Informe n°04   perdidas de carga locales
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Informe n°04   perdidas de carga locales Informe n°04 perdidas de carga locales Document Transcript

  • 2013CALLE CORDOVA JOSE LUISDEZA GUZMAN EVELYNLOPEZ HERRERA YOSBARYOVERA CAPUÑAY TERESAMECANICA DE FLUIDOS II14/05/2013MECÁNICA DE FLUIDOS IIING. ZELADA ZAMORAWILMERPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIAPractica de Laboratorio
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20131INTRODUCCIONEn este ensayo de laboratorio el problema a resolver específicamente esevaluar la perdida de energía que ocasiona un fluido ya sea laminar oturbulento (por la viscosidad) al pasar a través de un tubo que sufre unadisminución del área transversal en todo su recorrido.El análisis del comportamiento que presentará el fluido puede ser calculado;con errores muy insignificantes.Las pérdidas de carga a lo largo de un conducto de cualquier sección puedenser locales o de fricción, su evaluación es importante para el manejo de lalínea de energía cuya gradiente permite reconocer el flujo en susregímenes: laminar, transicional o turbulento, dependiendo de su viscosidad.Cuando el fluido es más viscoso habrá mayor resistencia al desplazamiento ypor ende mayor fricción con las paredes del conducto, originándose mayorespérdidas de carga; mientras que, si la rugosidad de las paredes es mayor omenor habrá mayores o menores pérdidas de carga.Esta correspondencia de rugosidad-viscosidad ha sido observada pormuchos investigadores, dando a la correspondencia entre los números deReynolds (Re), los parámetros de los valores de altura de rugosidad “k” y loscoeficientes de fricción “f” que determinan la calidad de la tubería.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20132PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNATUBERIA1. OBJETIVOS Estudiar las pérdidas de cargas debido a los accesorios que seinstalan en un tramo de la tubería, como codos,ensanchamiento, contracción venturímetro, válvula, etc. Estudiar en forma detallada las pérdidas de carga lineal enconductos circulares, teniendo una gran variedad de curvas querelacionan los coeficientes de pérdidas “f” en función del númerode Reynolds, apoyándonos en el grafico de Moody. Conocer métodos prácticos para determinar las pérdidaslocalizadas. Determinar la variación de la pérdida de carga con el caudal. Estudiar y sintetizar los datos obtenidos en el ensayo delaboratorio con los datos que obtenemos apoyándonos enreferencias bibliográficas, libros que usualmente utilizamos paraestos ensayos.2. HIPOTESIS Comprobar que con el paso de un flujo por los accesoriosexistirá una pérdida de carga local-
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 201333. MARCO TEORICOPÉRDIDA DE CARGAS LOCALESLos fluidos en movimiento o flujo interno forman parte básica para laproducción de servicios dentro de las actividades industriales,residenciales y comerciales.La aplicación de la Ecuación de Bernoulli para fluidos reales, entre 2secciones de un mismo tramo de tubería es:Donde:Donde: hfp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales. hfs = Perdidas secundarias o, locales por accesorios.Al hablar de perdidas en tuberías, lleva a estudiar los flujos internosque sean completamente limitados por superficies sólidas con ungrado de rugosidad según el material del cual están fabricadas.Este flujo es muy importante de analizar ya que permitirá diseñar lasredes de tuberías y sus accesorios más óptimos.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20134Las pérdidas de energía que sufre una corriente cuando circula através de un circuito hidráulico se deben fundamentalmente a: Variaciones de energía potencial del fluido. Variaciones de energía cinética. Rozamiento o fricción.4. PERDIDAS PRIMARIAS :Llamadas perdidas longitudinales o pérdidas por fricción, sonocasionadas por la fricción del fluido sobre las paredes del ducto yse manifiestan con una caída de presión.Empíricamente se evalúa con la formula de DARCY - WEISBACH:Donde:o L = longitud de la tubería.o D = Diámetro de la tubería.o V = velocidad media del flujo.o f = factor de fricción de la tubería.De donde el factor de fricción de la tubería depende delNúmero de Reynolds ( Re ) y de la rugosidad relativa ( ε / D ) .Para esto se hace uso del Diagrama de Moody. Básicamentelas Pérdidas primarias son directamente proporcionales a lalongitud de la tubería.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20135 PERDIDAS SECUNDARIAS:También conocidas como perdidas locales o puntuales, las cualesson originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentrode un sistema de tuberías, como por ejemplo :Válvulas.Codos.Niples.Reducciones.Ensanchamientos.Uniones universales.Etc.La expresión para evaluar las perdidas secundarias ( en metros decolumna del fluido) es la siguiente :Donde K es la constante para cada accesorio y depende del tipo deaccesorio, material y diámetro.Luego la longitud equivalente será :La longitud equivalente se puede hallar en manuales y libros.En el equipo FME-05 de pérdidas de carga local estudia las pérdidasde energía cinética de un fluido que circula por una tubería. Estas se
