laboratorio de fluidos

Laboratorio de Mecánica de Fluidos- UPC
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INGENIERÍA CIVIL
2018-01
MECANICA DE FLUIDOS (CI-170)
LABORATORIO 1
 APARATO DE OSBORNE REYNOLDS
 FUNDAMENTOS PARA LA MEDICION DE CAUDAL
 MANOMETRIA
Autor: Ing. Sissi Santos Hurtado
Docentes: Ing. Fernando Montesinos
Ing. Beatriz Salvador Gutierrez
Ing. Emanuel Guzman Zorrilla
Ing. David Maldonado
Ing. Heenry Chicana
Ing. William Sánchez Verástegui
Ing. David Maldonado

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Contenido
Experiencia N° 1: Aparato de Osborne Reynolds.................................................................3
Introducción ..........................................................................................................................3
Objetivos...............................................................................................................................3
Logro.....................................................................................................................................3
Fundamento..........................................................................................................................3
Instrumentos y Componentes del equipo .............................................................................4
Procedimiento del ensayo ....................................................................................................5
 Preparación del ensayo .............................................................................................5
 Ejecución del ensayo.................................................................................................5
Experiencia Nro. 2: Fundamentos para la medición de caudal................................................8
Funcionamiento del banco de ensayos ................................................................................8
Objetivo del ensayo ..............................................................................................................8
Instrumentos y Componentes...............................................................................................9
Preparación del ensayo........................................................................................................9
Ejecución del ensayo............................................................................................................9
Evaluación del ensayo..........................................................................................................9
Experiencia Nro. 3: Manometría.............................................................................................10
Introducción ........................................................................................................................10
Objetivos.............................................................................................................................10
Logro...................................................................................................................................10
Fundamento........................................................................................................................10
Instrumentos y Componentes.............................................................................................11
Procedimiento.....................................................................................................................11
Preparación del ensayo......................................................................................................12
Ejecución del ensayo..........................................................................................................12
Bibliografía..........................................................................................................................14

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Experiencia N° 1: Aparato de Osborne Reynolds
Introducción
Si consideramos el flujo en una tubería como uniforme y permanente, de tal modo que
podamos contar con una distribución de velocidad constante, este flujo a su vez puede estar
en diferentes regímenes y esto se determina mediante el número de Reynolds.
Objetivos
1. Identificar el régimen al que está sometido un flujo mediante el Tanque de Reynolds.
2. Calcular el caudal que pasa por el tanque de Reynolds, mediante el método volumétrico.
3. Calcular el número de Reynolds del flujo e identificar en que régimen se encuentra.
4. Graficar la distribución de velocidades para el comportamiento de un flujo laminar
Logro
Al finalizar el laboratorio, el alumno comprende las causas e identifica los regímenes: laminar,
transición y turbulento, a que pueda estar sometido un flujo que pasa por una tubería.
Fundamento
En los flujos viscosos se distinguen dos tipos de Regímenes: Laminar y Turbulento. El carácter
del flujo está dado por la rugosidad de las paredes, la viscosidad, velocidad y temperatura del
flujo entre otros factores.
Basándose en el análisis dimensional y analizando la relación entre las fuerzas de inercia y
fuerzas viscosas que actúan en un fluido, Reynolds obtuvo el numero adimensional (Re) que
permite identificar el régimen en que se encuentra el fluido.
Para una tubería el Número de Reynolds es:

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𝑅𝑒 =
𝑉𝐷
𝜐
=
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑎𝑠
V : Velocidad media del flujo (m/s)
 =μ/ρ : Viscosidad cinemática del fluido (m2/s)
D : Diámetro de la tubería (m)
Si:
R ≤ 2300 Flujo Laminar
2300 < R < 4200 Flujo en transición
R ≥ 4200 Flujo Turbulento
Instrumentos y Componentes del equipo
El equipo se ha diseñado para efectuar ensayos de Osborne Reynold y visualizarlos. El equipo
de ensayo permite representar el régimen de flujo laminar, transicional y turbulento. El régimen
de flujo se puede ver gracias a un trazado en tinta en un fragmento de tubo transparente.
El equipo se compone básicamente de:
– Placa base (13) con las conexiones necesarias para alimentación de agua (12) con
componente de estrangulación (11) y conexión de desagüe (2).
– Depósito de reserva de agua (9) con un terraplén de bola o esfera (4) para calmar
el flujo.
– Tramo de rebosadero (10) para generar un nivel de presión constante en el depósito
de reserva.
– Depósito de aluminio para tinta (8) con grifo de dosificación (7) y saliente de
entrada de latón (6).
– Tramo de tubo de ensayo (3) de plexiglás con pieza de entrada (5) optimizada para
inundaciones.

