FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL Laboratorio de Pérdida de Cargas en Tuberías AUTORES: Martin Alferano Camila Alexandra (orcid.org/000-0003-2741-9795) Ruvén Espinoza, Josselyn Yulissa (orcid.org//0000-0003-4185-4507) Timoteo Alomia Bruno Angelo (orcid.org//0000-0003-3480-4018) ASESOR: Mg. Trujillo Barzola Alex Darío LIMA - PERÚ 2023 - I I, INTRODUCCIÓN Estudiantes del cuarto ciclo de la escuela de Ingeniería Civil en la Facultad de Ingeniería y Arquitectura (FIA), pertenecientes a la Universidad César Vallejo con sede en Lima- Norte (Los Olivos), elaboramos el presente informe académico; como práctica en laboratorio virtual del presente semestre, dentro de la experiencia curricular de Mecánica de Fluidos. Por tanto, nuestro estudio tiene un fin práctico y teórico, que nos servirá como registro para analizar más a fondo las diversas pérdidas de cargas en distintos tipos de Tubería, siendo de suma importancia dentro de nuestra formación como futuros ingenieros civiles, ya que, el cálculo de estas pérdidas nos permitirá dimensionar con precisión el diámetro de la tubería para que cada dispositivo de consumo reciba el caudal necesario para su proceso de producción. Para la realización del trabajo, se le asignó a cada estudiante un rol específico ya sea de investigación, interpretación o análisis referente al tema a tratar para el contenido del informe, por ello hemos utilizado el laboratorio virtual, donde obtendremos resultados sobre las perdidas de carga de las tuberías teniendo en cuenta la temperatura y las fórmulas para hallarlo. El flujo de un líquido en una tubería va acompañado de pérdidas de energía, generalmente expresadas en términos de energía de peso de fluido circulante ( dimensiones de longitud) llamada habitualmente pérdida de carga, en el caso de tuberías horizontales la pérdida de carga ocurre con una disminución de presión que se puede producir en un fluido, esto puede ocurrir de una forma muy continua a lo largo de los conductos regulares o localizada, algunas de las causas son el estrechamiento, una variación de dirección o la fuga de alguna válvula. Las válvulas y accesorios se encargan de controlar la vía del flujo volumétrico del fluido, generando así turbulencia local en el fluido, ocasionando una pérdida de energía. II. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General • Analizar las diversas pérdidas de cargas en distintos tipos de Tubería. 2.2. Objetivos Específicos • Determinar las pérdidas de cargas ocurridas en una tubería aplicando las fórmulas establecidas. • Identificar la magnitud de las pérdidas en tuberías por defecto de la viscosidad de un fluido. • Analizar las causas de la perdida de carga. III. RESUMEN DEL FUNDAMENTO TEÓRICO IV. RELACIÓN DE APARATOS Y EQUIPOS UTILIZADOS V. PROCEDIMIENTO SEGUIDO 1. Se abrió el enlace del laboratorio virtual, se dio clic en el icono de experimento, para luego posicionar las válvulas de la bomba, en este caso nos dirigimos a la válvula A1 - B2 abiertas y B1- A2 cerradas. B1 – A2 Cerradas Menú Principal B2 – A1 Abiertas 2. Paso siguiente, configuramos las válvulas de acuerdo a la línea en la que se desea realizar el experimento. En este caso se trabajarán 4 líneas • Línea 1: Tubo PVC 32 mm Válvulas abiertas: C2, V03 Válvulas cerradas: V04, V05, V06, V07, V08, V09, V10, V11 Línea 1: Abierta V03 Siempre Abierta C2 Línea 1: Cerradas • Línea 2: Tubo PVC 25 mm Válvulas abiertas:C2, V04 Válvulas cerradas: V03, V05, V06, V07, V08, V09, V10, V11 • Línea 3: Tubo de Cobre 28 mm Válvulas abiertas: C2, V05 Válvulas Cerradas: V03, V04, V06, V07, V08, V09, V10, V11 • Línea 4: Tubo de Acrílico 25 mm Válvulas abiertas: C2, V06 Válvulas Cerradas: V03, V04, V05, V07, V08, V09, V10, V11 3. Conectar las mangueras al manómetro. Presionar anticlick para luego dar 2 veces click al tubo que se desea trabajar. 