Perdidas por friccion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIVIL Y AGRÍCOLA
ASIGNATURA: HIDRAULICA BASICA

eSTUDIO DEL FENóMENO DE DISIPACIóN DE ENERGíA POR FRICCIóN EN CONDUCTOS A PRESIóN

POR:
Luis Alfonso Rodríguez. Cód.: 214157
Pablo Leandro Doncel.:273170
Robinson Mateus. Cod: 214128
Daniel Aguirre. Cod: 214461
Pablo Rada. Cod: 214422

Docente:
Ing.CarlosArturo Duarte, Msc, Phd

Bogotá, Agosto del 2010

1. MARCO TEÓRICO

En este laboratorio, el objetivo es comprobar la disipación de energía por fricción en un conducto a presión, realizando algunas mediciones a un flujo de aceite con ayuda de elementos que permiten medir la presión, el caudal y la temperatura, con el fin de hacer un analisis al comportamiento de este flujo y constrastarlo conla teoría.

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción que hay entre el liquido y la pared de la tubería; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo.

En estructuras largas, las pérdidas por fricción son muy importantes, por lo que ha sido objeto deinvestigaciones teórico-experimentales para llegar a soluciones satisfactorias de fácil aplicación. Para estudiar el problema de la resistencia al flujo resulta necesario volver a la clasificación inicial de los flujos laminar y turbulento.

Osborne Reynolds (1883) en base a sus experimentos fue el primero que propuso el criterio para distinguir ambos tipos de flujo mediante el número que llevasu nombre, el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia.
En el caso de un conducto cilíndrico a presión, el número de Reynolds se define así:
 

  
Donde V es la velocidad media, D es el diámetro y  ν la viscosidad cinemática del fluido.

La ecuación de la energía o de Bernoulli para el movimiento de fluidos incompresibles en tubos es:

2. TOMADE DATOS

A continuación se presenta una tabla con los datos tomados en el laboratorio para 10 caudales de aceite, y se efectuarán los cálculos respectivos de las variables hidráulicas.



Tabla 1. Dimensiones del tubo y lecturas de la línea de gradiente hidráulico en los piezómetros 3. Y 5.Lecturas de la balanza, el cronometro y el termómetro para calculo de caudal,densidad ,viscosidad del fluido














Figura 1. Instalaciones del ensayo de friccion
3. CALCULO DE PARAMETROS HIDRAULICOS

Se toma como referencia de cálculo los datos del caudal 3 (Q3), cuyas propiedades están en la siguiente tabla
DIAMETRO(m) | 0.021 |
Área sección tubo(m²) | 0,0003464 |
Longitud tubo(m) | 2.0 |
| Q3 |
Piezómetro 3(cm) | 72.3|
Piezómetro 5(cm) | 61.6 |
| |
Peso P (kgf) | 50 |
Tiempo(s) | 45.92 |
Peso (N) | 490 |
Temperatura (⁰C) | 17 |
Tabla 2. Datos generales del caudal Q3.
1) Densidad del fluido:
Para determinar el valor de la densidad se aplica la variación de la densidad del aceite con la temperatura de la instalación hidráulica, para el calculo del coeficiente de fricción en una tubería lisa, de la siguiente manera
ρ(g/cm³)= 0,8734-0,0005*T
ρ= 0,8734-0,0005(15,5 ⁰C) =0,86565 g/cm³ = 865,65 Kg/m³
µ(poises)= (0,0444*T²-3,0494*T+67,296)/100
µ= (0,0444*(15,5⁰C)² -3,0494*(15,5⁰C)+67,296)/100 = 0,283 poises
µ = 0, 0283 Pa.s

2) Caudal y velocidad media

* Se traslada el peso del sistema técnico al SI:
P (N) = P (kgf)*g= 50 kgf * 9.8 m/s²= 490 N
* se calcula el pesoespecifico del aceite

γ= ρ.g γ= 865,65Kg/m³ * 9,8m/s²
γ =8476,02 N/m³.

* Se determina el valor del caudal Q (m³/s):
Q=VOLUMEN /TIEMPO = U / t = W/ γ.t W3= 50Kgf
Q= 50Kgf *9.8(N/ Kgf)/ 8476,02*45,92 seg
Q= 0, 00126 m³/s
A través de la ley de conservación de la masa la velocidad no varia en el tubo por tanto tenemos:
Velocidad media:
U=Q/A = 0,00126 m³/s/0,00034636m²...