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  1. 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI Carrera: Ingeniería Química Asignatura: Laboratorio Integral I Reporte de: Práctica #5 Nombre de Práctica: Determinación de Pérdidas de Carga en Accesorios y Válvulas Alumno: Fierros Valdez Liliana M. Académico: Norman Edilberto Rivera Pazos Abril 24 del 2010
  2. 2. ÍNDICE LABORATORIO INTEGRAL I PRACTICA #5 DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS DE CARGA EN ACCESORIOS Y VÁLVULAS 1.- OBJETIVOS.................................................... ............................................................. 2.- MOTIVACIÓN............................................................................................................. 3.- FUNDAMENTO TEÓRICO........................................................................................ Accesorios de Tuberías Codos Válvulas Pérdida de Carga 4.- MODELO MATEMÁTICO......................................................................................... 5.-DISEÑO DE LA PRÁCTICA....................................................................................... Material y Equipo Variables y Parámetros 6.- TABLA DE DATOS Y GRÁFICAS............................................................................ 7.-CONCLUSIONES.............................................. ........................................................... 8.- REFERENCIAS............................................... ...........................................................
  3. 3. OBJETIVOS - Obtener número de Reynolds y coeficiente de fricción para así obtener las pérdidas por fricción que se originan por accesorios como los codos, o por válvulas. MOTIVACIÓN Es importante para la ingeniería química poseer conocimientos respecto al comportamiento de flujo de fluidos, así como el poder seleccionar las variables óptimas que se involucran en un proceso industrial que utilice sistemas de tuberías, depósitos, accesorios, etc. A través del cálculo del número de Reynolds, coeficiente de fricción y pérdida por cargas, podemos predecir el tipo de flujo y podemos también llevar a cabo una selección de tipos de tuberías, material para éstas, válvulas y accesorios a utilizar para tener un sistema eficiente.
  4. 4. FUNDAMENTO TEÓRICO Accesorios de Tuberías.- Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento determinado forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de proceso. Tipos: Entre los tipos de accesorios más comunes se puede mencionar: bridas, codos, tes, reducciones, cuellos o acoples, válvulas, empacaduras, tornillos y niples. Codos.- Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías. TIPOS. Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la pre-fabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una sola pieza con características especificas y son: codos estándar de 45°, codos estándar de 90°, codos estándar de 180°. Características: Diámetro. Es el tamaño o medida del orificio del codo entre sus paredes los cuales existen desde ¼'' hasta 120'' ". También existen codos de reducción. Ángulo. Es la existente entre ambos extremos del codo y sus grados dependen del giro o desplazamiento que requiera la línea. Radio. Es la dimensión que va desde el vértice hacia uno de sus arcos. Según sus radios los codos pueden ser: radio corto, largo, de retorno y extralargo. Espesor. Es una normativa o codificación del fabricante determinada por el grosor de la pared del codo. Aleación. Es el tipo de material o mezcla de materiales con el cual se elabora el codo, entre los mas importantes se encuentran: acero al carbono, acero a % de cromo, acero inoxidable, galvanizado, etc Junta. Es el procedimiento que se emplea para pegar un codo con un tubo, u otro accesorio y esta puede ser: soldable a tope, roscable, embutible y soldable. Dimensión. Es la medida del centro al extremo o cara del codo y la misma puede calcularse mediante formulas existentes.
  5. 5. Válvulas.- Es un accesorio que se utiliza para regular y controlar el fluido de una tubería. Este proceso puede ser desde cero (válvula totalmente cerrada), hasta de flujo (válvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones intermedias, entre estos dos extremos. Tipos: Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador. Válvula de Globo. Siendo de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Válvula en Angulo. Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuirla erosión cuando ésta es considerable por las características del fluido o por la excesiva presión diferencial. Válvula de tres vías. Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos, o bien para derivar un flujo de entrada dos de salida. Válvula de Jaula. Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Válvula de Compuerta. Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Válvula en Y. Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Válvula de Cuerpo Partido. Es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento. Válvula Saunders. El obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. Válvula de Compresión. Funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Válvula de Obturador excéntrico rotativo. Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles.
