PRESENTADO POR: Ángela Ramírez Arias Yineth Acosta Rangel Tania Hernández García Daniela Vargas Guerrero LAB HIDRAULICA 1 RESUMEN El objetivo principal de esta práctica es saber diferenciar entre cuando un flujo es laminar o cuando es turbulento ya que con la diferenciación de estos dos tipos de flujo y otras características de una tubería podremos obtener las pérdidas por fricción las cuales son de gran importancia a la hora de diseñar un conducto con el fin de transportar algún líquido. Existe un parámetro para determinar estos tipos de movimiento de un fluido y es el denominado número de Reynolds el cual relaciona la viscosidad, densidad, velocidad y dimensión de un flujo. El número de Reynolds es adimensional y nos brinda unos valores para la clasificación del flujo, si el número da un valor menor o igual a 2000 el flujo será laminar y si el número es mayor a 4000 el flujo será turbulento, entre los valores 2000 y 4000 existe un llamado régimen transicional. Palabras clave Número de Reynolds, perdidas hidráulicas, coeficiente de fricción, flujo laminar, flujo turbulento. INTRODUCCIÓN Las pérdidas por fricción se dan conforme el fluido circula por tramos rectos en ductos y tubería, lo que provoca que la presión disminuya a lo largo de la tubería y puede ocasionar que el fluido no llegue al lugar que se desea. Para determinar estas pérdidas es importante caracterizar la naturaleza del flujo la cual se puede determinar observando, si por ejemplo el agua sale de la llave a velocidad baja el flujo parece suave y estable, la corriente tiene un diámetro casi uniforme y se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse el flujo es laminar. Si por el contrario la llave está abierta por completa y el agua tiene una velocidad mayor y los elementos del fluido parecen mezclarse en forma caótica dentro de la corriente, el flujo es turbulento. Si al hacer el procedimiento de abrir la llave observamos oscilaciones el flujo se encuentra en una zona de transición en la cual el flujo pasa de laminar a turbulento. La naturaleza de un flujo también depende de un factor denominado viscosidad, es más probable que el flujo de líquidos de viscosidad baja sea turbulento. Otras variables como la densidad y la trayectoria del fluido son importantes para caracterizar el flujo las cuales se relacionan en la ecuación del número de Reynolds junto con la viscosidad. El número de Reynolds nos ayuda a tener una mayor certeza de que tipo flujo estamos tratando si laminar o turbulento. Este número junto con otras características de la tubería como la rugosidad, la longitud, el diámetro permiten calcular las pérdidas hidráulicas, la ecuación universalmente conocida para obtener las pérdidas es la de Darcy-Weisbach, en la cual hay una variable denominada coeficiente de fricción (f) el cual varía y se calcula dependiendo el tipo de flujo y las características de la tubería (rugosa o lisa). Para el buen diseño de una tubería es importante tener en cuenta todos los parámetros descritos anteriormente, conocerlos y saber utilizarlos adecuadamente ya que uno de los campos de aplicación en ingeniería civil es la construcción sistemas de abastecimiento de agua, el trabajo del 5 55 58. Se prende la bomba y se de paso a un mínimo flujo posible para efectuar el primer ensayo de la práctica del laboratorio y realizar la respectiva toma de datos 7. se revisan las válvulas.8 6 34. cronómetro y termómetro. se mueve hacia el frente la palanca de compuerta y simultáneamente se inicia un conteo con el cronómetro para medir el tiempo y de esta forma tomar el dato de la masa dada de aceite en el tanque gravimétrico. 