Formatos para prácticas de laboratorio

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1 CARRERA PLAN DE ESTUDIO CLAVE DE UNIDAD DE APRENDIZAJE NOMBRE DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE ING. MECÁNICO MECÁNICA DE FLUIDOS PRÁCTICA No. LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS 1 DURACIÓN (HORAS) MF-07 NOMBRE DE LA PRÁCTICA DETERMINACIÓN DEL FACTOR FRICCIÓN EN UNA TUBERÍA LISA A DIVERSOS CAUDALES INTRODUCCIÓN El estudio las pérdidas por fricción en tuberías lisas, se inicia formalmente a partir las ecuaciones Hagen-Poiseuille, para un régimen flujo laminar; los trabajos posteriores Blasius y Karman-Prandtl se consiran los más acuados para la terminación las pérdidas en tuberías lisas para flujo turbulento. Estas ecuaciones, junto con las tuberías rugosas, se incluyen en la gráfica generalizada conocida como Diagrama Moody con aceptación universal s OBJETIVO (COMPETENCIA) La conducción fluidos a través tuberías lisas con el fin minimizar las pérdidas irreversibles originadas por la fricción, es una práctica común aplicable a las instalaciones en procesos, sanitarias, ambientales, servicios, etc., en don se utilizan materiales baja o nula rugosidad interna tales como vidrio, cobre, diversos plásticos (PVC, ABS, nylon, polietileno), entre otros. A pesar su escasa rugosidad, los sistemas formados por estas conducciones puen reportar grans pérdidas energéticas, por lo que el Ingeniero berá tener las herramientas necesarias para su correcta terminación. En esta práctica se obtienen los factores fricción y las pérdidas energía útil por fricción que ocurren en un tramo recto tubería lisa operando a un caudal alto y a otro bajo, con el propósito comparar sus magnitus experimentalmente obtenidas con las reportadas por las ecuaciones tradicionalmente usadas en la Mecánica Fluidos. Página 1 7

2 3. FUNDAMENTO La ecuación básica a partir la cual es posible precir el comportamiento una conducción es la Balance Mecánico Energía: dp/ρ + VdV + gdz - d(pérdidas) + dw = 0 La integración esta ecuación para un fluido incompresible, y en ausencia trabajo flecha, lleva a la conocida Ecuación Bernoulli, consirando pérdidas: P 1 /ρg + V 1 2 /2g + z 1 (perdidas) = p 2 /ρg + V 2 2 /2g + z 2 El concepto (pérdidas) en tuberías y accesorios suele ser evaluado experimentalmente correlacionando el patrón flujo con los factores fricción y la geometría l componente en cuestión mediante la ecuación Darcy-Weisbach: (perdidas)= f (L/D) V 2 /2g Para el cálculo las pérdidas en tubería recta y lisa es necesario recurrir a ecuaciones aceptables para la estimación l factor fricción (f ) en función l número Reynolds: Para flujo laminar la ecuación a utilizar es la Poiseuille:f = 64 / Re Para flujo turbulento se aplica las ecuaciones Blasius o la Primera Ecuación Karman-Prandtl acuerdo al rango turbulencia: f = (Re) Blasius para Re < /(f ) 05 = 2 log 10 [Re (f ) 05 ] Karman - Prandtl para Re > Página 2 7

3 Alternativamente a estas ecuaciones, se pue utilizar el Diagrama Moody 4. PROCEDIMIENTO (DESCRIPCIÓN) A) EQUIPO NECESARIO MATERIAL DE APOYO A).- BANCO HIDRÁULICO, CLAVE C PROBETA GRADUADA DE 1000 mis. B).- EQUIPO DE EXPERIMENTACIÓN PARA 2.- CRONOMETRO ELECTRÓNICO. PERDIDAS POR FRICCIÓN. 3.- TERMÓMETRO DE MERCURIO DE 0 A 100 C Página 3 7