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20136deben principalmente a variaciones bruscas de velocidad causadaspor:Cambios bruscos de sección.Perturbación del flujo normal de la corriente, debido acambios de dirección provocadas por la existencia de uncodo , curva , etc.Rozamiento o fricción.Las pérdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos loselementos expresada en metros del fluido , puede calcularse con lasiguiente expresión :Donde:K = coeficiente de pérdidas de carga.V= velocidad del fluido.∆h = diferencia de altura manométrica.g= gravedad.ENSANCHAMIENTO SUBITO:Al fluir un fluido de un conducto de menor a uno mayor a través deuna dilatación súbita, su velocidad disminuye abruptamente,ocasionando una turbulencia que genera una pérdida de energía.La cantidad de turbulencia, y por consiguiente, la cantidad depérdida de energía, depende del cociente de los tamaños de losdos conductos.La perdida menor se calcula de la ecuación:
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20137Donde v1 es la velocidad de flujo promedio en el conducto menorque está delante de la dilatación. Al hacer ciertas suposiciones desimplificación respecto del carácter de la corriente de flujo alexpandirse a través de una dilatación súbita, es posible predeciranalíticamente el valor de k a partir de la siguiente ecuación:=FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México:Prentice HallENSANCHAMIENTO GRADUAL:Si la transición de un conducto menor a uno mayor puede hacersemenos abrupta que la dilatación súbita de bordes cuadrados, laperdida de energía se reduce. Esto normalmente se hacecolocando una sección cónica entre los dos conductos, como semuestra en la siguiente figura. Las paredes en pendiente del conotienden a guiar el fluido la desaceleración y expansión de lacorriente de flujo.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20138FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México:Prentice HallLa pérdida de energía para una dilatación gradual se calcula apartir de:Donde v1 es la velocidad del conducto menor que está delantede la dilatación. La magnitud de K depende tanto de laproporción de diámetro D2 / D1 como del ángulo de cono, θ yD2 / D1.Ver en el Texto: King, H.W y E.F. Brater, 1963 Handbook ofHydraulics, 5º ed. Nueva York: McGraw-Hill la TABLA DECOEFICIENTE DE RESISTENCIA
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 20139CONTRACCION SUBITA:La pérdida de energía debido a una contracción súbita, como laesbozada en la figura se calcula a partir de:Donde v2 es la velocidad en la corriente hacia abajo delconducto menor a partir de la contracción. El coeficiente deresistencia K depende de la proporción de los tamaños de los dosconductos y de la velocidad de flujo, como se muestra en lafigura.FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México:Prentice HallCONTRACCION GRADUAL:La pérdida de energía en una contracción puede disminuirsesustancialmente haciendo la contracción más gradual. La figuramuestra una contracción de este tipo, formada mediante una seccióncónica entre los dos diámetros con cambios abruptos en las junturas.El ángulo Ѳ se denomina ángulo de cono.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 201310FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México:Prentice HallCOEFICIENTE DE RESISTENCIA PARA JUNTAS YVALVULAS:Se dispone de muchos tipos diferentes de válvulas y juntura devarios fabricantes para especificaciones e instalación en sistemasde flujo de fluido. Las válvulas se utilizan para controlar lacantidad de flujo y pueden ser válvulas de globo, de ángulo, demariposa, otros varios tipos de válvula de verificación y muchamás.El método para determinar el coeficiente de resistencia k esdiferente. El valor de k se reporta en la forma:
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 201311 PÉRDIDAS DE CARGA EN ENSANCHAMIENTOS Y CODOSCualquier modificación en la forma geométrica de un conductoproduce una pérdida de carga de carácter local cuando un fluidopasa a su través. Estas pérdidas de carga se denominan singulares.Este tipo de pérdidas singulares se producen, por ejemplo, en loscasos del aumento de sección y del cambio de dirección (un codo).En el caso del ensanchamiento, estas pérdidas de carga sondebidas a que el flujo se adapta a la nueva sección mediante unasucesión de remolinos, con lo que el exceso de energía cinética quehay en la sección 1 respecto a la que correspondería a la nuevasección 2, se disipa por la acción de la turbulencia.Es una situación equivalente a la de la zona posterior de la placaorificio (apartado anterior).En el caso de un codo brusco, la distribución transversal develocidad deja de ser axis métrica (aumenta la velocidad en la zonadel conducto más próxima al centro de curvatura), y nuevamente seproduce una disipación de energía por remolinos turbulentos.Las pérdidas de carga secundarias, producidas en zonas localizadasde los conductos, se expresan en forma a dimensional por eldenominado coeficiente de pérdidas, K.