Este documento describe un experimento para determinar las pérdidas por fricción en tuberías y debidas a la existencia de accesorios. Los objetivos son determinar las pérdidas por fricción en tuberías, construir la curva de coeficiente de fricción, y determinar los coeficientes de pérdidas en accesorios. El procedimiento incluye medir el tiempo de llenado de un tanque para varios diámetros de tubería y calcular las pérdidas por fricción usando la ecuación de Darcy-Weisbach.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
Pérdidas por fricción en tuberías y debidas a la existencia de accesorios
Santa Ana de Coro; Abril de 2012

2. 1.) Experimento:
Pérdidas por fricción en tuberías y debidas a la existencia de accesorios.
2.) Objetivos:
Determinar las pérdidas por fricción en tuberías.
Construir la curva de coeficiente de fricción en tuberías.
Determinar los coeficientes de pérdidas en accesorios.
Comparar los valores teóricos de “f” y de “k” con los experimentales.
3.) Equipos de Laboratorio:
En el Laboratorio:
a) Grupo para el estudio de flujo en tuberías, Modelo H38D/E.
b) Cronometro.
En el MultiH Virtual:
a) En el laboratorio se encuentra instalado un banco de tuberías, en el
que se puede realizar el procedimiento para distintos diámetros y material de tubería
así como también seleccionar varios accesorios para determinar así las pérfidas por
fricción y las pérdidas locales.
4.) Investigar:
1) Definir perdida de carga. Explique.
2) A que se le denomina perdidas menores y ¿porque?
3) ¿Qué importancia tiene el factor de fricción en la ecuación de Darcy-
Weisbach?
4) Explique las experiencias de Nikuradse.
5) ¿De qué factores depende el factor fricción en la ecuación de Darcy-
Weisbach? Y cuáles son los métodos para estimarlo.
6) ¿Qué efectos tienen las perdidas sobre las líneas de carga piezométricas en
un ducto de sección constante?
7) ¿Qué es una válvula y cuál es su función?
8) Tipos de válvulas. Explique y diga para que se usan las ventosas.

3. g
V
D
L
f
h
2
2
5.) Nociones Teóricas:
5.1) En un sistema de tuberías el flujo pierde energía de dos formas: Por
fricción producto del contacto entre el flujo y el contorno sólido (representado por
las paredes de la tubería) y la segunda forma en que se genera una caída en la línea de
energías, es por la presencia de dispositivos que obstruyan o desvíen la dirección
principal de flujo, en este caso las pérdidas son denominadas Perdidas por
accesorios.
5.1.1.-Por fricción (hf) (contacto del flujo con el contorno sólido)
Teóricamente se calcula con la ecuación Darcy-Weisbach.
Donde;
f: factor de fricción
L: Longitud de la tubería (metros)
D: diámetro de la tubería
V: velocidad del flujo.
Experimentalmente se estiman así:
A B
PA/γ
VA2
/ (2g)
Datum
PB/γ
hf
VB2
/ (2g)
Línea de
Energías totales

4. g
V
Z
P
hf
g
V
Z
P B
B
B
B
A
A
A
A
2
2
2
)
(
2
)
(
)
(
B
A
B
A
B
A
P
P
P
hf
f
D
ke
f Re
51
.
2
7
.
3
log
2
1
Si aplicamos la ecuación de Bernoulli entre los dos puntos A y B, donde se
desea estimar las pérdidas por fricción entonces la ecuación será;
Como se puede apreciar en el gráfica anterior los dos puntos están a la misma
altura, por lo tanto ZA = ZB. Además como no hay variación en el diámetro desde A
hasta B, entonces la velocidad media en los dos puntos también será la misma. Por lo
tanto, al despejar las pérdidas por fricción (hf) entre A y B la ecuación queda de la
siguiente forma:
Esta ecuación demuestra que las pérdidas por fricción entre dos puntos
cualquiera en una tubería de sección constante, implica una caída en la energía por
presión. De tal manera, que para determinar experimentalmente hf, solo se necesita
conocer la diferencia de presión entre los dos puntos ΔP. En el laboratorio, se emplea
el manómetro diferencial de mercurio para determinar dicha diferencia de presión y
así de esta manera se obtienen las pérdidas experimentales que permiten estimar el
factor de fricción hf a través de la ecuación de Darcy – Weisbach.
Para determinar el valor de “f” teóricamente, se presentan dos casos:
Caso 1. Para flujo laminar:
ƒ = 64 / Re
Donde; Re es el número de Reynolds.
Caso 2. Para flujo turbulento:
Para todas las tuberías, el Hydraulic Institute de los Estados Unidos de
Norteamérica y las mayorías de los ingenieros consideran la ecuación de Colebrook-
White como la más aceptable para calcular ƒ. La ecuación es.

