ConsTrucciOn

INGENIERIA DE LA CONSTRUCCION ii

LAMBAYEQUE - PERU

TEMA

ALABAÑILERIA

DOCENTE

ING. C. CALONGE SANTANDER

ALUMNO

DE LA CRUZ AZULA LUIS

MECANICA DE FLUIDOS II INGENIERIA CIVIL USS

I. OBJETIVO:

Observar las pérdidas de carga que sufre el fluido al atravesar cada uno de estos

elementos como :codo medio de 90°, codo corto de 90°, curva de 90°, ensanchamiento de 25/40, ensanchamiento de 40/25, inglete y válvula de membrana.

Determinar la relación de K con respecto al caudal y la velocidad según la perdida

de altura consultar el K para diferentes accesorios según su diámetro y longitud comercial

Determinar las pérdidas de alturas por accesorios experimentalmente

II. RELACIÓN DE EQUIPOS: Banco hidráulico (FME 00) o grupo hidráulico (FME 00B) Equipo FME – 05

ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS A UTILIZAR:

DESCRIPCIÓN

Este módulo de mallas en tuberías está diseñado para el estudio de las presiones y flujos creados en tuberías interconectadas entre sí, es decir, en mallas.

ING. ZELADA ZAMORA, WILMER LAB. DE MECÁNICA DE FLUIDOS II


El objetivo de este módulo es simular la problemática que se puede originar en las redes de tuberías, siendo estas de distintos diámetros y materiales, como ocurre en las ciudades.

Con estos estudios se podrá comprender mejor la distribución de estas mallas para obtener el flujo y presión necesarios en ellas.

El módulo está formado por una malla de tuberías, válvulas, sus sistemas de conexión, manómetros y estructura de aluminio anodizado, donde está instalada la malla de tuberías y el panel de sujeción de los manómetros.

POSIBILIDADES PRÁCTICAS

1. Pérdidas de carga en una tubería de PVC.2. Pérdidas de carga en una tubería de metacrilato.3. Estudio de las pérdidas de carga en tuberías del mismo

material.4. Estudio de las pérdidas de carga en función del material.5. Coeficiente de fricción en una tubería de PVC.6. Coeficiente de fricción en una tubería de metacrilato.7. Estudio del coeficiente de fricción en función del material.8. Estudio del coeficiente de fricción en función del diámetro.9. Configuración de malla en paralelo para tuberías del mismo

material y distinto diámetro.

10. Configuración de malla en paralelo para tuberías de distinto material de igual diámetro.

ESPECIFICACIONES

La malla de tuberías y el panel de sujeción de los manómetros están montados en una estructura de aluminio anodizado.1. Tipos de tuberías:

1.1. Tres tuberías de PVC de diferentes diámetros.1.2. Una tubería de metacrilato.

2. 8 Tomas de presión conectadas a un panel de tubos manométricos de agua presurizada.

3. Sistema de presurización.4. Panel de tubos manométricos:

4.1. Número de tubos manométricos: 8.4.2. Rango: 0 a 470 mm de agua.

5. Tubería de entrada.6. Tubería de salida.7. Válvulas de regulación para controlar el flujo a través de la

malla.8. Patas ajustables para nivelar el equipo.9. Sistema de conexión rápida incorporado.

DIMENSIONES Y PESO



Dimensiones: 600 x 350 x 800 mm. Aprox.Peso: 30 Kg. aprox.

SERVICIOS REQUERIDOS

Banco Hidráulico (FME00)óGrupo de Alimentación Hidráulica Básico (FME00/B).Cronómetro.

Cronometro.