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– Grifo de salida (1) para ajustar el caudal en el tramo de tubo de ensayo.
Para visualizar el régimen de flujo se recomienda usar tinta azul, que se añade con cuidado
al agua de entrada mediante el depósito de aluminio con saliente de entrada. La alimentación
de agua se puede obtener del Módulo básico para hidrodinámica. El caudal se mide con un
depósito de calibración o con el tanque del módulo.
Procedimiento del ensayo
 Preparación del ensayo
– Cierre el grifo de salida (1).
– Abra la alimentación de agua. En el caso del Módulo básico, la bomba. Con cuidado,
abra la válvula (11).
– Coloque la válvula o el grifo de forma que el nivel de agua en el depósito de reserva
se mantenga constante.
– Después de algún tiempo, el tramo de tubo de ensayo (8) está completamente
inundado.
– Ahora se puede pasar a realizar el ensayo.
– Abra un poco el grifo de salida de forma que fluya un poco de agua hacia el tramo de
tubo de ensayo. Se recomienda canalizar el agua de color utilizada hacia el sumidero.
 Ejecución del ensayo

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Para la visualización se utiliza tinta azul. Con el grifo de dosificación (7) se puede
generar un fino hilo de corriente azul que muestra el flujo laminar.
– Si el caudal es pequeño, el flujo será laminar; para ello, abra un poco el grifo
de salida.
– Si el caudal es abundante, el flujo será turbulento. Para ello, abra más el grifo
de salida.
Los valores de de Reynold se calcula con la fórmula siguiente:
𝑅𝑒 =
𝑉𝐷
𝜐
siendo:
D = diámetro interior del tramo de tubo en m
V = velocidad de fluido en m/s
𝜐 = viscosidad del agua: 1x10-6 m2/s.
La velocidad de fluido se puede calcular a partir del caudal, determinado mediante un
depósito de calibración y un cronómetro.
𝑉 =
𝑄
𝐴
siendo: 𝐴 =
𝜋𝐷2
4
Diámetro del tubo, d = 10mm = 0.01m
Q = caudal
A = Area de la sección transversal del Tubo
La imagen inferior muestra los tres estados de régimen de flujo:
– Flujo laminar
– Cambio de flujo laminar a turbulento (flujo en transición)
– Flujo turbulento
Flujo Laminar: Filamentos del fluido fluyen paralelamente, cerca de las paredes disminuye la
velocidad por efectos de la viscosidad. En un flujo laminar estacionario la velocidad en un punto
permanece constante: uu 
Flujo en Transición: Región en la que el flujo sufre una transición de laminar a turbulento.
Flujo Turbulento: Fluctuaciones caóticas del movimiento, que se superponen al flujo medio,
variaciones locales bruscas de presión y de velocidad. En un flujo turbulento la velocidad fluctúa
aleatoriamente, alrededor del valor medio temporal

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 Pasos a seguir:
1. Colocar tinta en el depósito.
2. Abrir la válvula de agua.
3. Abrir la válvula que controla el flujo del colorante.
4. Medir el caudal haciendo uso del recipiente graduado, seleccionando un volumen a
llenar (Ej: 250 ml), tomar el tiempo en que alcanza y anotar ambos valores.
5. Calcular la velocidad a partir de V= Q/A
6. Calcular el número de Reynolds y anotar el resultado.
7. Clasificar el flujo en función al número de Reynolds hallado y anotar el resultado.
8. Repetir el procedimiento variando cada vez la velocidad del flujo.
Ecuación de Distribución de Velocidades para una tubería con flujo laminar
Con h = R – r y D = 2R
Tabla Nro. 1.1
Prueba N° Vol (ml) Vol (l) t (s) Q (l/s) Q (m3
/s) A (m2
) V (m/s) Re Flujo
1
2
3
4

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Experiencia Nro. 2: Fundamentos para la medición de caudal
Funcionamiento del banco de ensayos
La bomba (P1) impulsa el agua desde el depósito (B2) a la tubería de alimentación. Los grifos
(V1...V6) permiten seleccionar el trayecto de medición. Los grifos de cierre de los demás
trayectos de medición se cierran. El caudal se ajusta con la válvula de regulación de precisión
(V10). El caudal se puede leer directamente en el rotámetro (FI1).
Delante y detrás del elemento a estudiar se puede medir la presión diferencial en los puntos
de medición. Además, se puede medir la presión estática en el elemento.
Una vez que ha atravesado el trayecto de tubo, el agua se devuelve al depósito (B2). El reflujo
se puede modificar con el grifo de cierre (V7) en el retorno. De este modo la presión en el
sistema también se puede adaptar a los instrumentos de medición. El grifo de tres vías (V8)
permite desviar el agua al depósito B1 para determinar la capacidad en litros.
Objetivo del ensayo
Comprobación de la precisión de medida del rotámetro

