Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
INFORME DE LA PRACTICA 2
EVALUACIÓN DE PÉRDIDAS DE CARGA
MECÁNICA DE FLUIDOS
CURSO 2006/2007
Profesor:
Alberto Peña Bandres
Alumnos:
Iñigo Caño Echevarría
Iñigo Acedo Gutiérrez
Iñigo Alonso Fernández
Grupo 1
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Objeto del ensayo
Evaluar las pérdidas de energía primarias (por fricción o continuas) y secundarias (menores o localizadas) en
diversas tuberías y elementos de un circuito hidráulico.
Peticionario del ensayo
El ensayo corresponde a la segunda práctica de laboratorio de la asignatura "Mecánica de Fluidos", impartida por
el Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos en la ETSI de Bilbao.
Agenda del ensayo
Dado el carácter de trabajo colectivo de la actividad, fueron necesarias tres sesiones de trabajo en grupo:
22 de Marzo de 2007:
26 de Marzo de 2007:
12 de Abril de 2007:
Trabajo previo al laboratorio, cálculos teóricos
Jomada en laboratorio, toma de datos experimentales
Redacción del presente informe
Dispositivo de ensayos
Esta práctica se realizó sobre un panel de ensayos situado en el laboratorio de Mecánica de Fluidos. Dicho panel
consta de un circuito con todos los elementos sometidos a ensayo así como de sendos manómetros de columna de mercurio
y de agua.
Ilustración 1: Panel de ensayos de pérdida de carga
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Instrumentos de medida empleados
Rotámetro:
Empleado para medir el caudal de alimentación del circuito, controlado por la válvula de membrana de su entrada.
Termómetro:
La temperatura del agua del circuito influye en algunas características físicas de la misma, como la densidad.
Manómetros:
Sendos manómetros de mercurio y agua (empleado para las medidas que requerían de una mayor sensibilidad) se
emplean para medir caídas de presión entre pares de secciones del circuito.
Procedimiento de ensayos
1 . Se puso en marcha la instalación y se abrieron completamente todas las válvulas para expulsar el aire, se purgaron
los manómetros y se tomó la temperatura del agua (medida que se repitió periódicamente).
2. Para cada una de las medidas se reguló el caudal mediante el rotámetro.
3. Las válvulas de compuerta y de bola se abrieron y se cerraron para, en cada caso, alimentar la parte del circuito en
la que se encontraban los elementos que iban a ser sometidos a examen.
4. Se midieron mediante los manómetros las pérdidas de energía continuas en una misma tubería atravesada por
diferentes caudales y en diferentes tuberías atravesadas por un mismo caudal, así como las pérdidas de carga
localizadas en sendos codos de 90 y 45 grados y en válvulas con distintos grados de apertura y distintos caudales.
Resultados obtenidos
• Pérdidas de energía primarias (continuas o por fricción)
1. Caídas de presión en una tubería (tubería 14) de PVC de un metro (Im) de longitud y veintiuno coma dos
milímetros (21.2mm) de diámetro interior para distintos caudales:
Temperatura del agua: 21°C
Caudal [l/h]
APfmmHgJ
3000
17
2600
13
2000
9
1200
3,97 (=54 mmH20)
Caídas de presión en dos tuberías de PVC de un metro (Im) y veintiuno coma dos milímetros (21.2mm)
(tubería 14) y cincuenta centímetros (0.5m) y trece coma seis milímetros (13.6mm) (tubería 12) de longitud y
diámetro interior respectivamente y en una tubería de otro material (tubería 7) de un metro (Im) de longitud y
dieciséis milímetros de diámetro interior (16mm) para un caudal de agua de tres mil litros por hora (30001/h):
Temperatura del agua: 2rC
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Tubería
APfmmHgJ
14
17
12
7,36 (=100 mmH20)
7
6,25 (=85 mmH20)
Pérdidas de energía secundarias (localizadas o menores)
1. Caídas de presión en un codo de noventa grados (90°), un codo de cuarenta y cinco grados (45°), un
ensanchamiento brusco, un estrechamiento brusco, una válvula de compuerta, una válvula de bola y una
válvula antirretorno para un caudal de tres mil litros por hora (30001/h):
Temperatura del agua: 25°C
Accesorio
APfmmHgJ
Codo 90°
10,3 (=140 mmH20)
Codo 45°
5,52 (=75 mmH20)
Ensanchamiento brusco
6,25 (=85 mmH20)
Estrechamiento brusco
25,75 (=350 mmH20)
Válvula de Compuerta
40
Válvula de Bola
10
Válvula Antirretorno
56
2. Caídas de presión en una válvula de asiento para distintos grados de apertura de la misma y para distintos
caudales:
Temperatura del agua: 25°C
Grado de apertura
Caudal fl/hj
APfmmHgJ
4 (total)
2600
72
4 (total)
2000
40
4 (total)
1200
15
3,2
2600
80
3,2
2000
35
3,2
1200
18
2,5
2600
150
2,5
2000
92
2,5
1200
35
2
2600
435
2
2000
260
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Grado de apertura
2
Caudal fl/hj
1200
APfmmHgJ
85
Evaluación de los resultados
Con los resultados obtenidos se rellenaron las tablas confeccionadas en el trabajo previo al laboratorio y se
compararon en el propio laboratorio los datos experimentales con los teóricos.