III. FUNDAMENTO TEORICO:

Los fluidos en movimiento o flujo interno forman parte básica para la producción de servicios dentro de las actividades industriales, residenciales y comerciales. Al Ingeniero en Energía le compete el tratamiento adecuado de la conducción de flujos bajo conceptos de optimización económica, técnica, ambiental y de estética.La aplicación de la Ecuación de Bernoulli para fluidos reales, entre 2 secciones de un mismo tramo de tubería es:

p1γ

+z1+v12

2 g=p2γ

+z2+v22

2 g+hp…… ..(1)

Donde:

hp=hfp+hfs………….(2)

Donde:

hfp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales.hfs = Perdidas secundarias o, locales por accesorios.

Al hablar de pérdidas en tuberías nos lleva a estudiar los flujos internos que sean completamente limitados por superficies solidas con un grado d rugosidad según el material del cual están fabricadas.Este flujo es muy importante de analizar ya que nos permitirá diseñar las redes de tuberías y sus accesorios más óptimos.Las pérdidas de energía que sufre una corriente cuando circula a través de un circuito hidráulico se deben fundamentalmente a:

Variaciones de energía potencial del fluido. Variaciones de energía cinética. Rozamiento o fricción.

PERDIDAS PRIMARIAS:Llamadas perdidas longitudinales o pérdidas por fricción, son ocasionadas por la fricción del fluido sobre las paredes del ducto y se manifiestan con una caída de presión.Empíricamente se evalúa con la fórmula de DARCY WEISBACH:



hfp= f∗L∗V2

2g∗D

Donde:L = longitud de la tubería.D = Diámetro de la tubería.V= velocidad media del flujo.f= factor de fricción de la tubería.

De donde el factor de fricción de la tubería depende del Número de Reynolds (Re) y de la rugosidad relativa (L/D). Para esto se hace uso del Diagrama de Moody. Básicamente las Pérdidas primarias son directamente proporcionales a la longitud de la tubería.

PERDIDAS SECUNDARIAS:También conocidas como perdidas locales o puntuales, las cuales son originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema de tuberías, como por ejemplo:

- Válvulas.- Codos.- Niples.- Reducciones.- Ensanchamientos.- Uniones universales.- Etc.

La expresión para evaluar las perdidas secundarias (en metros de columna del fluido) es la siguiente:

hfs=K∗L∗V 2

2g∗D

Donde K es la constante para cada accesorio y depende del tipo de accesorio, material y diámetro.Luego la longitud equivalente será:

Leq=K∗Df

La longitud equivalente se puede hallar en manuales y libros.

El estudio de las pérdidas de energía que sufre una corriente cuando circula a través de un circuito hidráulico es vital en los procesos industriales que manejan fluidos.Las pérdidas de energía de un fluido cuando circula a través de una tubería a presión constante, se deben fundamentalmente a:

Variaciones de la energía potencial de fluido.

Variaciones de la energía cinética.

Fricción o rozamiento. ING. ZELADA ZAMORA, WILMER LAB. DE MECÁNICA DE FLUIDOS II


El equipo FME – 05 de pérdidas de carga locales estudia las pérdidas de la energía

cinética de un fluido que circula por una tubería. Estas se deben principalmente a

variaciones bruscas de velocidad causada por:

Cambios bruscos de sección de tubería: ensanchamientos o estrechamientos.

Perturbación del flujo normal de la corriente: debido a cambios de dirección

provocados por la existencia de un codo, una curva, una te.

Rozamiento de fricción.

El equipo FME – 05 mide las pérdidas de carga, en metros de columna de fluido que circula por la tubería.Las pérdidas de carga que sufre el fluido al atravesar cada una de estos elementos expresada en metros de fluido, puede expresarse en cargas cinéticas, según la siguiente expresión.

∆ h=K V2

2 gDonde: K = Coeficiente de pérdidas de carga.V = Velocidad del fluido.∆h = Diferencia de altura manométrica. g = Gravedad.

ENSANCHAMIENTO SUBITA:

Al fluir un fluido de un conducto de menor a uno mayor a través de una dilatación súbita, su velocidad disminuye abruptamente, ocasionando una turbulencia que genera una pérdida de energía. La cantidad de turbulencia, y por consiguiente, la cantidad de pérdida de energía, depende del cociente de los tamaños de los dos conductos.

