martes, 24 de noviembre de 2015

Perdidas por fricción en accesorios

Objetivos
  • Determinar las pérdidas por fricción en accesorios tipo codos, Tés, etc.
  • Determinar experimentalmente el valor promedio de las constantes para cada uno de los aditamentos utilizados: codos de 90°, codos de 45°, Tés u otros accesorios.
  • Comparar los resultados obtenidos con los reportados por literatura.
  • Calcular la longitud equivalente de cada uno de los codos, tés, etc. Y comparar los datos con los hallados en la bibliografía.
Marco Teórico
  • Se propusieron diversas fórmulas para el cálculo de diversas pérdidas de carga por frotamiento, cuando los fluidos circulan en curvas, accesorios, etc. 
  • El método más sencillo es considerar cada accesorio o válvula como equivalente a una longitud determinada de tubo recto. Esto permite reducirlas pérdidas en los tubos, las válvulas o accesorios aun denominador común: la longitud equivalente del tubo de igual rugosidad relativa.
Equipos y procedimientos


 Banco de fluidos con las siguientes características:
  • En la parte superior del banco hay instaladas 5 líneas de tuberías, tres metálicas y dos plásticas.
  • A continuación existe una línea de tubería plástica con tres válvulas y una serie de accesorios.
  • Luego hay instalada otra tubería plástica, con dos medidores de caudal y otra serie de accesorios, codos de 90°, codos de 45°, Tés con flujo a través de un tramo, Tés con flujo a través de un ramal.
  • En la parte izquierda del Banco está instalado el medidor principal de caudal y la columna manométrica de tipo líquido y hay disponibilidad para la medida de la presión con tubos Bourdon.
  • En la parte inferior del Banco está la bomba y el depósito de agua, allí se encuentra los switch de prendido y apagado.
Cada subgrupo dispone de:
  • Dos cronómetros.
  • Dos beakers plásticos de 1000 mL.
  • Dos probetas de 2000 cm3


Revise si el nivel del agua en el depósito es el indicado para su correcta operación y verifique la instalación eléctrica.

  1. Determine los diferentes acoples para la instalación de las tomas de presión.
  2. Anote los datos iniciales de la columna de mercurio.
  3. Coloque en posición abierta todas las válvulas del sistema y prenda la bomba.
  4. Verifique la ausencia de aire en el sistema y elimine éste manteniendo el banco en funcionamiento durante varios minutos (5 a 6 minutos).
  5. Revise la buena operación del medidor principal de caudal.
  6. Considerando el tramo de tubería a utilizar, es decir aquella donde están ubicados los accesorios a usar, cierre una a una las válvulas de los tramos que no sean de interés.
  7. Espere que el sistema se estabilice.
  8. Tomar para cada sector del accesorio a medir los valores de presiones con los dos manómetros disponibles y varíe el caudal diez veces, tomando simultáneamente el aforo con el beaker y tome nota del tiempo.
  9. Inicie con flujos bajos y aumente éste o con flujos altos y luego disminuya el caudal, tomando para cada uno de ellos los datos de las presiones, caudales, volúmenes y tiempos.
  10. Cada vez que cambie el accesorio, cierre completamente la válvula que regula el flujo y apague la bomba.
  11. A continuación instale los medidores de presión en el nuevo accesorio a usar y repita el procedimiento descrito.
  12. Al terminar la práctica, cierre lentamente la válvula que controla el flujo y suspenda el circuito eléctrico.
  Datos





  Cálculos y resultados






  Análisis de resultados 

  • Para cada accesorio se determino el factor de fricción, perdidas primarias y secundarias, numero de Regoldanos, caudal, velocidad.
  • En la mayoría de accesorios los datos son iguales, excepto los teóricos ya que para estos cálculos se tuvieron que tener en cuenta datos únicos para cada válvula y tubería por lo que estos datos varias de forma abruta.
  • Las presiones se cambiaron para las tuberías de signo, de negativo a positivo para que los resultados no fueran incoherentes, las lecturas de las presiones fueron negativas debido a que dentro de la tubería se generaron vació, generando resultados negativos.
  Conclusiones

  • La velocidad y el caudal fueron los mismos ya que el flujo fue constante.
  • Las perdidas en accesorios son menores con respecto a las de tuberías debido a que en ellas se presenta mas fricción entre el flujo del fluido y la pared interna de la tubería.
  • Se presentaron errores muy grandes en accesorios por los cuales son causa de errores humanos, o de equipo (las tuberías tienen mayor fricción respecto a las teóricas, debido a su tiempo de uso).


