Informe Práctica IV: Pérdidas 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 90º, codos de 45º, 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

Pérdidas por fricción: al circular el agua por una tubería, dado que lleva una cierta velocidad que es energía cinética, al rozar con las paredes de la tubería pierde parte de la velocidad por la fricción que se produce entre el material y el líquido contra el sólido de las paredes. Entre mayor es la velocidad mayor será el roce.

Ecuación de Darcy: la ecuación de Darcy – Weisbach es la fórmula fundamental usada para determinar las pérdidas debidas a la fricción a lo largo de las tuberías. Establece que las pérdidas de energía hl, en una tubería, es directamente proporcional a la longitud L y la energía cinética V2/2g, presentes, e inversamente proporcional al diámetro de la tubería.

Pérdidas primarias: se producen cuando el fluido se pone en contacto con la superficie de la tubería. Esto provoca que se rocen unas capas con otras (flujo laminado) o de partículas de fluidos entre sí (flujo turbulento). Estas pérdidas se realizan sólo en tramos de tuberías horizontal y de diámetro constante.

Pérdidas secundarias: se producen en transiciones de la tubería (estrechamiento o expansión) y en toda clase de accesorios (válvulas, codos). En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías son importantes dos factores: que la tubería sea lisa o rugosa y que el fluido sea laminar o turbulento.

PROCEDIMIENTO

1. Revise si el nivel del agua en el depósito es el indicado para su correcta operación y verifique la instalación eléctrica.
2. Determine los diferentes acoples para la instalación de las tomas de presión.
3. Anote los datos iniciales de la columna de mercurio.
4. Coloque en posición abierta todas las válvulas del sistema y prenda la bomba.
5. Verifique la ausencia de aire en el sistema y elimine éste manteniendo el banco en funcionamiento durante varios minutos (5 a 6 minutos).
6. Revise la buena operación del medidor principal de caudal. 
7. 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.
8. Espere que el sistema se estabilice.
9. 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.
10. 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.
11. Cada vez que cambie el accesorio, cierre completamente la válvula que regula el flujo y apague la bomba.
12. A continuación instale los medidores de presión en el nuevo accesorio a usar y repita el procedimiento descrito.
13. Al terminar la práctica, cierre lentamente la válvula que controla el flujo y suspenda el circuito eléctrico.

EQUIPOS

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.

• Dos cronómetros
• Dos beakers plásticos de 1000 ml
• Dos probetas de 2000 ml

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Para la primera parte se escogieron como accesorios: Válvula de globo, Codo de 90º y el Tubo de Venturi

Diferencial de alturas

Caudal

Caudal Promedio

K Teórico

K experimental para Tubos en U

K experimental Digital

Para la segunda parte se escogió Tubería de Cobre de 1/2 "

Diferencial de alturas

Caudal

Caudal Promedio

Velocidad

Número de Reynolds

Factor de fricción

Pérdidas de presión

ANÁLISIS DE RESULTADOS

A partir de la práctica realizada, se puede hacer un análisis acerca de los resultados obtenidos en la misma.  En primer lugar, se obtienen unos valores de pérdidas de presión significativos; valores que pueden ser atribuidos a distintos factores, tales como: paredes del tubo, la viscosidad del fluido, y al ser un flujo con régimen laminar, la fricción entre las capas del flujo también tiene a modificar la presión; sin embargo este valor estuvo en el parámetro normal y esperado.

Por otro lado, el coeficiente de fricción indica la resistencia de un cuerpo al ser transportaba a través de otro; este va a ser dependiente de distintos factores entre ellos: la rugosidad de los cuerpos, la temperatura del medio, del diámetro de la tubería entre otros factores; por consecuente, se puede apreciar que este valor sobresale del rango de normalidad.

CONCLUSIONES

A partir de realizar el cálculo de las distintas propiedades presentadas en este informe de laboratorio; se puede inferir que: el coeficiente de fricción sobrepasa el rango esperado; fenómeno que puede ser atribuido a una mala medición por parte de los estudiantes producto de la inexperiencia de los mismos con esta clase de equipos.

Por otro lado, teniendo en cuenta que el flujo es turbulento, debido a su carácter desordenado; hace su medición sea mas tediosa, lo que se traduce en que sea mas difícil el cálculo de los parámetros requeridos; dificultad que conlleva a una mayor ineficiencia al momento de presentar un resultado de alta confiabilidad.

BIBLIOGRAFÍA

• MOTT, Robert L. MECÁNICA DE FLUIDOS. Sexta edición. Pearson Educación, México, 2006 Guías GUNT Hamburgo.
• CASTAÑEDA, Elizabeth, Pérdidas por fricción, 2014, Disponible en: https://es.slideshare.net/luissalcido37/perdidas-por-friccion-en-accesorios-y-perdidas-de-energia-en-tubos-y-accesorios, (Consulta: 27 de mayo de 2017)