5. g
V
k
hk
2
2
P
hk erimental
exp
g
V
hk
k
2
2
Donde,
f: es el factor de fricción
ke: rugosidad equivalente de la tubería
D: diámetro de la tubería
Re: numero de Reynolds
5.1.2) Por Accesorios (hk) pérdidas localizadas o menores.
Las pérdidas que ocurren en tuberías debidas a curvas, uniones, codos, entre
otros se denominan pérdidas locales o menores. En la mayoría de los casos las
perdidas menores se determinan experimentalmente, a través de la siguiente
ecuación:
Donde;
hk: Pérdidas por accesorios.
K: Coeficiente adimensional.
V: Velocidad del flujo.
El valor de “hk” representa una caída en la línea de energía al igual que sucede
con “hf”, por lo tanto para determinar su valor experimentalmente se debe emplear el
manómetro diferencial de mercurio para conocer ΔP y de esta manera saber el valor
de hk experimental con la siguiente ecuación.
La variable ΔP se mide con el manómetro diferencial de mercurio, colocándolo
en un punto antes y después del accesorio que se está ensayando. Al conocer hk
experimental, entonces de la primera ecuación que se mostró, se despeja “K” así;

6. Figura 2. Menú Principal del MultiH.
Con esta expresión se determina en el laboratorio el valor del coeficiente
adimensional de pérdidas por accesorios.
6.) Procedimiento para realizar las actividades Experimentales:
6.1 Para Pérdidas por Fricción:
6.1.1) En el Menú Principal del MultiH, seleccionar Redes de Tuberías y el
Submenú Pérdida de Tubería Simple y posteriormente tradicional.
6.1.2) Anotar los datos iniciales que se encuentran en la barra de herramientas
del laboratorio Virtual como Datos de Instalación y llenar la siguiente tabla:
Área del tanque de aforo A: m²
Temperatura del agua t: °C
Viscosidad cinemática : m²/s
Material de la tubería:
Características de la tubería:
Diámetro nominal de la tubería Dn: mm
Diámetro interior de la tubería D: mm
Longitud de la tubería L: m
Peso específico relativo (líquido manométrico) :
6.1.3) En la vista del Banco que aparece mostrando las tuberías.

7. Figura 3. Selección del Diámetro y Material.
Figura 4. Válvulas de Paso.
6.1.3.1.- Seleccionar el diámetro y el material a la tubería evaluar.
6.1.3.2.- Cerrar las válvulas que no entran en el proceso y abrir las
correspondientes solamente al ensayo de pérdidas.

8. Figura 5. Selección del Área del Tanque.
Figura 6. Cambio de Vista.
6.1.3.3.- Seleccionar el tanque de aforo a emplear de los tres (3) tanques
posibles.
6.1.3.4.- Ver y rectificar si es necesario los datos de la instalación.
6.1.3.5.- Cambiar de vista.

9. Figura 7. Selección del Líquido Manométrico.
Figura 8. Válvula de Descarga.
6.1.4) En la vista del Banco donde aparece la rama manométrica en U
6.1.4.1.- Seleccionar el líquido manométrico de los posibles.
6.1.4.2.- Cerciorarse que la válvula de descarga del tanque está abierta.

10. Figura 9. Arranque de la Bomba.
Figura 10. Manifold y la Rama Diferencial.
6.1.4.3.- Arrancar la bomba.
6.1.4.4.- Extraer el aire de la rama diferencial operando el manifold.