  Anexos










  Bibliografía
  • MOTT. Mecánica de fluidos aplicada . Editorial Prentice Hall , 2004.



domingo, 22 de noviembre de 2015

Pérdidas por fricción en tuberías con flujo turbulento 

Objetivos
  • Determinar las pérdidas primarias con flujo Turbulento.
  • Determinar el Factor de Fricción experimental del tubo.
  • Comparar el factor de fricción experimental con el teórico.
Marco Teórico
  • A medida que un fluido fluye por un conducto, ocurren pérdidas de energía por causa de la fricción que hay entre el liquido y la pared de la tubería. 
  • Perdida primaria: pérdidas que ocurren al momento del contacto del fluido con la superficie de la tubería y ocurre un rozamiento entre las particulas de fluido entre sí.
  • Para calcular las perdidas en tuberías se utiliza la ecuación de Darcy-Weisbach:
  • hL = perdida primaria de energía (m)
  • f = factor de fricción
  • L = Longitud (m)
  • v = velocidad (m)
  • g= gravedad (m/s^2)
  • D= Diámetro interno (m)
Equipos y procedimientos
  • Módulo Básico Gunt HM 150. Con bomba centrífuga sumergible de 250 W de potencia y caudal máximo de 150.
  • Módulo Gunt HM 150.01.
  • Jarra de aforo.
  • Cronómetro.
  • Módulo Gunt HM 150.01


  1. Instalar el Módulo HM 150.01 sobre el Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 9, y la manguera de salida del HM 150.01 al tanque del módulo básico. Precaución: Comprobar que el nivel de agua en el depósito de la bomba, cubra la totalidad de la bomba sumergible.
  2. Cerrar las válvulas N° 10 y 11, del depósito vertical. Abrir la válvula N° 7, del by pass para flujo turbulento y la válvula de salida N° 2. 
  3. Conectar las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la entrada de alta presión del manómetro diferencial N° 5, y desde la toma N° 3 hasta la entrada de baja presión del manómetro diferencial.
  4. Poner en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida de la bomba, de tal forma que se establezca una diferencia de presión aproximada de 0.2 Bar. Ajustar con más precisión utilizando la válvula N° 2. Anotar en la planilla el dato de presión.
  5. Medir el caudal tomando un volumen aproximado de 2 litros, en la jarra aforada, y contabilizando el tiempo empleado.
  6. Repetir el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el caudal con la válvula N° 2.
  7. Anotar los datos medidos durante la práctica y efectuar los cálculos indicados.
Datos

Cálculos y resultados


  Análisis de resultados 

  • Se puede observar que para cada dato de tiempo la presión es la misma, y el cada caudal es casi idéntico.
  • El factor de fricción experimental y teórico son cercanos pero no llegan a ser parecidos lo que quiere decir que el factor de fricción teórico es mayor que el experimental, esto hace referencia a que puede considerarse mas preciso el calculo experimental.
  • Observando el mayor tiempo se puede ver que, a mayor tiempo, la velocidad, el caudal y el valor de Reynolds es menor pero el coeficiente de fricción tanto experimental como teórico es mayor, esto se puede dar debido a que a mayor tiempo el contacto que hace el fluido con la tubería es mayor generando mas perdidas de energía por fricción.

  Conclusiones

  • A mayor tiempo mayor sera el factor de fricción.
  • A mayor tiempo menor sera el caudal, la velocidad y Reynolds.
  • A mayor velocidad el factor de fricción experimental sera menor .
  • Al ser flujo turbulento todos los datos son más altos respecto a los flujos laminares debido a la inestabilidad y, valga ta redundancia, a la turbulencia que presenta el flujo. 