Los resultados obtenidos a lo largo del experimento no concuerdan en casi ningún caso con los valores obtenidos
teóricamente, manteniéndose sin embargo casi siempre (excepto en el caso del ensanchamiento-estrechamiento) una
correlación en las tendencias de los resultados en la misma dirección. Las pérdidas primarias se ven aumentadas por una
mayor longitud de la tubería, un menor diámetro interno de la misma, el aumento del caudal que circula por ella y por una
mayor rugosidad relativa. Por su parte las pérdidas secundarias en los elementos ensayados son mayores cuanto mayor sea
el caudal que los atraviesa y en general cuanto mayor es la distorsión en la trayectoria normal del fluido (mayor ángulo en
los codos, válvulas más cerradas, estrechamientos bruscos...).
Entre las posibles fuentes de error de las medidas cabe destacar el quizás escaso tiempo que se permitió de
estabilización a los manómetros a la hora de tomarse las medidas, además de la precisión (posibles burbujas de aire en los
manómetros) y la sensibilidad de los instrumentos de medida, así como variaciones de la temperatura a lo largo del
experimento y en general todos los errores propios de las mediciones (accidentales, aleatorios, sistemáticos, etc.). A estos
errores hay que sumar los propios de las simplificaciones introducidas en las ecuaciones teóricas, que sin duda acentúan
aún más la disparidad de los resultados teóricos con los experimentales.
Los resultados experimentales obtenidos constituyen una muestra demasiado escasa para realizar un estudio
estadístico de los mismos, de forma que resulta imposible diferenciar entre errores sistemáticos y/o aleatorios que se estén
produciendo en las mediciones.
• Pérdidas de energía primarias (continuas o por fricción)
1. Caídas de presión en una tubería (tubería 14) de PVC de un metro (Im) de longitud y veintiuno coma dos
milímetros (21.2mm) de diámetro interior para distintos caudales:
Temperatura del agua: 21°C
Caudal fl/hJ
AP experimental [iftmHg]
AP teórico [mmHg]
3000
17
4,145
2600
13
3,216
2000
9
2,022
1200
4 (=54 mmH20)
0,824
Caídas de presión en dos tuberías de PVC de un metro (Im) y veintiuno coma dos milímetros (21.2mm)
(tubería 14) y cincuenta centímetros (0.5m) y trece coma seis milímetros (13.6mm) (tubería 12) de longitud y
diámetro interior respectivamente y en una tubería de otro material (tubería 7) de un metro (Im) de longitud y
dieciséis milímetros de diámetro interior (16mm) para un caudal de tres mil litros por hora (30001/h):
Temperatura del agua: 2rC
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Tubería
^^experimental [iftmHg]
áP teórico [mmHg]
14
17
4,145
12
7,36 (=100 mmH20)
17,307
7
6,25 (=85 mmH20)
16,358
Pérdidas de energía secundarias (localizadas o menores)
1. Las caídas de presión medidas en el ensanchamiento brusco y en el estrechamiento brusco no concuerdan con
lo que indicaba la teoría, según la cual en un estrechamiento brusco con una relación de diámetros menor de
uno partido por raíz cuadrada de dos (como es el caso que nos ocupa) la caída de presión ha de ser menor que
en un ensanchamiento brusco con la misma relación de diámetros. Las diferencias entre los datos teóricos y
los experimentales son tan acusadas en este caso que no cabe sino cuestionarse si la toma de los datos se
realizó correctamente o si las ecuaciones empleadas en el cálculo teórico se ajustan a las condiciones del
ensayo.