11. Figura 11. Válvula de Abasto.
Figura 12. Visualización de los Elementos para la medición.
6.1.4.5.- Abrir la válvula de regulación y accionarla para obtener el
gasto deseado.
6.1.4.6.- Cerrar la válvula de descarga del tanque y visualizar el
cronómetro y la ampliación del piezómetro del tanque.

12. Figura 13. Lectura del tiempo de llenado del Tanque.
Figura 14. Vaciado del Tanque.
6.1.4.7.- Medir el tiempo (t) que demora en llenarse una altura
establecida (h) en el tanque de aforo. Anotar la lectura.
6.1.5) Vaciar el tanque, abriendo la válvula de descarga.

13. Figura 15. Acercamiento de la Rama Diferencial.
6.1.6) Hacer un acercamiento de la rama en U y a partir de este un
acercamiento de cada uno de los meniscos.
6.1.7) Anotar la lectura indicada en el manómetro diferencial en U (Dh)
sumando la leída en cada menisco.
6.1.8) Variar el gasto en la tubería con la válvula de abasto y repetir los pasos a
partir del 6.4.5.

14. Figura 16. Menú Principal.
6.2. Para Pérdidas por Accesorios:
6.2.1) En el Menú Principal del MultiH, seleccionar Redes de Tuberías y el
Submenú Pérdida en Accesorios y posteriormente tradicional.
6.2.2) Anotar los datos iniciales que se encuentran en la barra de herramientas
del laboratorio Virtual como Datos de Instalación y llenar la siguiente tabla:
Para Válvula de Globo o Compuerta.
Material
Diámetro D: mm
Número total vueltas Nt:
Área del tanque A: m2
Temperatura t: °C
Viscosidad cinemática : m2/s
Longitud de 1-4 L1: m
Longitud de 2-3 L2: m
Longitud del accesorio Lacc m
Líquido manométrico
Peso específico relativo g:

15. Para Válvula Mariposa o Esférica.
Para Reducciones y Ampliaciones:
Tipo de accesorio
Material
Diámetro D: mm
Angulo máximo de trabajo MAX 90 grados
Área del tanque A: m2
Temperatura t: °C
Viscosidad cinemática : m2/s
Longitud de 1-4 L1: m
Longitud de 2-3 L2: m
Longitud del accesorio Lacc m
Líquido manométrico
Peso específico relativo g:
Tipo de accesorio
Material
Diámetro nominal aguas
arriba
Daarr: mm (pg)
Diámetro interior aguas arriba Daarr: m
Diámetro nominal aguas abajo Daab: mm (pg)
Diámetro interior aguas abajo Daab: m
Área del tanque A: m2
Temperatura t: °C
Viscosidad cinemática : m2/s
Longitud de 1-4 L1: m
Longitud de 2-3 L2: m
Longitud del accesorio Lacc m
Líquido manométrico
Peso específico relativo g:

16. Figura 17. Selección del Accesorio.
Figura 18. Número de vueltas al accesorio seleccionado.
6.2.3) En la vista del Banco que aparece mostrando las tuberías.
6.2.3.1.- Seleccionar el Accesorio a utilizar para determinar las
pérdidas.
6.2.3.2.- Dar el número de vueltas al accesorio seleccionado de acuerdo
con las indicaciones suministrada por el profesor.

17. 6.2.4) Repetir el procedimiento a partir del paso 6.3.1 de pérdidas por
fricción.
7. Los errores más comunes que se han detectado son:
 Abrir la válvula de vaciado del tanque antes de concluir el registro del
tiempo de llenado.
 Accionar la válvula de abasto durante el registro del tiempo de llenado del
tanque de aforo.
 Desbordamiento del tanque por accionamiento tardío de la válvula de
vaciado de este.
 No abrir las válvulas de entrada y salidas de las prácticas a realizar.
 Abrir las válvulas de entradas salidas de otros niveles que no tienen que ver
con las prácticas a realizar.
 No purgar el airé en las ramas diferenciales.
 Lectura de las ramas diferenciales.
8. Tabla de Datos:
Para Pérdidas por Fricción y Accesorios. (Hacer para la Tubería 1, Tubería 2,
Válvula 1 y Válvula 2).
Las mediciones de tiempo de llenado y variación de presión deben realizarse por
cada uno de los integrantes del grupo del informe, utilizando el MultiH. Posterior a
ello deben calcular el promedio de ambas variables de medición, con el cual llenarán
las dos (2) últimas columnas de la siguiente tabla de datos:
# # Vueltas
Altura del
Tanque
(m)
Área del
Tanque
(m2)
Volumen del
Tanque
(m3)
Tiempo
(Cron)
Dh
(cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

