PÉRDIDAS POR FRICCIÓN PRÁCTICA 5 UNEFM

1. Práctica Nº 5. PÉRDIDAS DE CARGA PRIMARIAS Y SECUNDARIAS
EN SISTEMAS DE TUBERÍAS.
Objetivos generales
 Reconocer la influencia del flujo volumétrico sobre
las pérdidas de carga en un sistema de tuberías.
Objetivos específicos
 Determinar las pérdidas de carga distribuidas en un
tramo de tubería recto.
 Obtener el factor de fricción de Darcy-Weisbach
experimentalmente.
 Determinar las pérdidas de carga localizadas en
diversos accesorios.
 Calcular el coeficiente de pérdida de carga
secundario asociados a los accesorios evaluados.
Equipos Necesarios:
Experiencia A. Perdidas de carga en un tramo de
tubería recto.
Experiencia B. Pérdidas localizadas en codos de 90º
curvos o en escuadra.
Experiencia C. Pérdidas localizadas en una válvula de
compuerta.
1. Tramo de tubería recto.
2. Codos de 90º curvos o en escuadrada.
3. Válvula de Compuerta.
4. Piezómetro Diferencial o tubo en U con Mercurio.
5. Rotametro.
Consideraciones Teóricas:
 Pérdidas de Carga en tuberías: es la pérdida de
energía dinámica del fluido debida a la fricción de las
partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la
tubería que las contiene.
 Perdidas de carga primarias o distribuidas: son las
pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la
tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de
fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas
de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar
en flujo uniforme, por tanto principalmente en los
tramos de tubería de sección constante.
 Perdidas de cargas menores o localizadas:
accesorios, válvulas: son las pérdidas que tienen
lugar en las transiciones (estrechamientos o
expansiones de la corriente), codos, válvulas, y en
toda clase de accesorios de tubería.
 Longitud de Tubería Equivalente (Le): consiste en
considerar las pérdidas secundarias como longitudes
en metros de un trozo de tubería del mismo diámetro
que produciría las mismas pérdidas de carga que los
accesorios en cuestión.
Datos Experimentales:
Experiencia A:
 Diámetro de la tubería, D= 35,5mm.
 Longitud de la tubería, L= 2,25mts.
 Rugosidad relativa, ε/D= 0,1.
Experiencia B y C:
 Diámetro de la tubería, D= 35,5mm.
 Coeficiente teórico de pérdida en accesorios (kTeo
buscar en el CRANE u otro libro o manual).
Procedimiento Experimental:
Experiencias A y B: poseen un procedimiento
experimental similar:
1. Medir la temperatura del agua.
2. Instalar el piezómetro diferencial de tubo en U en el
tramo de tubería recta o entre la sección de codos
seleccionada.
3. Fijar un caudal inicial en el rotametro Nº 2 y anotar
el valor (QR).
4. Tomar la lectura del piezómetro diferencial ( h
 ).
5. Repetir los pasos 4 y 5 para otros 3 caudales.
Experiencia C:
1. Abrir completamente la válvula de compuerta
(100%).
2. Conectar el piezómetro diferencial alrededor de la
válvula de compuerta.
3. Fijar un caudal en el rotámetro Nº 2 y anotar el valor
(QR).
4. Tomar la lectura del piezómetro diferencial ( h
 ).
5. Repetir los pasos del 3 al 4.
6. Cerrar parcialmente la válvula de compuerta para
variar el porcentaje de apertura (una vuelta es aprox.
10%). Girar de 2 a 4 vueltas. No exceda esa
cantidad.
7. Repetir los pasos 3, 4 y 5.
Cálculos a Realizar:
Experiencia A.
 Caída de Presión (ΔP):
 
1
2 



 Hg
O
H S
h
P  [Pa] ec.1
 Pérdida de carga distribuida experimental (hfexp):
O
H
P
hf
2
exp


 [m] ec. 2
 Velocidad media en la tubería (V):
2
4
D
Q
V

 [m/s] ec. 3
 Factor de fricción experimental (fexp):
L
V
D
g
hf
f




 2
exp
exp
2
ec. 4

2.  Factor de fricción de Darcy-Weisbach teórico (fteo),
Ec. de Swamee & Jain, 1976:
2
9
0
74
5
7
3
325
1















.
teo
Re
.
D
.
Ln
.
f
 ec. 5
 Pérdidas por fricción distribuida teórica (hfteo):
g
V
D
L
f
hf teo
teo




2
2
[m] ec. 6
Experiencia B.
 Caída de Presión (ΔP):
 
1
2





 Hg
O
H S
codos
n
h
P 
 [Pa] ec.7
 Pérdida por fricción localizada experimental (hkexp):
O
H
k
P
h
2
exp


 [m] ec.8
 Coeficiente de pérdida menor experimental del
accesorio experimental (kexp):
2
exp
exp
2
V
g
h
k
k 

 ec. 9
Experiencia C: pérdidas localizadas en una válvula
de compuerta.
 Caída de Presión (ΔP): ec.1
 Pérdida por fricción localizada
experimental (hkexp):
ec.8
 Coeficiente de pérdida experimental de
la válvula (kVexp):
ec.9
Donde:
Δh: lectura tomada en el manómetro en U expresada en
metros de columna de mercurio (mHg).
SHg: densidad relativa del mercurio.
H20 Peso especifico del agua (N/m3) a la temperatura de
trabajo.
V: velocidad media del fluido en la tubería (m/s).
Trabajo a realizar:
Experiencia A:
 Calcular las perdidas de carga de forma
experimental.
 Realizar una grafica hfexp vs. Q. Analice y comente.
 Calcular las pérdidas de carga teórica y compararla
porcentualmente con la experimental. Comente.
 Compare los factores de fricción experimentales y
teóricos para cada caudal. Analice y comente.
Experiencia B y C: para cada accesorio deberá:
 Calcular las pérdidas de carga experimentales.
Analice y comente.
 Realizar una grafica donde grafique las pérdidas de
carga de ambos accesorios (codo y válvula 100%)
en función del caudal (una sola grafica con dos
curvas). Analice y comente.
 Comparar los coeficientes de pérdida menores
teóricos y experimentales. Analice y comente. Nota:
obtenga un promedio k para la válvula y el codo.
Tabla de Datos.
Experiencia A y B:
# QR (LPH)
Δh (cmHg)
TramoRecta
Numero de codos::___
Curvos:___ Escuadra:___
1
2
3
4
Experiencia C:
# QR (LPH)
Δh (cmHg)
Apertura 1: 100% Apertura 2: ___%
1
2
3
4
Tablas de resultados:
Experiencia A:
QR
(LPH)
Δh
(mHg)
ΔP
(Pa)
hfexp
(m)
V
(m/s)
fexp fteo hfteo
(m)
1
2
3
4
Experiencia B:
QR
(LPH)
Δh
(mHg)
ΔP
(Pa)
hkexp
(m)
V
(m/s)
kexp
(m)
kteo
(m)
1
2
3
4
Experiencia C:
QR
(LPH)
Δh
(mHg)
ΔP
(Pa)
hkexp
(m)
V
(m/s)
kexp
(m)
kteo
(m)
100%
1
2
3
4
____%
1
No
aplica
2
3
4