La pérdida menor se calcula de la ecuación:

h fs=k ( v122g )Donde v1 es la velocidad de flujo promedio en el conducto menor que está delante de la dilatación. Al hacer ciertas suposiciones de simplificación respecto del carácter de la corriente de flujo al expandirse a través de una dilatación súbita, es posible predecir analíticamente el valor de k a partir de la siguiente ecuación:



K=[1−( A1A2 )]2

= [1−(D1D2 )2]2

FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México: Prentice Hall

ENSANCHAMIENTO GRADUAL:Si la transición de un conducto menor a uno mayor puede hacerse menos abrupta

que la dilatación súbita de bordes cuadrados, la perdida de energía se reduce. Esto normalmente se hace colocando una sección cónica entre los dos conductos, como se muestra en la siguiente figura. Las paredes en pendiente del cono tienden a guiar el fluido la desaceleración y expansión de la corriente de flujo.


La pérdida de energía para una dilatación gradual se calcula a partir de:

hL=k ( v122g )Donde v1 es la velocidad del conducto menor que está delante de la dilatación. La magnitud de K depende tanto de la proporción de diámetro D2/D1 como del ángulo de cono, Ѳ y D2/D1.



Ver en el Texto : King, H.W y E.F. Brater, 1963 Handbook of Hydraulics, 5º ed. Nueva York: McGraw-Hill la TABLA DE COEFICIENTE DE RESISTENCIA

CONTRACCION SUBITA:La pérdida de energía debido a una contracción súbita, como la esbozada en la

figura se calcula a partir de:

h fs=k ( v222g )Donde v2 es la velocidad en la corriente hacia abajo del conducto menor a partir de la contracción. El coeficiente de resistencia K depende de la proporción de los tamaños de los dos conductos y de la velocidad de flujo, como se muestra en la figura.


CONTRACCION GRADUAL:

La pérdida de energía en una contracción puede disminuirse sustancialmente haciendo la contracción más gradual. La figura muestra una contracción de este tipo, formada mediante una sección cónica entre los dos diámetros con cambios abruptos en las junturas. El ángulo Ѳ se denomina ángulo de cono.


COEFICIENTE DE RESISTENCIA PARA JUNTAS Y VALVULAS:

Se dispone de muchos tipos diferentes de válvulas y juntura de varios fabricantes para especificaciones e instalación en sistemas de flujo de fluido. Las válvulas se utilizan para controlar la cantidad de flujo y pueden ser válvulas de globo, de ángulo, de mariposa, otros varios tipos de válvula de verificación y mucha más.



El método para determinar el coeficiente de resistencia k es diferente. El valor de k se reporta en la forma:

K=( LcD ) f TEl valor de ( LcD ), llamado la proporción de longitud equivalente, se reporta en la siguiente

tabla y se considera que es una constante para un tipo dado de válvula o juntura. El valor de Lc mismo se denomina la longitud equivalente y es la longitud del conducto recto del mismo diámetro nominal como la válvula que tendría la misma resistencia que esta. El termino D es el diámetro interno real del conducto.

El término f T es el factor de fricción en el conducto al cual está conectada la válvula o juntura, tomado en la zona de turbulencia completa.

IV. PROCEDIMIENTO:

Este procedimiento es el que se siguió en el respectivo ensayo de perdidas locales.

1. Montar el equipo sobre el Banco Hidráulico.

2. Conectar el tubo de entrada del equipo a la boca de impulsión del Banco con el enchufe rápido e introducir conducto flexible de la salida de aquel, en el tanque volumétrico.