Temperatura del agua: 25°C
Accesorio
^^experimental [mmHg]
APteórico [mmHg]
Ensanchamiento brusco
6,25 (=85 mmH20)
nfil (=172,3 mmH20)
Estrechamiento brusco
25,75 (=350 mmH20)
8,12 (=110,4 mmH20)
Las caídas de presión en los codos de noventa grados (90°) y de cuarenta y cinco grados (45°), la válvula de
asiento para distintos grados de apertura de la misma y para distintos caudales y en la válvula de compuerta,
la válvula de bola y la válvula antirretorno para un caudal de tres mil litros por hora (30001/h) no se
calcularon teóricamente al no disponerse de datos acerca de los coeficientes de descarga de las válvulas ni su
relación con los grados de apertura. Los cálculos de los coeficientes de descarga de las válvulas calculados a
partir de las medidas experimentales se detallan a continuación:
Tipo de válvula
Grado de apertura
QP/h]
H[m]
AP[mniI^]
C.
K
V
De Compuerta
Totalmente abierta
3000
0,503
40
1,319
0,574
De Bola
Totalmente abierta
3000
0,126
10
2,639
0,144
Antirretorno
Totalmente abierta
3000
0,704
56
1,115
0,804
De Asiento
4,0
2600
0,905
72
0,852
1,377
2000
0,503
40
0,880
1,293
1200
0,185
15
0,870
1,320
3,2
2600
1,006
80
0,809
1,530
2000
0,440
35
0,940
1,131
1200
0,226
18
0,787
1,616
2,5
2600
1,886
150
0,590
2,868
2000
1,157
92
0,580
2,973
1200
0,440
35
0,564
3,142
2,0
2600
5,470
435
0,347
8,318
2000
3,269
260
0,345
8,402
1200
1,069
85
0,362
7,630
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Bibliografía
1 . Documentación de Prácticas del Laboratorio de Mecánica de Fluidos. M^ Belén Güemez Bilbao, Alberto Peña
Bandres y Gustavo Esteban. Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos de la ETSI de Bilbao.
Febrero 2007.
http://www.ingenierosbilbao.com/fondo/castellano/departamentos/nuclear/apuntes_y_examenes/apuntes/Practicas
-01-02-16-2007.pdf
2. Mecánica de Fluidos (Vol 1 y 2) (Notas de Clase). Gustavo Esteban, M"" Belén Güemez Bilbao y Alberto Peña
Bandres. Servicio de Publicaciones ETSI Bilbao. 2006
Notas
• En la realización de este informe, así como en la del trabajo previo se ha empleado exclusivamente software libre
(excepciones hechas para el acceso a la Documentación de Prácticas... en formato electrónico, ya que tuvo que
utilizarse una máquina con el sistema operativo Microsoft Windows XP® y el programa Microsoft Internet
Explorer 6® y para visualizar in situ los datos experimentales del ensayo en la computadora disponible en el
laboratorio, que no disponía del sistema operativo libre de laUPV/EHU, EHUX f http://ehux.ehu.es/ )i siendo los
programas más utilizados los siguientes:
1. OpenOffice.org Writer. Procesador de textos; redacción del informe y del cuestionario previo.
2. OpenOffice.org Cale: Hoja de cálculos; tablas, cálculos generales y gráficos de los datos teóricos y
experimentales.
3. r/ze G/MP: Retoque fotográfico.
• Copias de este documento, así como de las tablas empleadas están a disposición del público, bajo los términos de
la licencia en http://www.archive.org/items/ETSI_Bilbao_MecanicaFluidos_Practica2 . tanto en formato editable
(OpenDocument Text y OpenDocument Spreadsheet), como en formato portable (Portable Document Format).
