Guía Laboratorio N02

Carrera: INGENIERÍA INDUSTRIAL
Asignatura: OPERACIONES UNITARIAS
Laboratorio N° 3
ESTUDIO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS DE SECCIÓN CONSTANTE
OBJETIVOS
Al finalizar el desarrollo e informe del laboratorio, el alumno será capaz de:

 Determinar pérdidas de carga en tuberías de sección constante y accesorios.
 Evaluar el efecto del caudal en las pérdidas de carga.
 Comparar el método teórico y experimental en la determinación de las pérdidas de carga.
FUNDAMENTO TEÓRICO
El estudio de este laboratorio corresponde al flujo de fluidos y a la energía que se pierde por fricción en
toda la extensión de una tubería. Las capas de fluido rozan entre sí en un flujo laminar y entre partículas, en
el flujo turbulento; además, el rozamiento del fluido con la pared de la tubería provoca también una
fricción que implica una pérdida de energía del fluido. Esta pérdida de energía se manifiesta en el fluido
como una caída de presión, que es una propiedad cuya variación en la tubería puede medirse. Al conjunto
de efectos provocados por la fricción en el fluido en movimiento se le conoce como pérdida de carga.
La determinación de la energía perdida representa la dificultad mayor en la solución de los problemas

relativos al movimiento de los fluidos en las tuberías; se puede establecer en teoría, pero con resultados
sólo aproximados si no está integrada por un oportuno estudio experimental que permita la determinación
de toda una serie de coeficientes de corrección.
Si consideramos dos puntos en una tubería y aplicamos el balance de energía mecánica expresado en
unidades de longitud (altura) la ecuación será:
P1 v 21 P 2 v22
+ + z 1= + + z 2 + H F donde HF representa la “pérdida de carga” por la fricción (metros)
ρg 2 g ρg 2 g
Considere una tubería de diámetro constante, entonces, la velocidad no cambia. En esta situación, si se
introduce un piezómetro en el punto 1 y otro en el punto 2 se observará que la cuota piezométrica (z + p/
ρg ) en lugar de permanecer constante disminuirá siempre en el sentido del movimiento (véase figura).
h = HF
P 1−P2
Si la tubería es horizontal: =∆ h = HF pérdida de “altura” (carga) debido a la fricción
ρg
Este descenso, referido a un recorrido unitario, recibe el nombre de inclinación piezométrica y se indica
con "J".
∆h
J= L  longitud de tubería
L
J  pérdida de carga por unidad de tubería (m/m)
EVALUACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA
1. TEÓRICAMENTE
El valor de J puede calcularse teóricamente. Varios investigadores han desarrollado ecuaciones (modelos)
que evalúan las pérdidas de carga. Blasius, Moody, Darcy, etc. todos coinciden que esta pérdida es
directamente proporcional al cuadrado de la velocidad y a la longitud de la tubería, e inversamente
proporcional a su diámetro. Una de las más conocidas es la ecuación de Darcy:
2
v L
∆ h=f h (HF)  pérdida de carga (m)
2 gD
v2
J=f donde v  velocidad
2 gD
L  longitud de tubería
D  diámetro interno
J  pérdida de carga por unidad de longitud (m/m)
f índice de resistencia o factor de fricción de Darcy
El término f es el factor de fricción, un parámetro adimensional. El factor de fricción f es calculado

mediante fórmulas empíricas como la de Colebrook o mediante gráficos como el diagrama de Moody.
16
f=
a) Para el régimen laminar: Re Re  2300
b) Para el régimen turbulento: ecuación de Swamee y Kain:
0 . 25
f=
[ ( )]
2
ε 5 , 74
log + 0,9
3,7 D Re
c) Ecuación de Colebrook:
[ ]
ε
1 D 2.51
=−2 log +
√f 3.7 ℜ √ f
Con esta ecuación se obtienen valores de f más cercanos a los que se obtienen con el diagrama
de Moody. Tiene el inconveniente de que su solución se realiza mediante un proceso de
prueba y error (procedimiento iterativo).
ρvD vD
ℜ= = donde   viscosidad (absoluta) kg/m.s
μ γ
  viscosidad cinemática m2/s
  rugosidad del tubo
2. EXPERIMENTALMENTE
En la parte experimental de este laboratorio se