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 201312 PÉRDIDAS PARA VÁLVULAS Y CODOS.Al igual que en los demás accesorios en estos se presentan perdidasde carga dependiendo en el caso de los codos si son codos cortos olos codos largos.El flujo de un líquido en una tubería viene acompañado de unaperdida de energía, que suele expresarse en términos de energíapor unidad de peso de fluido circulante (dimensiones delongitud), denominada habitualmente pérdida de carga.En el caso de tuberías horizontales, la perdida de carga semanifiesta como una disminución de presión en el sentido delflujo.La pérdida de carga está relacionada con otras variables fluidodinámicas según sea el tipo de flujo, laminar o turbulento.Además de las pérdidas de carga lineales (a lo largo de losconductos), también se producen perdidas de carga singularesen puntos concretos como codos, ramificaciones, válvulas, etc.Factor de Fricción en régimen turbulentoEl régimen turbulento completamente desarrollado, Reynolds (Re)> 4000, ofrece una mayor dificultad para analizar el factor defricción (f), ya que el esfuerzo cortante no tiene una expresiónsencilla. Existen dos formas límites:Si la tubería es lisa, f es únicamente función del Re, y no dependede la rugosidad de la tubería.Si el flujo es altamente turbulento, Re muy altos, f dependeúnicamente de la rugosidad relativa de la tubería, siendoindependiente del Re del fluido entre ambos casos, se deberábuscar una expresión que nos proporcione el valor de f.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 2013134.EQUIPO Y HERRAMIENTASAGUATUBO DE ENSAYO GRADUADOMAQUINA EDIBON
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 201314CRONOMETROBAROMETRO5. PROCEDIMIENTO Se comenzó con la Calibración del equipo de pérdidas de cargaspor fricción, que consistía en que los manómetros de aguaestuvieran a un mismo nivel en un rango de 70 a 80mm de altura,para que a partir de ahí se tomen las medidas de las diferencias depresión entre un punto y otro de cada accesorio. Poner en funcionamiento el banco hidráulico, adicionándolo a esteel equipo de pérdidas de carga locales. Con las válvulas de paso abiertas, se van cerrando lentamente y setoman los respectivos volúmenes en un tiempo determinado, para elcálculo del caudal (Q). A medida que se iba haciendo las pruebas a diferentes aberturas dela válvula, se iba tomando nota la diferencia de presión marcadaspor los manómetros de agua para cada uno de los accesorios. Se realizaron 7 pruebas, para diferentes aberturas de la válvula. Cabe mencionar que se tomaron caudales diferentes, paradeterminar las pérdidas de cargas en las válvulas, y que las presionesde estas se observaban en los barómetros de bourdon. Durante el desarrollo de la práctica se tomó la temperatura delagua, ya que nos sirvió para determinar la viscosidad a la que estase encontraba, ya que esta varía con la temperatura.
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  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 2013166. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 2013171. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Se puede deducir que la mayor pérdida de carga en accesorios seda en las válvulas y la menor perdida de carga se da en losensanchamientos de las tuberías. El cálculo de km y la pérdida de carga se puede obtener mediantelas formulas obtenidas en cada grafico que esta anteriormente. De acuerdo a los procedimientos podemos deducir que los datosobtenidos si están en concordancia con los datos que nos brindanlos libros o textos. Que el experimento o laboratorio hecho nos permite tener unconcepto más claro y aplicativo de cómo encontrar las perdida decarga en accesorios y además tener en cuenta que cuandonosotros diseñemos tuberías es importante considerar estas pérdidasya que cuando mayor accesorios allá en el tramo de una tuberíamayor será su pedida local es por ello que hay que analizar distintosfactores, ya sea topografía del terreno, el tipo de tubería ya sea pvcfierro galvanizado y además tener en cuenta que tenemos queconsiderar siempre un margen de error en ellas. Podemos decir que todos estos ensayos va a contribuir en nuestravida profesional ya que estaremos bien capacitados y podemosdiseñar con gran criterio todo tipo de tuberías y tener éxito ennuestra vida profesional.
  • MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORAPERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 201318ANEXO
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