4 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Colocar el equipo en el Banco Hidráulico y nivelarlo con el nivel burbuja ajustando las patas nivelables. Conectar la manguera alimentación agua, asegurando que la scarga agua caiga en el tanque colector l banco hidráulico. Solicitar un cronómetro y una probeta 1000 mis. y un termómetro bulbo mercurio al instructor Colocar y cerrar las pinzas Hoffman para bloquear a los manómetros mercurio y agua La válvula l banco hidráulico be estar completamente cerrada., abrir la válvula l equipo fricción completamente, arrancar la bomba, y abrir progresivamente la válvula l banco hidráulico Página 4 7

5 4.4.- OPERACIÓN CON ALTAS VELOCIDADES DE FLUJO: El manómetro agua be estar bloqueado por las pinzas Hoffman. *.- Abrir las pinzas Hoffman l manómetro mercurio, y purgar el aire splazado a través las válvulas venteo. *.- Medir y anotar la caída presión en el mercurio. *.- Determinar y anotar el gasto volumétrico por cronometrado l nivel l tanque. *.- Se obtendrán 10 mediciones diferentes AP y flujo (Q) OPERACIÓN CON BAJAS VELOCIDADES DE FLUJO: *.- Abrir las pinzas Hoffman l manómetro agua y purgar el aire splazado, cerrar la válvula l banco hidráulico, parar la bomba, cerrar la scarga. *.- Desconectar la manguera suministro al tubo prueba y elevar la manguera para que este se inun con agua. *.- Conectar la manguera principal suministro agua a la entrada l tanque hidrostático, arrancar la bomba y abrir la válvula l banco. Cuando empiece a salir agua por la scarga este tanque, conectarla a la sección prueba, asegurando que no haya quedado aire atrapado en la línea. *.- Abrir completamente la válvula scarga l equipo. *.- Abrir (lentamente) la purga l manómetro agua permitiendo que entre aire hasta que el manómetro tenga columnas legibles, cerrar la purga aire. En caso requerirse, se utilizará la bomba manual aire para presurizar al manómetro y mejorar la lectura l mismo. *.- Medir y anotar la caída presión dada por el manómetro. *.- Determinar y anotar el gasto volumétrico por cronometrado l nivel l tanque. *.- Se obtendrán 10 mediciones diferentes AP y flujo (Q) Medir y anotar el dato temperatura l agua con el termómetro bulbo. Página 5 7

6 C) CÁLCULOS Y REPORTE Presentar los datos experimentales tabulados las lecturas como sigue: Longitud tuberías: m Diametro tubería: mm Temperatura l agua: C BAJO FLUJO (manómetro agua) Lect. No Volumen medido (lts) LECTURAS Tiempo Medido (segs) Alturas manométricas (mm, agua) h 1 h 2 Δh (mm, agua) Flujo Q (m 3 /seg) CÁLCULOS Velocidad Lineal (m/seg) Factor fricción (f) Numero Reynolds (Re) Lect. No. Volumen medido (lts) ALTO FLUJO (manómetro mercurio) LECTURAS CÁLCULOS Tiempo Flujo Q Velocidad Medido (m 3 /seg) Lineal (segs) (m/seg) Alturas manométricas (mm, agua) h 1 h 2 Δh (mm, agua) Factor fricción (f) Numero Reynolds (Re) Página 6 7

7 Graficar el In(f) vs. In(Re) Graficar In(Δh) vs In(velocidad lineal) En la grafica, intificar los patones laminar y turbulento suponer que el factor tiene el siguiente comportamiento f= K Re n, calcular los valores (K) y (n) las curvas obtenidas y compararlos con los valores dados por las ecuaciones teóricas, calculando su sviación. Explicar textualmente las sviaciones observadas entre los datos experimentales y los calculados Como se correlaciona la caída presión Δh si el flujo es laminar o es turbulento?. Graficar y obtener correlación. 5. RESULTADOS Y CONCLUSIONES A sarrollar por el grupo experimentación. 6. ANEXOS 7. REFERENCIAS Página 7 7