mide, mediante un manómetro diferencial, la
diferencia de presiones entre dos puntos en una
tubería de tramo recto. Esta caída de presión se
utiliza para determinar las pérdidas de energía o
de “altura” experimentales. Los valores serán
adquiridos mediante un programa por
computadora.
El valor de J experimental es:
∆h ∆ P
J= =
L ρg L
donde:
J : adimensional (pérdida de carga en metros/metro de tubería)
L : longitud de tubería
 : densidad (agua: 1000 kg/m3)
g : aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)
COMPONENTES DEL EQUIPO:
1. Electrobomba
2. Recipiente de PVC capacidad de unos 100 L
3. Medidor de flujo para medir el caudal principal Q;
4. Manómetro Bourdon para medir la presión en el circuito principal
6. Tubo lineal de PVC Ø int. 16 mm Ø ext. 20 mm longitud 1300 mm T1
7. Tubo lineal de PVC Ø int. 9 mm Ø ext. 12 mm longitud 1300 mm T2
8. Tubo de PVC Ø int. 15,5 mm Ø ext. 20 mm con codos a 90º de radio estrecho longitud 1300 mm
desarrollo total 1740 mm T3
9. Tubo de PVC Ø int. 15,5 mm Ø ext. 20 mm con codos a 90º de radio ancho longitud 1300 mm desarrollo
total 1930 mm T4
21. Contador volumétrico agua calibrado en m³
22. Manómetro de mercurio con tubo en "U" para medir la pérdida de carga
30. Transductor electrónico de presión diferencial para medir el caudal principal
31. Indicador digital caudal Q (sólo con SAD/H38D)
32. Transductor electrónico de presión diferencial para medir las pérdidas de carga
La electrobomba (1) es de tipo de turbina y tiene las siguientes características técnicas:
- Motor 0.45 kW, 4.5 A, 220 V
DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO

1) Encender el equipo.
2) Elegir una tubería lineal de sección constante en el circuito hidráulico.
3) Abrir la válvula que da paso al líquido a través de la tubería elegida y cerrar las demás válvulas.
4) Regular la válvula (24) hasta obtener un caudal mínimo.
5) Insertar los grifos del manómetro en la tubería elegida.
6) Anotar ambas lecturas: el caudal en m 3/h y la caída de presión (esto se registra en el panel cuando se
adquieren los datos por computadora).
7) Manteniendo los grifos en la tubería, manipular la válvula hasta un segundo caudal y enseguida anotar
las lecturas correspondientes.
8) Repetir el paso 7), hasta obtener 5 lecturas.
9) Abrir completamente la válvula dando por terminada la experiencia.
10) Anotar la temperatura del agua y medir la longitud de la tubería analizada.
REGISTRO DE DATOS
Sección: _____________ / Grupo _____________
Integrantes: _____________________________________________
_____________________________________________
_____________________________________________
_____________________________________________
1. DATOS EXPERIMENTALES (1 p)
Longitud de la tubería L =1.22
Diámetro interno de la tubería D =16 mm
Temperatura del agua T = 26°C
Rugosidad de la tubería  =0.007
Viscosidad del agua  = 8.788 x 10-4
N° Caudal (m3/h)  P (mbar)  P (Pa)

1 2.73 165 16500
2 2.48 132 13200
3 2.11 94 9400
4 1.65 54 5400
5 1.31 34 3400
6 0.87 21 2100
Fecha: _____________________________________
Firma del profesor_____________________________

2. HOJA DE RESULTADOS
2.1 CÁLCULOS: Presente un ejemplo de cálculo (para el experimento N° 2 ) (4 puntos)
N° Caudal mbar Pa
2 2.48 132 13200
Cálculo de Pérdida de carga Teórica
T(°C) 𝝆 (kg/m3 ) µ (kg/m-s)
20 998 0.001
26 𝝆 µ
30 996 0.000798
Interpolando:
-
26−20 ρ−998
=
30−20 996−998
9980−12
p=
10
ρ=996. 8
26−20 µ−0.001
=
30−20 0.000798−0.001
−4
µ=8.788 ×10
Hallar la velocidad (m/s):
m 1h
2.48
×
h 3600 s
V= =3.4262m/s
π ×(0.016 m)2
4
Hallar el número de Reynolds:
kg m
996.8 × 3.4262 ×0.016 m
pvd m s
ℜ= = =62 179.9938
µ 8.788 ×10
−4
Hallar el factor de fricción (f):