  Anexos









Bibliografía

  • https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51453/1/Documento6
  • http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/fricci%C3%B3n/fricci%C3%B3n.htm
  • http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/confinado/confinado.htm
Pérdidas por fricción en tuberías con flujo laminar

Objetivos
  • Determinar las pérdidas primarias con flujo Laminar
  • Determinar el Factor de Fricción experimental del tubo.
  • Comparar el factor de fricción experimental con el teórico.
Marco Teórico
  • A medida que un fluido fluye por un conducto, ocurren pérdidas de energía por causa de la fricción que hay entre el liquido y la pared de la tubería. 
  • Perdida primaria: pérdidas que ocurren al momento del contacto del fluido con la superficie de la tubería y ocurre un rozamiento entre unas capas de fluido con otras.
  • Para calcular las perdidas en tuberías se utiliza la ecuación de Darcy-Weisbach:
  • hL = perdida primaria de energía (m)
  • f = factor de fricción
  • L = Longitud (m)
  • v = velocidad (m)
  • g= gravedad (m/s^2)
  • D= Diámetro interno (m)
Equipos y procedimientos
  • Módulo Básico Gunt HM 150. Con bomba centrífuga sumergible de 250 W de potencia y caudal máximo de 150.
  • Módulo Gunt HM 150.01.
  • Jarra de aforo.
  • Cronómetro.
  • Módulo Gunt HM 150.01



  1. Instalar el Módulo HM 150.01 sobre el Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 9, y la manguera de salida del HM 150.01 al tanque del módulo básico. Precaución: Comprobar que el nivel de agua en el depósito de la bomba, cubra la totalidad de la bomba sumergible.
  2. Cerrar la válvula N° 7, del by-pass N° 8 para flujo turbulento, y abrir las válvulas N° 10 y 11, del depósito vertical N° 6. Abrir también la válvula N° 2, de salida del módulo.
  3. Conectar las mangueras para medición de presión, desde la toma N° 12 hasta la columna de alta presión, y desde la toma N° 3 hasta la columna de baja presión. Abrir la válvula de purga de aire del medidor de columna.
  4. Poner en servicio la bomba, regulando el caudal con la válvula de salida de la bomba, de tal forma que se establezca un nivel constante en el rebosadero del depósito vertical. El ajuste preciso del nivel se hará con la válvula N° 10.
  5. Ajustar con la válvula N° 2 un caudal tal, que el medidor de columna de baja presión indique un nivel de cerca de 2 centímetros de columna de agua. Dadas las características del agua empleada en la experimentación, especialmente en lo que respecta a su viscosidad, que es muy reducida, deberá regularse un caudal tal, que el Número de Reynolds sea inferior a 2000. Para esto, se restringirá el paso de agua a través de la válvula N° 2, de forma que la velocidad sea inferior a 0.72 m/s. La velocidad se determina tomando un volumen aproximado de 2 litros en la jarra aforada suministrada, midiendo el tiempo empleado en la recolección. Estos datos se registran en la planilla correspondiente y se calcula el caudal y la velocidad. Se anotarán también los datos de presión suministrados por las columnas de alta y baja presión.
  6. Repetir el procedimiento tomando unas tres mediciones, aumentando el caudal con la válvula N° 2.
  7. Anotar los datos medidos durante la práctica y efectuar los cálculos indicados.

  Datos


  
Cálculos y resultados


  Análisis de resultados 
  • Se puede observar que para cada dato de tiempo el cada caudal es casi idéntico.
  • El factor de fricción experimental y teórico son distintos, esto puede ser causa de errores humanos o experimentales, aunque también debido a las formulas aplicadas, en este caso puede considerarse mejor realizar los datos con la formula experimental.
  • Observando el mayor tiempo se puede ver que, a mayor tiempo, la velocidad, el caudal y el valor de Reynolds es menor pero el coeficiente de fricción tanto experimental como teórico es mayor, esto se puede dar debido a que a mayor tiempo el contacto que hace el fluido con la tubería es mayor generando mas perdidas de energía por fricción.
Conclusiones

  • A mayor tiempo mayor sera el factor de fricción.
  • A mayor tiempo menor sera el caudal, la velocidad y Reynolds.
  • A mayor velocidad el factor de fricción experimental sera menor .
  • Al ser flujo laminar todos los datos son más bajos respecto a los flujos turbulentos debido a la estabilidad que presenta este tipo de flujo. 
  Anexos






