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.
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