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Instrumentos y Componentes
– Banco de Tuberías
– Agua
– Rotámetro
– Cronómetro digital
Preparación del ensayo
Para una medición comparativa se debe llenar con agua el depósito de medición B1 hasta
que se pueda leer el nivel de agua en el indicador de nivel de llenado. A tal fin, proceder como
sigue:
– Cerrar el grifo de bola V9 y abrir los grifos de cierre V1 y V7.
– Ajustar el grifo de tres vías V8 de tal modo que el agua fluya al depósito B2.
– Conectar la bomba.
– Ajustar un caudal pequeño con la válvula de regulación de precisión V10.
– Poner el grifo de tres vías V8 en la posición para el llenado de B1 y llenar con agua el
depósito hasta que justamente se pueda ver el nivel en la escala de nivel de llenado.
Ajustar a continuación el grifo de tres vías V8 de tal modo que el agua fluya al depósito
B2.
Ejecución del ensayo
– Leer y apuntar el nivel de llenado inicial del depósito B1 en la escala del depósito de
nivel de llenado del nivel del depósito B1.
– Ajustar y apuntar el caudal a comprobar con la válvula de regulación de precisión V10 y
el caudalímetro FI1.
– Iniciar entonces al mismo tiempo la medición de tiempo y poner el grifo de tres vías en la
posición B1.
– Justo antes del final de la escala de nivel de llenado (70 cm) se debe volver a finalizar la
medición de tiempo y poner el grifo de tres vías en la posición B2.
– Al final se debe leer y apuntar el nivel alcanzado y la diferencia de tiempo.
En base a la diferencia de tiempo y el volumen que se ha llenado en este tiempo se
calcula el flujo volumétrico formando el cociente
Δ𝑉
Δ𝑡
= 𝑄
Evaluación del ensayo
Tabla Nro. 2.1
Prueba
Nro.
Rotámetro Volumen acumulado
Tiempo
(s)
Q calculado
Desviación
(%)Q(m3
/h) Q(l/s)
h
(cm)
V
(dm3
)
V (m3
) (m3
/s) (m3
/h)
1
2
3
4
5

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Experiencia Nro. 3: Manometría
Introducción
En la hidráulica de tuberías se manifiesta un gradiente de presiones en la dirección del flujo,
como resultado de la resistencia viscosa, que actúa en oposición al movimiento del fluido.
Una buena aproximación gráfica del gradiente de presiones en una tubería se obtiene
mediante la colocación de tubos piezométricos o manómetros, separados entre si por
distancias conocidas; la circulación del flujo en el interior de los tubos permite medir la presión
interna en cada sección en la forma de columna líquida o en unidades de presión; la diferencia
de presiones entre dos piezómetros dividida entre la distancia que los separa, indica la caída
de la presión en la forma de pendiente hidráulica.
Objetivos
En el siguiente ensayo se pretende determinar, de forma experimental, la caída de presión
entre dos puntos de una tubería tomando en cuenta los conductos de diferente material y
diámetro que presenta el equipo experimental.
Logro
Al finalizar el laboratorio, el alumno identifica, comprende y cuantifica la diferencia de presión
entre dos puntos y las causas que ocasionan. Además, teniendo las características de
resistencia viscosa del fluido, así como la rugosidad interna del conducto en la ecuación de
energía, identifica la pérdida de carga en un sistema de tuberías.
Fundamento
𝐸1 = 𝐸2  Ecuacion de Bernoulli o energia
𝑧1 +
𝑉1
2
2𝑔
+
𝑃1
𝜌𝑔
= 𝑧2 +
𝑉2
2
2𝑔
+
𝑃2
𝜌𝑔
(
𝑃1
𝜌𝑔
−
𝑃2
𝜌𝑔
) = (𝑧2 +
𝑉2
2
2𝑔
) − (𝑧1 +
𝑉1
2
2𝑔
)
𝐸1 = 𝐸2 + ∆ℎ  Ecuacion de Bernoulli Modificado
𝑧1 +
𝑉1
2
2𝑔
+
𝑃1
𝜌𝑔
= 𝑧2 +
𝑉2
2
2𝑔
+
𝑃2
𝜌𝑔
+ ∆ℎ
(
𝑃1
𝜌𝑔
−
𝑃2
𝜌𝑔
) = (𝑧2 +
𝑉2
2
2𝑔
) − (𝑧1 +
𝑉1
2
2𝑔
) + ∆ℎ
E1: Energía total a la entrada del conducto
E2: Energía total a la salida del conducto
h: perdida de energía o carga
La resistencia al avance que se presenta en un conducto al fluir un fluido, se debe: al efecto
de la viscosidad del fluido, a la rugosidad del conducto, a la velocidad que se desplaza el fluido
y a los obstáculos que pueda presentar el atravesar un accesorio.
Esta resistencia al avance es energía no recuperable le denominaremos perdida de carga.