Bibliografía

  • https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51453/1/Documento6
  • http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/fricci%C3%B3n/fricci%C3%B3n.htm
  • http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/confinado/confinado.htm

Teorema de Bernoulli

  
Objetivos
  • Demostrar el Principio de Bernoulli.
  • Medir la presión a lo largo de un tubo de Venturi.
  • Medir la velocidad a lo largo de un tubo Venturi.
  • Medir la presión total con sonda Pitot.
  • Determinar la presión dinámica.
  • Determinar el caudal mediante el tubo Venturi.
  • Determinar el coeficiente de descarga de un tubo Venturi.
  Marco Teórico
  • El principio de Bernoulli dice que la suma de energías potencial y cinética, en los varios puntos del sistema, es constante, si el flujo sea constante. Cuando el diámetro de un tubo se modifica, la velocidad también se modifica.

    El fluido hidráulico en un sistema contiene energía en dos formas: energía cinética en virtud del peso y de la velocidad y energía potencial en forma de presión. Daniel Bernoulli, un científico Suizo demostró que en un sistema con flujos constantes, la energía es transformada cada vez que se modifica el área transversal del tubo.
  • La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluído bajo condiciones variante.
  • Donde
  • ρ= Densidad del fluido.
  • D= Diametro interno del area transversal por donde pasa el fluido.
  • V= velocidad del fluido.
  • g = gravedad.
  • h = altura.
  • El teorema de Bernoulli aplicado a dos secciones de una tubería que transporta un fluido, traduce en términos analíticos el principio de la conservación de la energía.





  Equipos y procedimientos
  • Módulo básico Gunt HM 150. Módulo HM 150.07. 
  • Cronómetro.

  1. Instalar el Módulo HM 150.07 sobre Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 8.
  2. Ajustar la tuerca del racor de la empaquetadura del prensaestopas N° 6, de la sonda Pitot para medición de presión total, de forma que la sonda pueda moverse libremente.
  3. Abrir las válvulas N° 9 y N° 4, y las válvulas de purga del manómetro de tubos múltiple N° 10 y del manómetro de columna N° 2.
  4. Poner en servicio la bomba y abrir lentamente la válvula de salida de la misma.
  5. Cerrar lentamente la válvula N° 4, de salida del módulo, hasta que los tubos de los manómetros queden irrigados, regulando un caudal de tal manera que se observe indicación en el tubo situado en la garganta del Venturi.
  6. Anotar en la planilla los datos de presión estática del manómetro múltiple, y las presiones totales de cada uno de los mismos 6 puntos, colocando la punta de la sonda en cada uno de ellos. 
  7. Determinar el caudal, midiendo un volumen de 10 o 15 litros, recogido en el depósito volumétrico del Módulo Básico, y el tiempo empleado.

  Datos


  Cálculos y resultados







  Análisis de resultados 

  • En la gráfica se puede observar que hay un comportamiento inverso entre las presiones estáticas y dinámicas, debido al comportamiento del fluido en la práctica.
  • El caudal experimental y real nos dan prácticamente el mismo valor, por lo que es correcto afirmar que el caudal es correcto. 
  • Con respecto al caudal teórico, este no tiene la corrección del caudal real por lo que el valor puede decirse que es no es preciso con respeto al real.
  • El coeficiente de descarga nos indica que el el caudal es constante y con este valor se puede hallar el caudal, entre mayor sea el coeficiente de descarga, más rápido ira el flujo y por ende mas rápido se vaciarse el el deposito de agua a través de la válvula.

  Conclusiones

  • Experimentalmente, las perdidas que se presentan se deben al flujo en la entrada y la salida de la tubería.
  • Para obtener resultados más acertados se debe aplicar la ecuación de la energía la cual incluye las pérdidas totales del sistema.

  Anexos










Bibliografía

  • www.lawebdefisica.com/dicc/bernoulli/
  • hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/pber.html
  • www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/bernoulli/bernouilli.htm
  • rabfis15.uco.es/MecFluidos/Programa/Untitled-19.htm

Número de Reynolds

Número de Reynolds

   Objetivo
  • Calcular el Número de Reynolds para un sistema de flujo y observar el cambio de régimen con  ayuda de una tinta disuelta en el agua.
  • Demostrar el experimento de Osborn Reynolds.
  • Determinar los Números de Reynolds para flujos laminares y turbulentos.
  Marco Teórico
  • El Número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento, además, indica la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto de uno laminar y la posición relativa de este estado dentro de una longitud determinada.
  • El número de Reynolds proporciona una indicación de la pérdida de energía causada por efectos viscosos. 
  • Donde:
  • ρ= Densidad del fluido.
  • D= Diametro interno del area transversal por donde pasa el fluido.
  • V= velocidad del fluido.
  • μ = viscosidad dinámica del fluido.

