Introducción Objetivos Teoría

LABORATORIO DE TERMICA Y FLUIDOS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
Práctica 2
PRESENTACION
EXÁMEN RÁPIDO
FORMATO
CALCULOS
RESULTADOS
DISCUSION DE
RESULTADOS
CONCLUSIONES
Mecánica de Fluidos
Caída de Presión en
Tuberías
NOMBRE
MATRICULA
PROFESOR
INSTRUCTOR
TOTAL
5%
10%
10%
20%
20%
15%
20%
100%
Introducción
Todas las tuberías, válvulas y accesorios que constituyen una red de flujo presentan
cierta resistencia al paso de un fluido a través de ellas. Esta resistencia debida a la fricción
provoca una disminución en la energía del fluido. La pérdida de energía debe ser tomada en
cuenta para el diseño de los sistemas hidráulicos, con el objeto de proponer elementos que
contrarresten ésas pérdidas y lograr que el fluido llegue al lugar deseado.
Objetivos
Determinar el flujo volumétrico del agua en una tubería medido con un venturi y
compararlo contra el flujo volumétrico estimado con ecuaciones..
Teoría
Cuando hacemos circular un fluido a través de una tubería, observamos que existe una
pérdida de energía debida a la fricción existente entre el fluido y la tubería. Esta pérdida de
energía se manifiesta como una disminución de la presión del fluido. Esta caída de presión en
una tubería horizontal, sin accesorios se puede calcular de la siguiente manera:

P  1 2  L 
 V  f
  2  D 
El flujo en el la sección de tubo a medir se obtiene do la siguiente manera:
Qtubo 
 2 D 4  P 
L
8   f
D
donde
P es la caída de presión que queremos medir,
 es la densidad del fluido que estamos midiendo,
f es el factor de fricción,
L es la longitud del tramo de tubería,
D es el diámetro de la tubería, y
v es la velocidad promedio del fluido dentro de la tubería.
1
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La caída de presión que ocurre a través de un tramo de tubería puede determinarse con
la ayuda de un manómetro diferencial conectado en los extremos de la tubería. El manómetro
diferencial consta de dos mangueras que se conectan a un par de tubos piezométricos
graduados, donde el agua se levanta hasta un nivel y nos permite apreciar una diferencia de
alturas. Para calcular la diferencia de alturas y el diferencial de presión se utiliza la siguiente
ecuación:
P   agua  g  h
Para determinar la velocidad promedio del fluido dentro de la tubería se utiliza un
medidor venturi, que consiste en una disminución gradual en el diámetro de la tubería como se
muestra en la siguiente figura:
D1
D
Aplicando la ecuación de Bernoulli para esta sección, podemos encontrar que una
aproximación de la velocidad está dada por:
Q  Cd Venturi At
2P1  P2 
 1   4 
Donde:
4.5
Cd Venturi  0.9858  0.196 

D0
D1
D 0 2
At 
4
La caída de presión a través del medidor venturi se puede medir con la ayuda de los
tubos piezométricos. Algo también importante es el cálculo del factor de fricción f. Este factor
depende de las propiedades físicas del fluido (como su viscosidad y su densidad), y del flujo.
Además depende de las propiedades de la tubería como son el diámetro y la rugosidad. Una
manera de obtener el valor del factor de fricción es ayudándose del diagrama de Moody y otra
es utilizando la ecuación de Colebrook.
Ec. de Colebrook:

2.51
 2 log  D 
 3.7 Re f
f

1
2




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Equipo
43
42
44
52
7
8
21
49
39
41
38
40
37
51
36
4
20
45
50
47
19
25
29
3
33
16
34
35
48
12
18
24
32
28
2
6
15
46
17
11
9
27
23
31
1
14
5
10
26
22
Fit
Drain
30
13
Diagrama de flujo del aparato
Diagrama del circuito de agua.
Bibliografía
[1] Crane; Flujo de Fluidos en Válvulas y Accesorios; McGraw Hill, 1989.
[2] Mott, Robert L. Mecánica de Fluidos Aplicada; 4ª edición; Prentice Hall; 1996.
[3] White, Frank M. Fluid Mechanics; 3rd Edition, Mc Graw – Hill; 1994
Anexo
El Circuito del Fluido para estudio de flujo de un fluido incompresible en varias
tuberías debe incluir:
1 cuatro tubos resistentes a la corrosión de diferentes diámetros e igual longitud
experimental, teniendo cada uno tres tomas para medir la presión; y conectados con varias
pruebas T’s, codos y válvulas que al combinar formar una amplia variedad de arreglos de
tuberías;
2 un motor de 1/4 hp, una bomba centrífuga y un control de encendido (S.P.S.T. de
construcción impermeable;
3 un tanque de suministro de fluido hecho de fibra de vidrio para prevenir la corrosión con
una capacidad de 14 galones, y un tubo de vidrio sellado para mediciones de flujo;
4 un tanque cilíndrico con paredes transparentes para facilitar la observación de la descarga
de flujo laminar y turbulento de un circuito o tubo;
5 dos dispositivos de medición de flujos: un venturi transparente y un orificio transparente
diseñados para ser intercambiables;
6 dos manómetros diferenciales o cuatro manómetros individuales contenidos en una base
y tomas de presión en todo el sistema;
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Detalles:
Longitud estándar experimental de tuberías tipo L, drawn-copper, tubería de agua;
Tubo # 4
Tamaño nominal in ........... 1
Diámetro exterior in ........... 1.125
Diámetro interior in ........... 1.025
Tubo # 3
Tamaño nominal in ........... 3/4
Diámetro exterior in ......... 0.875
Diámetro interior in............ 0.785
Tubo # 2
Tamaño nominal in ........... 1/2
Diámetro exterior in .......... 0.625
Diámetro interior in .......... 0.545
Tubo # 1
Tamaño nominal in .............3/8
Diámetro exterior in ........... 0.500
Diámetro interior in............ 0.430
Orificio:
Orificio borde afilado; Diámetro in .........................
Orificio opcional borde afilado; Diámetro in ..........
Orificio opcional borde redondo; Diámetro in ........
0.625
0.562
0.562
Venturi:
Diámetro de entrada in............................................
Diámetro de estrangulación in................................
1.025
0.625
Tanque de Suministro:
Diámetro externo in ................................................
Diámetro interno in .................................................
Capacidad gal ..........................................................
12 3/8
12
14
Bomba centrífuga :
NPT succión in ........................
NPT descarga in.......................
Capacidad, 10 ft. head gph ......
Capacidad, 2 ft. head gph .........
Motor:
Volts y Amps ...................... 115 y 5.2
Ciclos por segundo .............. 60
Caballos de potencia ............ 1/4
Velocidad, max rpm ........... 1725
Control de encendido S.P.S.T.
Enchufe, Tierra tipo Y
Dimensiones:
Longitud in ................................................................
Ancho in ....................................................................
Altura, sin manómetros in .........................................
Altura, con manómetros in ........................................
Peso, sin fluido lbs ....................................................
Peso de embarque lbs ................................................
4
109
23
52
81
230
315
1
1
300
1320
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Mecánica de Fluidos
Flujo Turbulento
Equipo _________
Grupo: _________
Nombre:______________________________
Fecha___________
Matrícula______________
Resultados experimentales y procedimiento:
Medidor Venturi
No. vueltas
a la válvula
h (in)
Tubería de 1 in de Diámetro
h (m)
h (in)
h (m)
Procedimiento
i.
Abre y cierra las válvulas que sean necesarias para establecer un circuito que incluya la
tubería de mayor diámetro (1in) donde se determinará la caída de presión, y que pase a
través del medidor venturi.
ii. Conecta las mangueras del manómetro diferencial al tramo de tubería de 1 in.
iii. Conecta las mangueras del otro manómetro diferencial al medidor venturi.
iv. Enciende la bomba del circuito de agua.
v. Regula el flujo por medio de la válvula que en el diagrama aparece con el número 52 y
permite que se establezca el estado estable.
vi. Observa y registra las lecturas manométricas en la escala graduada y verifica que no
presente aire..
vii. Modifica el flujo volumétrico moviendo la válvula 52, permitiendo 4 diferentes aperturas:
viii. Para cada apertura observa y registra las lecturas manométricas en la escala graduada y
anótalas en la tabla de resultados experimentales.
Cálculos:
1. Calcula el flujo volumétrico a partir de la lectura piezométrica registrada en el venturi.
2. Calcula el flujo volumétrico con la lectura piezométrica registrada en el tubo de 1 in.
3. Llena la tabla de resultados que se muestra en la siguiente página y obtén tus conclusiones.
Resultados:
Flujo
Qventuri [m3/s]
Qtubo [m3/s]
% error
Conclusiones:
1. Según tus conocimientos discute ¿qué resultados esperabas obtener al medir el flujo
volumétrico en el tubo y en el venturi?
2. ¿Qué porcentaje de error encontraste entre los resultados del flujo en el tubo y en el
venturi?,¿Cuál de los dos métodos de medición de flujo recomendarías utilizar?, ¿Porqué?
3. Escribe 3 conceptos que hayas aprendido en ésta práctica.
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