4. cauda. velocidad y numero de Reynolds.5 7 29.5 31. el manejo de los piezómetros.7 24.3 42.1 45.6 5 39.4 52.5 47. Por esto es importante saber las pérdidas hidráulicas ya que a partir de estas el ingeniero puede establecer que elementos utilizar y en donde para que el agua o cualquier otro fluido llegue a su destino. La palanca que cierra y abre la compuerta debe evitar que el aceite caiga a dicho tanque y se cerciora que el tanque debe estar vacío. en las conexiones manométricas se debe realizar la lectura de las diferencias de presión en centímetros de Mercurio 6.5 4 43.3 50. se repite el procedimiento desde el numeral 3 en adelante para la realización y toma de los nuevos datos en los respectivos ensayos. Líneas piezométricas. se abre a un mínimo la válvula reguladora para la obtención de un caudal mayor.7 2 51. se desocupa el tanque gravimétrico.ingeniero es garantizar que el agua se distribuya y llegue adecuadamente a todas las viviendas de una población. se conoce el equipo que se maneja en el laboratorio de hidráulica 1 2. 10. 3.5 30. 1.6 41. Líneas Piezométricas Q1 Q2 Q3 Piezómetro Presión (cm Presión (cm Presión (cm Hg) Hg) Hg) 1 (Bomba) 70. 9. válvula de caudal. se realiza una distribución de las actividades a realizar en la práctica con los integrantes del laboratorio las actividades realizadas son.5 3 47.9 36 37. gradiente hidráulico. 5.4 69 66.9 25 . 8. PROCEDIMIENTO 1.3 8 24. 5 86 78.6 91.4 33.4 36.7 23.5 2 31.8 7 25.4 6 26.5 25.5 89.5 8 23.1 31.7 23.8 23.Laminar 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 .5 29. Linea Piezometrica .7 35.7 26.5 26.5 4 29 29.8 40.5 25.8 31.7 25.7 33.3 30.5 31.4 30.5 28.8 27 27.7 24 Lineas Piezometricas .Turbulento 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 Q1 Q2 Q3 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Piezómetro Presión Presión Presión Presión Presión (cm Hg) (cm Hg) (cm Hg) (cm Hg) (cm Hg) 1 (Bomba) 92.8 28 28.9 32.8 5 27.1 3 30.4 33. 55 0.61 3360.64 0.11 4.03E-03 1.09 0.86 0.84E-04 1.56 𝑝 𝑝 ℎ𝑓 = ( ⁄𝛾) − ( ⁄𝛾) Reynolds 2 8 ℎ𝑓 ⁄ = 𝐺.54 0.Gradiente Hidráulico (G.27 2.09 Laminar 2719.08E-03 1.90 787.92 0. 𝐻 𝑅𝑒 = 𝑉𝐷⁄𝑛 𝑙 Perdidas Gradiente Reynolds por fricción hidráulico Turbulento Turbulento Laminar hf hf/L 3183.26 0.49 428.H) 8.45 1501.81 1.91 1.77 672.27 1707.60E-04 0.18 0.64 0.44 1374.18 1.65 0.87 5.95 827.39 0.98 𝑄 Velocidad 𝑉 = ⁄𝐴 Caudal Velocidad m3/s m/s Turbulento 1.58 506.97 848.19 0.37 Caudal 𝑄𝑚 = 𝑤⁄𝑡 𝑄𝑣 = 𝑄𝑚 ∗ 𝛿 Qm Qv Qm Qv Laminar Turbulento 0.51E-04 0.26 1.43 4.83 3.23 1.67E-04 1.17 .11E-03 1.92E-04 0.68 3445.20 1.82 0.39 340.10 0.96 Laminar 4.99 6.43 375.36 0.76 2039.79 4. 00 1.40 0.87 0.20 0.91 0.56 hf/L contra V 0.50 2.18 0.17 0.10 0.20 0.15 0.81 0.00 0.27 1.14 0.37 1.76 1.23 0. Gradiente hidráulico Vs Velocidad Turbulento hf/L V 0.00 0.08 3.10 0.50 V turbulento laminar .10 0. 2.10 0. Coeficiente de fricción ℎ 2𝑔 𝑓 = ( 𝑓⁄𝑙 ) ∗ 𝐷 ∗ ( ⁄ 2 ) 𝑉 Turbulento Laminar 0.99 0.00 2.12 0.50 1.68 1.79 0.80 0.96 Laminar 0.61 1.60 hf/l 0. Hallar n log 𝑓 𝑓 = 𝑅𝑒 𝑛 → 𝑛 = ⁄𝑙𝑜𝑔𝑅𝑒 n Turbulento Laminar -0.9571 b -1. Coeficiente de fricción Vs número de Reynolds f Reynolds Turbulento 0.08 2719.44 0.13 m 0.014 m 0.0141 Turbulento y=0.43 0.00 0.15 1374.27 Laminar 0.00 3500.10 3360. Determinación de C y n ℎ𝑓 ⁄ = 𝐶𝑉 𝑛 𝑙 Laminar y=0.09 0.00 1500.00 Re turbulento laminar 6.05 0.00 1000.1288 5.10 3445.12 1707.29 -0.10 f 0.45 0.26 .10 2039.15 0.26 f contra Re 0. 