3. Encender el banco Hidráulico Abrir la válvula para dejar fluir el agua.

4. Observar que los manómetros varíen en sus alturas, cuando se hace la variación de caudales.

5. Hacer las anotaciones respectivas para cada accesorio en estudio en la tabla de registro.


V. TABLA DE REGISTRO DE DATOS

TABLA N° 01

Nro CODO LARGO ENSANCHAMIENTO CONTRACCION CODO MEDIO CODO CORTO INGLETE

H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12

1 252 249 249 251 251 247 246 245 241 238 225.5 218

2 262 257 257 260 259 251 251 248 243 236 205 197

3 285 273 273 278 278 261 261 256 247 233 174 159

4 307 291 291 296 298 272 272 264 252 230 131 107

5 340 317 316 323 327 288 288 279 259 226 78 42

TABLA DE CAUDALES:Nº VOLUMEN(ml) TIEMPO(s) Q(L/s) PROMEDIO1 380 4.45 0.085

0.0852 345 3.95 0.0873 335 4 0.0841 309 2.48 0.125

0.1232 340 2.79 0.1223 311 2.54 0.1221 400 2.1 0.190

0.1892 468 2.44 0.1923 340 1.84 0.1851 450 1.75 0.257

0.2552 489 1.94 0.2523 383 1.5 0.2551 460 1.51 0.305

0.3072 575 1.9 0.3033 458 1.46 0.314

CALCULO DE PERDIDAS LOCAL EN UN CODO LARGO 90º

TABLA N°02

DIAMETRO AREA(m2)0.0191 0.000287

CODO LARGO

H1 H2 ∆h Q(L/s) V2 K

252 249 0.003 0.085 0.089037 0.661077

262 257 0.005 0.123 0.18419 0.532603285 273 0.012 0.189 0.435217 0.540972307 291 0.016 0.255 0.79112 0.396804340 317 0.023 0.307 1.147972 0.393093

PROMEDIO

0.50491

CALCULO DE PERDIDAS LOCAL EN UN ENSANCHAMIENTO BRUSCO.

TABLA N°03

DIAMETRO

1 2 SECCION

1 2

0.01910.03048

0.000287

0.000730

ENSANCHAMIENTO

H3 H4 ∆h Q(m3/s) V1 V2 (V1-V2)2 K

249 251 0.002 0.085 0.298 0.117 0.033 1.195257 260 0.003 0.123 0.429 0.169 0.068 0.866273 278 0.005 0.189 0.660 0.259 0.161 0.611291 296 0.005 0.255 0.889 0.349 0.292 0.336316 323 0.007 0.307 1.071 0.421 0.423 0.324

PROMEDIO

0.667

CALCULO DE PERDIDAS LOCAL PARA UNA CONTRACCION BRUSCA.

TABLA N°04

CONTRACCION BRUSCO:

DIAMETRO

1 2 SECCION

1 2

0.030480.0191 0.00073

00.00028

7

H5 H6 ∆h Q(m3/s) V1 V2 (V2)2 K

251 247 0.004 0.085 0.117 0.298 0.089037

0.88143581


259 251 0.008 0.123 0.169 0.429 0.169393

0.92660345

278 261 0.017 0.189 0.259 0.660 0.164833

2.02350184

298 272 0.026 0.255 0.349 0.889 0.17342 2.94152347

327 288 0.039 0.307 0.421 1.071 0.168972

4.52845571

CALCULO DE PERDIDAS LOCAL EN UN CODO MEDIO 90°.

TABLA N°05

H7 H8 ∆h Q(m3/s) V2 K

246 245 0.001 0.085 0.089 0.220251 248 0.003 0.123 0.184 0.320261 256 0.005 0.189 0.435 0.225272 264 0.008 0.255 0.791 0.198288 279 0.009 0.307 1.148 0.154

PROMEDIO

0.224

CALCULO DE PERDIDAS LOCAL EN UN CODO 90°.