                                                
  • Según la ecuación anterior, cuando las fuerzas viscosas tienen un efecto dominante en la pérdida de energía, el número de Reynolds es pequeño y el flujo se encuentra en el régimen laminar. 
  • Un número de Reynold mayor de 10 000 indican que las fuerzas viscosas influyen poco en la pérdida de energía y el flujo es turbulento.
  • Relaciones numéricas del número de Reynolds:
  • Re < 2300; el fluido es laminar
  • Re > 4000; el fluido es turbulento
  • 2300 < Re < 4000 ; el fluido está en un estado transitorio de laminar a turbulento. 
  Equipos y procedimientos
  •   Equipo: Módulo HM 150.18

  1.  Instalar el Módulo HM 150.18 sobre Módulo Básico HM 150, conectando la manguera de salida de la bomba en la tubería de empalme N° 12, y la manguera de salida del módulo a un desagüe, de tal manera que no se tiña el agua del depósito de la bomba.
  2. Cerrar la válvula de salida de la bomba, la válvula N° 11 y la válvula N° 1, de salida del módulo.
  3. Manteniendo cerrada la válvula N° 7, llenar con tinta el depósito N° 8.
  4. Poner en funcionamiento la bomba, abriendo lentamente la válvula de salida de la misma.Abrir un poco la válvula N° 11, con lo cual el agua sube por el tubo rebosadero N° 10 hasta el depósito de reserva N° 9, llenando enseguida el tubo N° 3.A
  5. brir un poco la válvula de salida N° 1, regulando un flujo tal que se mantenga un nivel constante en el depósito N° 9, manipulando también la válvula N° 11. No debe permitirse que se llene completamente el depósito, ni que se suspenda el flujo hacia la pieza de salida N° 5.
  6. Medir con la jarra aforada el mayor volumen de agua que pueda medirse con precisión, tomando el tiempo con el cronómetro suministrado, con el fin de determinar el caudal empleado. Anotar en la planilla los datos de volumen y tiempo.
  7.  Abrir ligeramente la válvula N° 7, del depósito de tinta, de tal manera que se observe la entrada de la tinta a la corriente de agua en el tubo N° 3.
  8. Si el flujo es laminar, se observará una línea de tinta recta, que no se mezcla con el agua. Cerrar inmediatamente la válvula N° 7, del depósito de tinta. Anotar en la planilla cómo se observa el régimen.
  9. Regular nuevamente un caudal un poco mayor, repitiendo los Pasos 5, 6 y 7. 
  10. Deben hacerse varios ensayos cambiando el caudal, de tal manera que se vaya incrementando el Número de Reynolds, observando cuándo se consigue la transición de régimen laminar a régimen turbulento.
  11. Terminado el experimento debe hacerse limpieza al depósito de tinta.
   Datos 

  Cálculos y resultados







  Análisis de resultados
  • Los datos arrojaron que el flujo de transición es realmente un flujo laminar al borde de ser un flujo de transición.
  • El flujo laminar y el turbulento si corresponden al numero de Reynolds que se hallaron de manera experimental.
  • El flujo laminar pudo ser claro y lento mientras que el turbulento fue rápido y agitado lo que fue de gran ayuda para distinguir los flujos en el momento experimental. 
  Conclusiones

  • El experimento ayudo a verificar la teoría respecto a los flujos laminares y turbulento  y de como la velocidad y su agitación alteran su comportamiento.
  Anexos
  

  Equipo: Módulo HM 150.18



Flujo Laminar



Flujo de transición


Flujo turbulento

Bibliografía

  • www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/reynolds/reynolds.htm
  • www.valvias.com/numero-de-reynolds.php
  • fluidos.eia.edu.co/.../conceptosbasicosmfluidos/reynolds/numero.html