4.00 2000.20 0.95x-1.11 0.10 3183.00 4000.83 0.00 3000.00 2500.14 1501.00 500.24x-0.2455 b -0. .09 0.0% 4. factor de fricción grafico (Moody). Se observó que los resultados experimentales se ajustan a las predicciones del flujo laminar .0% 1. el fluido manejaba un comportamiento definido a medida que se abría la llave al aumentar la velocidad se presentaban variaciones .36 0.32 7.18 1. El cálculo número de Reynolds.0% ANÁLISIS DE RESULTADOS Se realizó el registro de los valores de presión.64 0.55 4. -0.0% 1.27 -0. El factor de conversión de cm de Hg a mca fue 1 cm de Hg = 0.28 -0. se tomaron datos para diferentes caudales. factor de fricción.0% Laminar 1.28 -0. mayores son estas pérdidas. la variación de peso para el cálculo de caudal por método gravimétrico. se observó que también influye el aumento en la velocidad ya que a mayor velocidad.28 -0.36 1.64 0.14 m H2O. el tiempo en completar el peso dado por el profesor y las temperaturas inicial y final para cada caudal.0% 1.30 -0.64 1.0% 2. Las perdidas hidráulicas por fricción en la tubería son mayores cuando el fluido se comporta como flujo turbulento.64 3. perdidas por fricción. El paso siguiente fue pasar la presión de cm de Hg a metros de columna.18 0.09 4.19 2. están registrados en las tablas anteriores con las respectivas gráficas. dispersión y desorden en el comportamiento del fluido esto debido a que las partículas del aceite no manejaban una trayectoria clara y específica.19 0.55 0.10 1.10 0. También se tomaron datos de temperatura. Error de valores hf Perdidas por perdidas por % error fricción hf fricción hf 𝒉𝒇 = (𝒑⁄𝜸)𝟐 − 𝒉𝒇 %𝒆 = (𝒕𝒆𝒐 − 𝒆𝒙𝒑⁄𝒕𝒆𝒐) (𝒑⁄𝜸)𝟖 = 𝒇 ∗ 𝒍⁄𝒅 ∗ 𝟏𝟎𝟎% 𝟐⁄ ∗ 𝑽 𝟐𝒈 Turbulento 3. pendiente de fricción.0% 4. Se identificó que conforme se abría gradualmente la llave de paso era fácil observar que el fluido pasa de tener un comportamiento muy bien definido a tal punto que se veía estático. se pudo observar los perfiles de los flujos. las perdidas hidráulicas por fricción en la tubería son mayores y más notables cuando el aceite se comportaba como flujo turbulento esto también puede influir al aumento en la velocidad. CONCLUSIONES En la práctica del laboratorio de hidráulica I de flujo laminar y flujo turbulento no hubo imprevistos en el desarrollo. sin embargo en la práctica realizada no evidenciamos desfases. tanto laminar. . esta etapa del flujo es transicional y finalmente pasaba a ser turbulento de esta manera se comprobó experimentalmente el comportamiento de estos flujos. el tiempo en el que descarga el fluido sobre la balanza es esencial para cálculos posteriores. es necesario para la realización de la práctica mantener una buena comunicación con las personas que manipulan el equipo. mayores son estas pérdidas. turbulento y transicional. Como recomendación. De manera visual. como antes mencionaba los errores o desfases se pueden producir debido a este tipo de situaciones. posible errores en la práctica se deben quizás a mala observación a accionar el cronometro. los datos arrojados concuerdan con la información teórica sobre estos tipos de flujos. esta se llevó a cabo de forma adecuada. se pudo confirmar y observar que los resultados experimentales se ajustan a las predicciones de los flujos laminar y turbulento. cuando se evalúa el flujo turbulento existe mucha variación sobre la línea piezométricas y debe existir bastante criterio para determinar la altura que más se acomode. cuando la velocidad aumentaba se veían las variaciones en el comportamiento laminar en ese momento se observaba desorden del flujo. este flujo se denomina laminar. con lo cual se puede identificar que a mayor velocidad.