |
4 | Cobre 3/4 pérdida secundaria | 1,06 | - | - | ¾ | - | 9,0 | 7,8 | 8,4 |
5 | PVC 3/4” perdida primaria | 0,601 | - | - | ¾ | 2.5 | 6,7 | 6,9 | 6,8 |
6 | Cobre pérdida primaria 3/4” | 0,827 | - | - | ¾ | 2.54 | 7,4 | 6,3 | 6,85 |
7 | Expansión brusca de 3/4 a 3” perdida secundaria | 0,143 | - | - | 3/4 a 3 | - | 8,4 | 8,64 | 8,52 |
8 | Contracción brusca de 3 a 3/4” perdida secundaria | 0,608 - | 3 a 3/4 | - | 7,9 | 7,68 | 7,79 |

Luego para la obtención del coeficiente de fricción es necesario hacer una serie de calculos teóricos explicados a continuación:

1- Primero se obtiene el caudal por cada cañeria, que se calcula midiendo el tiempo que se demora en llenar 5 lts de agua (0.005m^3):

2- Luego de obtener los Caudales para cada tipo de cañería se procede a calcular sus velocidades respectivas con la siguiente relación:

3- Ahora que conocemos las Velocidades respectivas, estamos en condiciones de encontrar elNúmero de Reynolds con la siguiente expresión:

Re: D*V*ρ /µ |
Con µ: 0.897*10^-6 ;ρ: 0.997 a 25°C

4-Finalizando con el calculo delcoeficiente de fricción:
F=











En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos teóricamente con los pasos recién descritos, incluyendo dos formas diferentes de obtener el coeficiente de fricción:
# | Tipo cañería | Q (m^3/s) | ø (m) | V (m/s) | IRe
| F= 0.316/(Re^0.25) | F |
1 | Fierro galvanizado pérdida primaria | 0,00060569 | 0.01905 | 2,125069 | 44995 | 0,02169674 | 0,030095 |
2 | Cobre pendiente positiva | 0,00020404 | 0.0127 | 1,610712 | 22736 | 0,02573392 | 0,023356 |
3 | Cobre pendiente negativa | 0,00026882 | 0.0127 | 2,122070 | 29954 | 0,02401986 | 0,014713 |
4 | Cobre 3/4 pérdida secundaria | 0,00059524 | 0.01905 | 2,088386 | 44218 | 0,02179139 | 0,090747 |
5 | PVC 3/4” | 0,00073529 | 0.01905 | 2,579771 | 54623 | 0,02067009 | 0,013487 |
6 | Cobre pérdida primaria 3/4” | 0,00072993 | 0.01905 | 2,560941 | 54224 | 0,02070798 | 0,018536 |
7 | Expansión brusca de 3/4 a 3” | 0,00058685 | 0.01905 a 0.0762 | 2,058972 a 0,128685 | 43596 a 10898 | 0,0218688a0,03092721 | 0,012594a10,78170 |
8 | Contracción brusca de 3 a 3/4” | 0,00064185 | 0.0762 a0.01905 | 0,140744a 2,251918 | 11920 a47681 | 0,03024233a0,02138452 | 54,83511a0,044766 |

De donde F se obtuvo con lo siguientes datos: F=
H | 2g | D | hf2gD | V^2 | L | v^2L | F |
0,91 | 19,6 | 0,01905| 0,3397758 | 4,51591825 | 2,5 | 11,2897956 | 0,03009583 |
0,835 | 19,6 | 0,0127 | 0,2078482 | 2,59439315 | 3,43 | 8,89876849 | 0,02335696 |
0,913 | 19,6 | 0,0127 | 0,22726396 | 4,50318108 | 3,43 | 15,4459111 | 0,01471354 |
1,06 | 19,6 | 0,01905 | 0,3957828 | 4,36135608 | 1 | 4,36135608 | 0,09074765 |
0,601 | 19,6 | 0,01905 | 0,22440138 | 6,65521841 | 2,5 | 16,638046 | 0,01348724 |
0,827 | 19,6 | 0,01905 | 0,30878526 | 6,55841881 | 2,54 | 16,6583838 | 0,01853633 |
0,143 | 19,6 | 0,01905 | 0,05339334 | 4,2393657 | 1 | 4,2393657 | 0,01259465 |
0,608 | 19,6 | 0,0762 | 0,90806016 | 0,01655983 | 1 | 0,01655983 | 54,8351162 |
0,143 | 19,6 | 0,0762 | 0,21357336 | 0,01980887 | 1 | 0,01980887 | 10,7817014 |
0,608 | 19,6 | 0,01905 | 0,22701504 | 5,07113468 | 1 | 5,07113468 | 0,04476612 |

Gradiente Hidraulico. Representa la variación de la energía total respecto a la variación
de la longitud real del conducto. Este gradiente expresa a su vez, la pérdida por fricción por
unidad de longitud de conducto
Hf |
0,364 |
0,24344023 |
0,26618076 |
1,06 |
0,2404 |
0,32559055 |
0,143 |
0,608 |
0,143 |
0,608 |
Hf=hf/L

A continuación se representa un grafico comparativo para los coeficientes de fricción, en donde se ve reflejado una pequeña diferencia (Δ error) que existe entre determinar Fmediante la expresión principal y de la forma que incluye al n° de Reynolds, por lo que se concluye que de ambas formas se alcanza un resultado óptimo para su calculo teórico.

Conclusión

En esta experiencia se midió, registró y determinó el coeficiente de caudal para distintos tipos de tuberías, en base a los resultados obtenidos se concluyó que
Podemos mencionar al respecto de los dispositivos usados que las cañerías.

* Hierro Galvanizado posee los menores coeficientes de fricción mientras que su par de 4 codos obtiene los mas alto

* La tubería de cobre, obtuvo mayores cifras Respecto a las variaciones en la valvula número Reynolds y pérdida de carga

* Respecto al número de Reynolds que estos a medida que aumentan el coeficiente de fricción disminuye

* se logro determinar que el gradiente hidraulico en la tubería de cobre es mayor que en la tubería de PVC, puesto que la primera tiene una pérdida de carga mucho mayor que la tubería de PVC.

* Gradiente Hidraulico. Representa la variación de la energía total respecto a la variación de la longitud real del conducto. Este gradiente expresa a su vez, la pérdida por fricción por unidad de longitud de conducto.

Esta experiencia me pareció que la realizamos muy coordinadamente y que los datos que obtuvimos son bastante cercanos a lo teórico.