0.25
f=
¿¿¿
0.25
f=
¿¿¿
Hallar la pérdida de carga por la ecuación Darcy:
v2 L
∆ h=f
2 gD
2
3.4262 × 1.22
∆ h=0.0216 × =0.9854 m
2 ×9.81 ×0.016
∆ H 0.9854
J teórico = = =0.8077
L 1.22
Gteórico =g× J teórico
G teórico =9.81 ×0.8077
J
Gteórico =7.9235
Kg . m
Cálculo e pérdida de carga experimental :
∆p 13200 Pa
∆H= =
pg kg
996.8 ×9.81 =1.3498 m¿
m3
¿
∆ H 1.3498
J experimental = = =1.106 3
L 1.22
Gexperimental =g ×J experimental
Gexperimental =9.81 ×1.1063
J
Gexperimental =10.8528
Kg . m
2.2 Cuadro resumen de resultados (3 puntos)
VÍA TEÓRICA (Darcy) VÍA EXPERIMENTAL

Caudal
velocidad Número de Factor de Pérdida de carga Lectura Pérdida de carga
V(m3/h) v (m/s) Reynolds,Re fricción P (Pa)
ƒ J J
(m/m) (m/m)
2.73
2.48 3.4262 62179.99 0.216 0.8077 7.9235 13200 1.1063 10.8528
2.11
1.65
1.31
0.87
2.3 Gráficos: Presente un gráfico J vs Caudal, teórico y experimental (4 p)
(*) Comente el gráfico como parte de sus conclusiones

3. CUESTIONARIO (4 p)
a) Defina pérdidas de carga (2 p)
La pérdida de carga se define como una pérdida de presión generada por un fluido que pasa por una tubería, es decir, se traslada entre dos puntos
para obtener un caudal. Algunos de los factores que provocan esta pérdida son la fricción que se genera entre las partículas de fluido y las paredes
de la tubería, además de la rigurosidad de la tubería y los accesorios que podemos encontrar adentro. Por lo tanto, el modelo que adquiere estos
factores para obtener la pérdida de carga es el de teórico, debido a que incluye las características del fluido y la tubería por donde pasa.
b) Se conoce que J = 0.80. ¿cuánta energía pierde el fluido por fricción en un tramo de 100 m? (2 p)
Datos :
J = 0.80
Longitud ( L ) = 100 m
Fórmula:
∆H
J teórico =
L
∆H
0.80=
100
∆ H =80 m
4. CONCLUSIONES (4 p)
Relacione los resultados obtenidos con los objetivos del laboratorio y exprese sus conclusiones.
- Observamos que el fluido con el que se trabajó fue de un con comportamiento turbulento. Esto se determinó con la Ecuación de Reynolds,
el cual permite determinar el régimen laminar o turbulento de un fluido.
- Al analizar los datos, se observó que el caudal era directamente proporcional a la pérdida de energía, es decir, a mayor masa de agua se
obtendrá mayor nivel de contacto aumentando la pérdida de energía y por lo tanto la relación entre la perdida de carga (∆ℎ) con la longitud
de la tubería. Esto sucede debido a que al aumentar la longitud de la tuberia, el fluido realiza un mayor esfuerzo para llegar del punto inicial
al punto final del sistema.

Guía Laboratorio N02

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Guía Laboratorio N02

Cargado por

Información del documento

Descripción original:

Derechos de autor

Formatos disponibles

Compartir este documento

Compartir o incrustar documentos

Opciones para compartir

¿Le pareció útil este documento?

¿Este contenido es inapropiado?

Copyright:

Formatos disponibles

Guía Laboratorio N02

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Carrera: INGENIERÍA INDUSTRIAL

Asignatura: OPERACIONES UNITARIAS

Al finalizar el desarrollo e informe del laboratorio, el alumno será capaz de:

La determinación de la energía perdida representa la dificultad mayor en la solución de los problemas

EVALUACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA

El término f es el factor de fricción, un parámetro adimensional. El factor de fricción f es calculado

b) Para el régimen turbulento: ecuación de Swamee y Kain:

En la parte experimental de este laboratorio se

COMPONENTES DEL EQUIPO:

DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO

Sección: _____________ / Grupo _____________

N° Caudal (m3/h)  P (mbar)  P (Pa)

Firma del profesor_____________________________

Hallar el factor de fricción (f):

VÍA TEÓRICA (Darcy) VÍA EXPERIMENTAL

2.48 3.4262 62179.99 0.216 0.8077 7.9235 13200 1.1063 10.8528

(*) Comente el gráfico como parte de sus conclusiones

el cual permite determinar el régimen laminar o turbulento de un fluido.

al punto final del sistema.

También podría gustarte

Sección: _ / Grupo _