  6. 6. Válvula de obturador cilíndrico excéntrico. Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. Válvula de Mariposa. El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. Válvula de Bola. El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de bola o esfera. Válvula de Orificio Ajustable. El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que esta perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. Válvula de Flujo Axial. Las válvulas de flujo axial consisten en un diagrama accionado reumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. Filtros.- Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico. • Filtro de impulsión o de presión: situado en la línea de alta presión tras el grupo de impulsión o bombeo, permite la protección de componentes sensibles como válvulas o actuadores. • Filtro de retorno: en un circuito hidráulico cerrado, se emplaza sobre la conducción del fluido de retorno al depósito a baja presión o en el caso de filtros semi-sumergidos o sumergidos, en el mismo depósito. Actúan de control de las partículas originadas por la fricción de los componentes móviles de la maquinaria. • Filtro de venteo, respiración o de aire: situado en los respiraderos del equipo, permite limitar el ingreso de contaminantes procedentes del aire. • Filtro de recirculación: situados off-line, normalmente sobre la línea de refrigeración que alimenta el intercambiador de calor, permiten retirar los sólidos acumulados en el depósito hidráulico. • Filtro de succión: llamados también strainers, se disponen inmediatamente antes del grupo de impulsión a manera de proteger la entrada de partículas al cuerpo de las bombas. • Filtro de llenado: se instalan, de manera similar a los filtros de venteo, en la entrada del depósito habilitada para la reposición del fluido hidráulico de manera que permiten su filtración y la eliminación de posibles contaminantes acumulados en el contenedor o la línea de llenado de un sistema centralizado.
  7. 7. Pérdida de Carga.- Es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. MODELO MATEMÁTICO Las principales fórmulas empíricas empleadas en el cálculo de la pérdida de carga que tiene lugar en tuberías: Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach. Sin embargo por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" de fricción ha caído en desuso. Aún así, se puede utilizar para el cálculo de la pérdida de carga en tuberías de fundición. La fórmula original es: h = f · (L / D) · (v2 / 2g) En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma: h = 0,0826 · f · (Q2/D5) · L En donde: • h: pérdida de carga o de energía (m) • f: coeficiente de fricción (adimensional) • L: longitud de la tubería (m) • D: diámetro interno de la tubería (m) • v: velocidad media (m/s) • g: aceleración de la gravedad (m/s2) • Q: caudal (m3/s) Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen otro tipo de pérdidas que se originan en puntos singulares de las tuberías (cambios de dirección, codos, juntas...) y que se deben a fenómenos de turbulencia. La suma de estas pérdidas de carga accidentales o localizadas más las pérdidas por rozamiento dan las pérdidas de carga totales. Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas sólo se pueden determinar de forma
  8. 8. experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente empírico (K): La pérdida de carga (hL) que se genera a través de un accesorio puede ser como: hL= ΔP/ γ = Ka (v2/2g) En esta ecuación, hL es la pérdida de carga por fricción para cada accesorio, ΔP es la caída de presión del accesorio o tubería, γ es la densidad del fluido (kg/m3) por la gravedad, Ka se refiere al coeficiente de fricción (adimensional) para el tramo de tubería o para el accesorio, v es la velocidad lineal media a la que pasa el fluido (m/s), g es la aceleración gravitatoria (m/s2) DISEÑO DE LA PRÁCTICA Variables y parámetros Accesorios: – Reducción – Ensanchamiento – Codo de 90º – Válvula de bola – Asiento inclinado – Diafragma – Filtro Tubo de PVC Longitud = 1 m Diámetro interior = 0.0170 m Temperatura = 19ºC Materiales y Equipo.- Mesa de hidrodinámica del laboratorio de Química.
  9. 9. TABLAS DE DATOS Y GRÁFICAS
  10. 10. CONCLUSIÓN Los accesorios tales como codos, válvulas, ensanchamientos, reducciones permiten la conexión de tuberías, cambiar la dirección del flujo, hacer cambios de diámetro etc. Esto trae como consecuencia una pérdida de carga. La práctica nos permitió obtener gasto y caída de presión, datos con los que pudimos obtener valores de velocidad, número de Reynolds y coeficientes de pérdida por fricción, tanto experimental como teórico. Se puede observar al graficar Reynolds vs coeficiente de pérdida por fricción: En el caso de codos, ensanchamientos y reducciones, al disminuir Reynolds, los valores para el coeficiente de pérdida de carga por fricción también disminuyen. Tanto Reynolds como hL son directamente proporcionales a la velocidad del flujo. Para válvulas y filtro, al disminuir el número de Reynolds, el factor de fricción aumentó. La pérdida de carga es directamente proporcional al factor de fricción (ϝ) y el factor a su vez está en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa. Las gráficas obtenidas en este caso son parecidas a las presentes en el diagrama de Moody.
  11. 11. Referencias: http://www.arqhys.com/tuberias-accesorios.html http://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9rdida_de_carga http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642005000200012&script=sci_arttext http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/PerdidaCarga.htm#Manning_ %281890%29 http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%202.Conducciones %20forzadas/tutorial_03.htm

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