Perdidas por Fricción en Tuberias

Noviembre del 2015 

Fundación Universidad de América

Karent Daniela Tarquino Nieto

Código. 5131648

Informe, Practica de laboratorio N°3

Perdidas por Fricción en Tuberías

MARCO TEÓRICO

Cuando el flujo pasa por las tuberías se producen perdidas de carga como consecuencia de la fricción interna y la fricción entre el fluido y la pared.
Para el caso del flujo en tuberías y tubos, la fricción es proporcional a la carga de velocidad del flujo y a la relación de la longitud al diámetro de la corriente. esto se expresa en forma matemática con la ecuación de Darcy:

Donde hL es la perdida de energía debido a la fricción, L: longitud de la corriente del flujo, D: diámetro de la tubería, v: velocidad promedio del flujo y f. factor de fricción.


La ecuación de Darcy se utiliza para calcular las perdidas debido a la fricción en secciones rectilíneas y largas de tubos redondos, tanto para flujo laminar como turbulento.
La gran diferencia entre el flujo laminar y el turbulento es la forma de determinar el factor de fricción.

• Para flujo laminar: el fluido parece moverse como si fueran varias capas, una sobre la otra, se pierde energía del fluido por la acción de las fuerzas de fricción que hay que vencer y que son producidas por el efecto cortante.

• Para flujo turbulento:este flujo es caótico y varia en forma constante, por lo tanto para determinar el factor de fricción se recurre a datos experimentales, ademas de esto este factor depende de el numero de Reynolds y y la rugosidad relativa de la tubería y comúnmente se calcula a través del diagrama de Moody.

DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA
Para el desarrollo de la practica se utiliza el modulo básico Gunt HM 150.01, el cual permite determinar la perdida que se genera en una tubería por fricción ya sea en flujo laminar o turbulento. 
Este equipo permite estudiar la relación entre la perdida de carga como consecuencia de la fricción en fluidos y la velocidad en el flujo del tubo.

El equipo posee una sección de tubo con un diámetro pequeño en el cual se genera un flujo, a partir del caudal y la perdida de carga se determina del numero de Reynolds y el factor de fricción del tubo.
El caudal requerido durante la practica es regulado por medio de válvulas. 
En el caso de las perdidas en el flujo laminar, estas son determinadas en 2 tubos manometricos y el flujo laminar es leído en un manómetro de aguja.

 Equipo HM 150.01, ensamblado para flujo turbulento.

  Equipo HM 150.01, ensamblado para flujo laminar.

DATOS TOMADOS EN LA PRACTICA Y CÁLCULOS

Flujo laminar

Procedimiento	Volumen mL	Tiempo seg	Presión cmH2O
1	89	31,48	5,5
2	80	50,65	2,7
3	100	52,50	3

Peso especifico y=9800N/m3

Viscosidad cinemática u=1,08x10-6 m2/s

Diámetro interior tubo N°13 D= 3mm=0,003m

Área interior tubo N°3 A=7,07mm2=7,07x10-6m2

Longitud de la tubería L=0,4m

Procedimiento 1

Procedimiento 2

Procedimiento 3

Procedimiento	Volumen m3	Tiempo seg	HL exp m	Q *10-6 m3/s	v m/s	Re	f exp	f teo	hL teo m
1	8,9*10-5	31,48	0,0550	2,827	0.399	1110,8	0,020	0,057	0,0626
2	8*10-5	50,65	0,0270	1,5794	0,223	620,56	0,079	0,103	0,0349
3	1*10-4	52,50	0,0300	1,90476	0,269	748,37	0,0608	0,085	0,0421

Flujo turbulento

Procedimiento	Volumen mL	Tiempo seg	Presión Bares
1	230	8,97	0,19
2	380	14,85	0,183
3	230	12,80	0,191

Peso especifico y=9800N/m3

Viscosidad cinemática u=1,08x10-6 m2/s

Diámetro interior tubo N°13 D= 3mm=0,003m

Área interior tubo N°3 A=7,07mm2=7,07x10-6m2

Longitud de la tubería L=0,4m

Rugosidad absoluta E=0,0015mm=1,5*10.6m

Rugosidad relativa D/E=2000            E/D=0,0005

Procedimiento 1

Procedimiento 2

Procedimiento 3

Procedimiento	Volumen m3	Tiempo seg	HLexp m	Q*10-5 m3/s	v m/s	Re	f exp	f teo	hL teo m
1	2,3*10-4	8,97	1,938	2,5641	3,626	10074,2	0,0216	0,031	2,770
2	3,8*10-4	14,85	1,867	2,5589	3,619	10053,9	0,0209	0,031	2,759
3	2,3*10-4	12,80	1,948	1,7968	2,5415	7059,85	0,0218	0,035	1,536

ANÁLISIS DE RESULTADOS

• Tanto en los procedimientos realizados con flujo laminar y flujo turbulento, los datos que brinda el equipo utilizado (HM 150.01) son muy cercanos a los valores obtenidos teóricamente, lo que indica que el rango de error al utilizar este equipo es bajo y va a permitir realizar procedimientos con resultados verídicos.
• Comparando los resultados de los procedimientos realizados con flujo laminar con los realizados con flujo turbulento, se puede observar que la perdidas por fricción son siempre mayores cuando el flujo es turbulento, por lo tanto a mayor caudal, mayores serán las perdidas en la tubería por fricción.
• El numero de Reynolds permite clasificar de forma sencilla el tipo de flujo que esta en el sistema siendo laminar los menores a 2300 y turbulento los mayores a 4000.
• En el flujo turbulento al calcular el factor de fricción teórico a través del diagramad de Moody, este valor no es muy preciso, ya que puede variar dependiendo de quien haga el calculo, puesto que la lectura de este diagrama no es exacta.

CONCLUSIONES

• En todas las tuberías independientemente del flujo, siempre se generara una perdida de energía por fricción; en el caso de que el sistema cuente con un flujo laminar estas perdidas serán menores que si se tuviera un flujo turbulento.
• El valor de las perdidas de energía por fricción en una tubería, esta directamente relacionado con el tipo de flujo que tiene el sistema, por ende también depende del caudal con el que se este trabajando.
• El modulo HM 150.01 es un equipo que permite el análisis de las perdidas por fricción en la tubería, de forma sencilla y clara, lo que permite visualizar lo que posiblemente este sucediendo en un sistema de tuberías con un caudal predeterminado.
• La diferencia entre los valores obtenidos teóricamente y los experimentales del valor de las perdidas, radica en la sensibilidad y la calibración de los manómetros.

UTILIDAD DE LA PRACTICA
La practica realizada permite observar de forma ludica como el caudal afecta directamente las perdidas de energía por fricción que se generan en una tubería; permitiendo al estudiante realizar una comparación entre las perdidas que se generan en un flujo laminar y las de un flujo turbulento, brindándole la oportunidad a este de interactuar con la realidad y aplicar los conocimientos previamente adquiridos.

BIBLIOGRAFIA

• [anonimo] http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/fricci%C3%B3n/fricci%C3%B3n.htm
• MOTT, Robert L.; Mecanica de fluidos; Sexta edición, Editorial Person, Pag 233-236
• [anonimo] http://www.gunt.de/static/s4320_3.php