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Páginas: 8 (1927 palabras) Publicado: 16 de febrero de 2014

FLUJO PERMANENTE A TRAVÉS DE UNA TUBERÍA HORIZONTAL
DE DIÁMETRO CONSTANTE



Objetivos
Determinar experimentalmente el coeficiente de fricción y comparar con el valor teórico esperado.
Determinar experimentalmente la pérdida de carga por fricción en un fluido y comparar con el valor teórico esperado.
Graficar la línea de energía y la línea piezométrica del sistema.
Calcular elcoeficiente de rugosidad de Hazen-William.

RESUMEN


1. Marco Teórico
En una tubería horizontal rugosa de diámetro interno constante D, circula agua a una velocidad media V como se muestra en la figura 1.
Al aplicar la ecuación de la energía tomando como nivel de referencia el eje central de la tubería se obtiene:





Figura Caída de presión
Según la configuración mostrada en lafigura 1. En el punto 1 y 2 tanto la velocidad como la altura permanecen constantes. Por lo tanto la ecuación 1 se puede reducir a:

[ec.2]

Coeficiente de fricción de la tubería: se puede obtener experimentalmente a partir de la ecuación 2 igualándola a la expresión de Darcy- Weisbach:
[ec.3]

[ec.4]
El coeficiente teórico de fricción se obtiene por medio del diagrama de Moodyconociendo los valores del Número de Reynolds y el coeficiente de rugosidad relativa. Este también se puede obtener con mayor precisión por la expresión explicita aproximada de la ecuación de Colebrook hallada por Haaland:
[ec.4]


Montaje Experimental

El montaje experimental consistió de una tubería horizontal de diámetro constante dotada con una válvula de alimentación que permite regularlas velocidades del flujo. Para el desarrollo de la práctica, por medio de la válvula de alimentación del tanque, se fijaron 3 caudales diferentes que constituirían los ensayos 1, 2 y 3 respectivamente. Para cada ensayo se tomó la altura que el agua alcanzaba en cada uno de los 10 piezómetros instalados a lo largo de la tubería. Además, un medidor de flujo digital tipo turbina registró el caudalcorrespondiente y fueron tomados datos de volumen de agua alcanzado en determinado tiempo en una probeta que se llenaría con el fluido saliente de la tubería.


Datos obtenidos y análisis de Resultados

Los datos sobre las Alturas registradas en cada uno de los piezómetros para cada ensayo son registrados en la tabla 1.


Con el propósito de calcular el Caudal experimentalmente, sellevó a cabo el método de aforo volumétrico, determinando el volumen que alcanza la probeta aforada en un intervalo de tiempo. El caudal calculado se establece con la siguiente expresión:

[ec.5]
En donde:
V= volumen que alcanza el agua en la probeta en un tiempo determinado [ml]
T= tiempo medido en segundos.

Los datos obtenidos para aforo volumétrico, caudal de referencia y caudalcalculado se muestran en la tabla 2. Para el caudal calculado se realizó la conversión correspondiente de unidades.

Ensayo
Aforo Volumétrico
Caudal calculado de ref

T (s)
Vol( ml)
Qcal(Lt/min)
Qref (Lt/min)
1
3,16
900
17,09
17,1

3,02
850



3,09
890


2
3,19
840
15,83
16

3,38
900



3,21
840


3
3,59
910
15,66
15

3,47
900



3,63
980


TablaDatos obtenidos sobre caudal para cada ensayo.
Se tomaron los datos de caudal calculado y de referencia para cada ensayo para ser usados en el cálculo del número de Reynolds. La tabla 3 presenta los datos para caudal en unidades de m3/s para facilitar los cálculos.
Ensayo
Caudal calculado de ref

Q cal(m3/s)
Q ref (m3/s)
1
0,000285
0,000285
2
0,000264
0,00026667
3
0,0002610,00025
Tabla Caudal para el ensayo 1 en m3/s.

NÚMERO DE REYNOLDS

La expresión para calcular el número de Reynolds está dada por:


En donde:
V= velocidad del flujo.
D= diámetro interno de la tubería de hierro galvanizado.
= viscosidad cinemática del agua a 26 °C

La velocidad de flujo puede determinarse mediante la expresión:


En donde:
= Caudal calculado para el ensayo 1....
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