18. o
h
Hg
hg
erimental
H
P
hf
2
exp
*
g
D
LV
2
2
9. Tabla de Resultados:
9.1) Para la Tubería 1 y la Tubería 2.
#
Q(m3/s)
(1)
Δh Hg (m)
(2)
hf exp. (m)
(3)
(L/D)*(V2/2g)
(4)
F exp.
(5)
Re
(6)
F teor.
(7)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(1) Calcular el gasto volumétrico, dividiendo el Volumen del Tanque (columna
5 de tabla de datos) entre el tiempo de llenado (Columna 6 de la Tabla de datos).
(2) Transformar los ∆h en cm (Columna 7 de la Tabla de Datos) a ∆h en (mts)
para cada tubería respectivamente.
(3) Se calcula con la ecuación:
(4) Se calcula el término de la ecuación de Darcy - Weisbach
Donde L: Longitud de la tubería (m) (Datos Iniciales).
V: Velocidad (m/s) Q= V * A
D: Diámetro de la Tubería (m) (Datos de Instalación).
(5) Se divide (3) entre (4)

19. o
h
Hg
hg
erimental
H
P
hK
2
exp
*
(6) Se calcula el número de Reynolds así.
cinemetica
cos
*
*
4
Re
idad
vis
D
Q
Donde la Viscosidad Cinemática se calcula con la siguiente ecuación:
(7) Si es laminar f= 64/Re sino se calcula por Coolebrook – White o se utiliza
el Diagrama de Moody.
9.2) Para Cada Accesorio.
#
Q (m3/seg)
(1)
Δh Hg (m)
(2)
hK (m)
(3)
V (m/s)
(4)
V2/2g
(5)
K exp
(6)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(1) Calcular el gasto volumétrico, dividiendo el Volumen del Tanque (columna 5
de tabla de datos) entre el tiempo de llenado (Columna 6 de la Tabla de datos).
(2) Transformar los ∆h en cm (Columna 7 de la Tabla de Datos) a ∆h en (mts) para
cada accesorio respectivamente.
(3) Se calcula con la ecuación:
(4) Se calcula la Velocidad Q= V * A

20. (5) Se calcula el término V2/2g.
(6) Se divide (3) entre (4)
10. Gráficas a realizar:
10.1) Papel Semilogaritmico:
f Vs. R Para cada tubería (#1 y #2).
10.2) Papel Aritmético:
hk Vs. V2/2g Para Cada Accesorio.
11. Analizar y Concluir:
11.1) Comparar las curvas adimensionales Experimentales de cada tubería
con las curvas teóricas (Diagrama de Moody).
11.2) ¿Como son los valores del factor de fricción teóricos respecto a los
experimentales, se parecen. Son mayores, son menores o están muy
desfasados?, Estime el error porcentual cometido.
11.3) Para cada accesorio, identificarlo y comparar K experimental obtenido
con la gráfica con los K teóricos que aparecen en las tablas, de tal manera que
se puedan identificar claramente. Para ello, se debe trazar la línea de tendencia
en la gráfica hk vs. V2/2g, y luego calcular la pendiente (m) de dicha línea. Ese
valor de “m” será el valor de “K promedio” que representa el coeficiente de
pérdidas de cada accesorio respectivamente.
11.4) ¿Para qué pueden ser empleados las gráficas obtenidas para las
diferentes válvulas, que importancia tienen?. Explique un caso práctico.