4. Encender la bomba, primero se desactiva el botón de emergencia. Habilitar la bomba 2, posicionar el potenciómetro de flujo en el centro de su escala. Encender el sistema. Potenciómetro se le puede mover para obtener mediciones que sean visibles 5. Dar click al manómetro, para poder ver calcular la medición. Así mismo dar click al rotámetro. Aquí se podrán visualizar con mejor precisión las mediciones. 6. Finalmente se procede a calcular las mediciones respecto a los diferentes tubos que se piden. Para ello, tener en cuenta que se debe obtener 5 mediciones por cada tubería tanto en manómetro y el rotámetro (Caudal) Posteriormente será anotado en las tablas para su respectivo cálculo. VI. TABLA DE DATOS TOMADOS 6.1. Línea 1: Tipo de Tubería: PVC Diámetro: 32 mm Longitud: 1 m Rug. Absoluta (ε) mm: 0,0015 mm TABLA N. ° 01 6.2. Ensayo N° Q (l/h) Hf práctico (mm de H20) 1 320 5 2 650 6,4 3 1615 20 4 2730 50 5 4360 106 Línea 2: Tipo de Tubería: PVC Diámetro: 25 mm Longitud: 1 m Rug. Absoluta (ε) mm: 0,0015 mm TABLA N. ° 01 Ensayo N° Q (l/h) Hf práctico (mm de H20) 1 690 11,8 2 1390 52 3 2230 134 4 3085 231,6 5 4360 364,8 6.3. Línea 3: Tipo de Tubería: COBRE Diámetro: 28 mm Longitud: 1 m Rug. Absoluta (ε) mm: 0,0015 mm TABLA N. ° 01 6.4. Ensayo N° Q (l/h) Hf práctico (mm de H20) 1 550 16,4 2 730 20 3 1815 47,6 4 2820 87,6 5 3870 142,6 Línea 4: Tipo de Tubería: ACRILICO Diámetro: 25 mm Rug. Absoluta (ε) mm: 0,0015 mm TABLA N. ° 01 Ensayo N° Q (l/h) Hf práctico (mm de H20) 1 675 23,8 2 1480 74 3 2140 132,4 4 3195 253,4 5 4060 378 VII. CÁCULOS REALIZADOS ➢ Convertir el Q (Caudal m3/s) ➢ Convertir el diámetro mm a metros. ➢ Fórmula para hallar 𝑽 = 𝑸 ( 𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝟐 ) 𝝅 𝟒 Longitud: 1 m ➢ Fórmula para hallar 𝑹𝒆 = 𝑽 ×𝑫 (𝑫í𝒂𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝒄𝒐𝒏𝒗𝒆𝒓𝒕𝒊𝒅𝒐 𝒂 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔) 𝝑 (𝑽𝒊𝒔𝒄𝒐𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝑪𝒊𝒏é𝒎𝒂𝒕𝒊𝒄𝒂) ➢ Para hallar la viscosidad va depender de la temperatura en la que se encuentre en ese momento y luego ver la tabla de propiedades del agua. 𝜀 ➢ Para hallar la rugosidad relativa 𝐷= 0.015 𝑚𝑚 32 𝑚𝑚 va depender del diámetro de la tubería. ➢ Usar el diagrama de Moody se usa el teniendo el 𝑅𝑒 (𝑅𝑒𝑖𝑛𝑜𝑙𝑑 ) 𝑦 𝜀 𝐷 = (𝑅𝑢𝑔𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎). ➢ Fórmula para hallar 𝒇 = 𝟎.𝟐𝟓 𝜺/𝑫) 𝑮 (𝐥𝐨𝐠( 𝟑.𝟕𝟏 +𝑹𝒆))𝟐 7.1. Línea 1: TABLA N. ° 02 Ensayo Q N° 3 (m /s) 1 V f (m/s) ε/ D f Re (Moody) (Fórmula) 0,0001 0,12 4295 0,00005 0,039 0,039 2 0,00018 0,22 7874 0,00005 0,033 0,033 3 0,00045 0,56 20044 0,00005 0,026 0,026 4 0,00076 0,95 34004 0,00005 0,023 0,023 5 0,0012 1,49 53333 0,00005 0,021 0,021 7.2. Línea 2: TABLA N. ° 02 Ensayo Q V f (m3/s) (m/s) Re ε/ D f N° (Moody) (Fórmula) 1 0,00019 0,39 10906 0,00006 0,031 0.030 2 0,00039 0,79 22091 0,026 0,025 3 0,00062 1,26 35234 0,023 0,023 4 0,00086 1,75 48937 0,021 0,021 5 0,0012 2,44 68232 0,020 0,020 0,00006 0,00006 0,00006 0,00006 7.3. Línea 3: TABLA