• Para contactar mediante correo electrónico con los autores remita sus dudas, comentarios, etc. a la siguiente
dirección: ialonso006(g)ikasle.ehu.es
Licencia
Copyright © 2007 Iñigo Caño, Iñigo Acedo e Iñigo Alonso.
Se permite la copia, distribución y/o modificación de este documento bajo los términos de la GNU Free
Documentation Tícense, publicada por la Free Software Foundation; sin Secciones Invariantes, ni Textos de Cubierta, ni
Textos de Contracubierta. Una copia de la licencia puede encontrase en http://www.gnu.org/licenses/fdl.txt .
Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
Documentation Tícense, published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts and
no Back-Cover Texts. A copy of the license can be found at http://www.gnu.org/licenses/fdl.txt .
Taboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Anexo 1: Tablas de propiedades del mercurio y el agua
Temperatura
P(HO)
v(H^O)
P(Hg)
^ rci
[kg/m^]
[* 10' mVs]
[kg/m^]
999,8
1,791
13595
1
999,9
1,731
13593
2
1000
1,674
13590
3
1000
1,62
13588
4
1000
1,568
13585
5
999,9
1,52
13583
6
999,9
1,473
13580
7
999,9
1,429
13578
8
999,9
1,387
13575
9
999,8
1,346
13573
10
999,7
1,308
13570
11
999,6
1,271
13568
12
999,5
1,236
13565
13
999,4
1,202
13563
14
999,2
1,17
13561
15
999,1
1,14
13558
16
998,9
1,11
13556
17
998,8
1,082
13553
18
998,6
1,055
13551
19
998,4
1,029
13548
20
998,2
1,004
13546
21
998
0,98
13543
22
997,8
0,957
13541
23
997,5
0,934
13538
24
997,3
0,931
13536
25
997
0,892
13534
26
996,8
0,873
13531
27
996,5
0,854
13529
28
996,2
0,835
13526
29
995,9
0,817
13524
30
995,7
0,8
13521
31
995,3
0,784
13519
32
995
0,768
13516
33
994,7
0,753
13514
34
994,4
0,738
13511
35
994
0,723
13509
36
993,7
0,709
13507
37
993,3
0,696
13504
38
993
0,683
13502
39
992,6
0,67
13499
40
992,2
0,658
13497
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Anexo 2: Principales fórmulas empleadas en los cálculos
• Número de Reynolds
Número adimensional que indica la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas; así el número de
Reynolds será mayor cuando las fuerzas de inercia predominan sobre las viscosas, estableciéndose los valores límite
teóricos de 4000, por encima del cual el régimen del fluido será turbulento (y las fuerzas viscosas serán despreciables) y de
2000, por debajo del cual el fluido estará en régimen laminar.
Ecuación de Haaland
1 101 u^lD'^'' 6,9
— l,8-log[(---) +
V(7) ' ^''3JV Re^^
Aproximación de la ecuación de Colebrook que, al tomar forma explícita facilita el cálculo del coeflciente de
fricción (f), al evitarse la realización de iteraciones de la versión original de la fórmula implícita. Es aplicable para
regímenes turbulentos en tuberías circulares de diámetro D.
• Expresión de Darcy Weisbach
L U'
^f ^ D[Tg)
Pérdidas primarias de flujos turbulentos de fluidos incompresibles.
Pérdidas localizadas
h=K
2-g:
Pérdidas originadas por singularidades en la trayectoria del fluido. El coeficiente de pérdida de carga local (K)
depende del tipo y las características geométricas de la singularidad.
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
r
Anexo 3: Abaco de Moody
^ EftiiBiej pep!S06nj
„ * *v. - ^
lA aq 40 ^ -esj — ^ ^ 5 O C> ^ ^P
sssssssss s s§i s i s s
s o o oo c>o^ c3 ^ escacho o o es
^ up!30iJi 8p iopej
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
Informe de la Práctica 2: "Evaluación de Pérdidas de Carga"
Anexo 4: Tablas empleadas para el trabajo previo y en el laboratorio
Laboratorio de Mecánica de Fluidos