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Instrumentos y Componentes
o Banco de Tuberías
o Agua
o Medidores de presión
o Rotámetro
Procedimiento
Las pruebas se realizarán en 3 tuberías que se encuentran localizadas en el Banco de tuberías
(en la figura ver ítem 10), las cuales tienen las siguientes características:
 (A) Tubería de Cobre o de acero de diámetro constante
 (B) Tubería, con accesorios de reducción y ampliación respectivamente
 (C) Tubería con accesorios que originan un cambio de dirección al flujo.
Considerar A y B, como los puntos extremos de la tubería a experimentar, en donde se toman
las presiones tal como se muestra en el gráfico.

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Seleccionando una tubería por vez:
Preparación del ensayo
– Conectar una manguera de medición a la 1ra cámara anular de medición del
correspondiente trayecto de tuberia.
– Conectar una segunda manguera de medición a la última cámara anular de medición del
correspondiente trayecto de la tuberia a experimentar.
– La purga de aire, la conexión, el ajuste de la línea cero y la medición con el manómetro.
Ejecución del ensayo
– Cerrar los grifos de cierre de V1 a V6.
– Abrir el grifo de cierre del trayecto de tubo a estudiar.
– Cerrar la válvula de regulación de precisión V10.
– Conectar la bomba.
– Abrir la válvula de regulación de precisión V10 lentamente un poco.
– Anotar los valores de indicación del panel de manómetros o del medidor de presión
diferencial electrónico y caudalímetro.
– Repetir el último punto siempre con la válvula un poco más abierta para registrar más
valores de medición.
– La Tabla muestra los resultados de la medición. Los valores que exceden el rango de
medición del panel de manómetros, se deben registrar con el manómetro de presión
diferencial electrónico.
 Pasos a seguir:
1. Encender la bomba del Banco de tuberías, iniciar los ensayos en cuanto se
estabilice el caudal.
2. Calcular el caudal que pasa mediante el Rotámetro.
3. Medir las alturas de las presiones presentados en los puntos de toma de presión
haciendo uso del Panel de piezómetros.
4. Calcular la diferencia de presión entre los puntos de toma de presión.
5. Determinar la perdida de energía o carga y el tipo de flujo en función al número de
Reynolds.
6. Comparar los resultados y realizar las conclusiones respectivas.

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Tabla 3.3: Lecturas en el panel de control:
Q (m3
/h)
Tubería de cobre o acero di=
h1 (mm) h5 (mm) Δp (Pa) Δh1-5 (mm) Re
Q (m3
/h)
Tubería con reducción y ampliación
Q (m3
/h)
Tubería con cambio de dirección del flujo
Pérdidas de presión en función del caudal
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Pérdidadepresión(Pa)
Caudal (m3/h)
Cu 28x1, di=26 mm
Cu 22x1, di=20 mm
FºGº 1/2", di=16 mm

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Tabla 3.4: Cálculo de las diferencias de presión, perdida de energía y Numero de Reynolds
Q (m3
/h)
Tubería de cobre o acero di=
Q (m3
/h)
Tubería con reducción y ampliación
Q (m3
/h)
Tubería con cambio de dirección del flujo
Bibliografía
 GUNT HAMBURG, “HM 122 Pérdida de carga en tuberías”.
 Hidráulica de Tuberías, J. Saldarriaga-2007
 Catedra de Ing. Rural, E. Univ. De Ing. Tec Agrícola- España
Formuló Revisó Aprobó Autorizó
Ing. Sissi Santos
Ing. William Sanchez V.
Ing. Sissi Santos
Ing. Román Arciniega Ing. Jorge Cabrera
Profesora del Curso
Profesor del Curso
Coordinador de la Línea Director de la Carrera Decano Fac. de Ingeniería

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