N. ° 02 Ensayo Q V N° (m3/s) (m/s) Re 1 0,00015 0,24 2 0,0002 3 f f D (Moody) (Fórmula) 7516 0,000054 0,033 0,033 0,33 10335 0,000054 0,031 0,031 0,0005 0,81 25369 0,000054 0,0245 0,025 4 0,00078 1,27 39776 0,000054 0,0218 0,022 5 0,0011 1,79 56062 0,000054 0,0205 0,021 7.4. Línea 4 TABLA N. ° 02 ε/ Ensayo Q N° (m3/s) (m/s) Re 1 0,00019 0,39 2 0,00041 3 V f f D (Moody) (Fórmula) 10906 0,0006 0,0308 0,031 0,84 23490 0,0006 0,027 0,026 0,00059 1,2 33557 0,0006 0,025 0,025 4 0,00089 1,81 50615 0,0006 0,0238 0,023 5 0,0011 2,24 62640 0,0006 0,022 0,022 ε/ VIII. TABLA DE RESULTADOS ➢ En cuanto al Hf práctica se copia de la Tabla N° 01 y el Q (m3/s) de la Tabla N° 02. 𝐿 𝑉2 ➢ Para hallar el Hf teórica Darcy se usa la fórmula ℎ𝑓 = 𝑓 𝐷 × 2𝑔 el hf saldrá en el valor de metros por lo cual debe convertirse a mm de esa forma se coloca dentro de la tabla. Tener en cuenta que la f se trabaja con f (fórmula). ➢ Para hallar el Er % se genera con la fórmula ℎ𝑓 (𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 )−ℎ𝑓(𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟) ℎ𝑓(𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟) × 100 % 8.1. Línea 1: TABLA N. ° 03 Ensayo N° Q (m3/s) hfpráctica hfteórica (mm de H20) (Darcy) Er (%) 0,0001 5 0,9 82 2 0,00018 6,4 2,5 60.94 3 0,00045 20 12,9 35.5 4 0,00076 50 33,06 33,88 1 5 0,0012 106 74,26 29,94 8.2. Línea 2: TABLA N. ° 03 Ensayo N° Q (m3/s) hfpráctica hfteórica Er (%) (mm de H20) (Darcy) 1 0,00019 11,8 9,3 21,19 2 0,00039 52 31,8 38,85 3 0,00062 134 74,44 44,45 4 0,00086 231,6 131,11 43,4 5 0,0012 364,8 242,76 33,45 8.3. Línea 3: TABLA N. ° 03 Ensayo N° Q (m3/s) hfpráctica hfteórica (mm de H20) (Darcy) 1 0,00015 16,4 3,5 78,66 2 0,0002 20 6,15 69,25 3 0,0005 47,6 29,86 37,27 4 0,00078 87,6 64,59 26,27 5 0,0011 142,6 122,48 14,11 8.4. Línea 4: TABLA N. ° 03 Er (%) Ensayo N° Q (m3/s) hfpráctica hfteórica (mm de H20) (Darcy) Er (%) 1 0,00019 23,8 9,61 59,6 2 0,00041 74 37,4 49,5 3 0,00059 132,4 73,3 4 0,00089 253,4 153,6 0,0011 378 225 5 VIIII. GRÁFICOS Y DIAGRAMAS 9.1. Línea 1: Tubo PVC 32 mm 2 1 X. CONCLUSIONES 5 3 4 9.2. Línea 2: Tubo PVC 25 mm 2 1 5 ¿ 3 3 4 ¿ ¿ 3 3 9.3. Línea 3: Tubo de Cobre 28 mm 1 2 5 3 4 9.4. Línea 4: Tubo de Acrílico 25 mm 1 2 5 3 4 X. CONCLUSIONES XI. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ➢ Tener cuidado en cuanto los procedimientos a realizar ya que, si por algún error el sistema de laboratorio no funciona, quiere decir que hay posibles errores lo cual no te mostrara evidentemente, por lo cual tendrás que volver a iniciar el cálculo. ➢ Se recomienda dejar los cuadros del manómetro y rotámetro, para poder visualizar mejor las mediciones. Y luego nos podemos dirigir al tablero eléctrico para modificar. ➢ Respecto a la lectura del manómetro se recomienda leer de 0 hacia arriba para luego multiplicarlo por 2. 8 8 × 2 = 16 𝑚𝑚 ➢ Respecto a la Tabla N° 03 tanto el hf práctica y teórica deben tener una diferencia mínima. XII. RESPUESTAS DE PREGUNTAS ADICIONALES 1. ¿Cuáles son las principales fuentes de errores para este experimento? ¿La discrepancia fue grande entre los resultados teóricos y experimentales? 2. Analice los datos para cada tubería y responda. ¿Cuál fue la influencia del diámetro de la tubería, del material y del flujo en la pérdida de carga distribuida? Si es necesario plotee los valores de Flujo x Pérdida de Carga en un papel milimetrado o software gráfico para un análisis más completo.