TABLA N°06

DIAMETRO AREA(m2)0.0191 0.000287

CODO CORTO

H7 H8 ∆h Q(m3/s) V2 K


DIAMETRO SECCION(m2)0.0191 0.000287


241 238 0.003 0.085 0.08903655 0.66107686

243 236 0.007 0.123 0.18418962 0.74564464

247 233 0.014 0.189 0.43521662 0.63113399

252 230 0.022 0.255 0.79112018 0.5456061

259 226 0.033 0.307 1.14797234 0.56400313

PROMEDIO 0.62949294

HACIENDO LA COMPARACION DE LO EXPERIMENTADO CON LA TEORIA

Utilizando la ecuación de pérdida local en accesorios:

CODO LARGO: K=0.6 ECUACION:

H1 H2 ∆h V2 ∆H(TEORICO) DIFERENCIA(mm)

252 249 0.003 0.089 0.003 0.277262 257 0.005 0.184 0.006 0.633285 273 0.012 0.435 0.013 1.309307 291 0.016 0.791 0.024 8.193

340 317 0.023 1.148 0.035 12.106


hL=KV 2

2g

1 2 3 4 50.003

0.005

0.0120.016

0.023

0.0030.006

0.013

0.024

0.035

GRAFICO 01: COMPARACION EXPERIMENTAL VS TEO-RICO

∆h ∆H(TEORICO)


CODO CORTO: K=0.9 ECUACION:hL=KV 2

2g

H7 H8 ∆h V2 ∆H(TEORICO)

DIFERENCIA(mm)

241 238 0.003 0.08903655 0.004 1.084

243 236 0.007 0.18418962 0.008 1.449247 233 0.014 0.43521662 0.020 5.964252 230 0.022 0.79112018 0.036 14.290259 226 0.033 1.14797234 0.053 19.659

1 2 3 4 50.003

0.00700000000000001

0.014

0.022

0.033

0.0040.008

0.020

0.036

0.053

GRAFICO N°02: COMPARACION EXPERIMENTAL VS TEORICO

∆h ∆H(TEORICO)

GRAFICO DE RELACION ENTRE EL CAUDAL Y EL K

0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.3500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

GRAFICO N°03: REPRESENACION DEL K RESPECTO AL CAUDAL

K

CAUDAL( m3)

COEF

ICIE

NTE

K



SE PUEDE OBSERVAR EL GRAFICO LA VARIACION DE K RESPECTO AL CAUDAL, POR LO CUAL EL K NO DEBE VARIAR SEGÚN LA TEORIA.SE PODRIA DECIR QUE LAS LECTURAS DE PERDIDA EN EL ACCESORIO Y EL CAUDAL NO SERIAN LOS CORRECTOS, A COMPARACION DE LA TEORIA MOSTRADA EN LOS GRAFICO N01 Y N02.

VI. CONCLUCIONES: Pues los valores obtenidos de los K pueden haber salido de con esos valores según las tablas para cada accesorio, por la mala práctica en la toma de datos.Las lecturas que se dieron en el ensayo no han sido las correctas ya que se aleja mucho de la parte teórica.En los gráficos nos muestra la comparación de lo experimental con la teoría, el cual nos dice que debió haber equivocaciones en la toma de datos.

VII. SUGERENCIAS: Para realizar los ensayos de laboratorio se debe contar

con el manual de práctica para guiarnos del procedimiento y así realizar un ensayo aceptable.

Se debe realizar el ensayo con la presencia del docente encargado.

Que el ensayo sebe de realizar con un grupo de trabajo como máximo de 5 integrantes.

Se les debe advertir a los alumnos que los ensayos de laboratorio se deben de hacer lo más minucioso posible. Y así incentivar al alumno a la investigación.

VIII. ANEXOS:



FOTO: BLANCO Y NEGRO DEL FME 05

FOTO: REALIZANDO LAS MEDIDAS DE VOLUMEN



FOTO: AQUÍ DOS FOTOS DEL EQUIPO FME 05


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