EFLORES - LAB5

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ANLISIS COMPARATIVO DE CLCULO

DE PRDIDAS DE CARGA POR FRICCIN

Y SINGULARIDADES EN UN MODELO

HIDRULICO DE IMPULSIN APLICANDO

MATLAB Y WATER CAD.

Hyo14/10/2015

ABASTECIMIENTOS DE AGUA Y DESAGE

ALUMNO: FLORES FLORES EBER ROLY

CODIGO: 2010100283 B

DOCENTE: Ing. Abel Muiz Paucarmayta

UNIVERSIDAD NACIONALDEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE

INGENIERIA CIVIL

Ao de la DiversificacinProductiva y del Fortalecimiento

de la Educacin


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AFORO DE CORRIENTE SUPERFICIAL

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Tabla de contenido

II. INTRODUCCION ................................................................................................................. 3

III. OBJETIVOS........................................................................................................................ 3

IV. MARCO TEORICO............................................................................................................... 3

I. ANALISIS. ......................................................................................................................... 6

V. METODOLOGIA .................................................................................................................. 7

VI. CLCULO Y PRESENTACION DE RESULTADOS ................................................................. 8

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................................................................... 14

IX. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 15

RESUMEN

El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de una prdida de energa, que suele

expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante, que se denomina

prdida de carga y que tiene dimensiones de longitud.

La prdida de carga est relacionada con otras variables fluido dinmicas segn el tipo de

flujo, laminar o turbulento. Adems de las prdidas de carga lineales (a lo largo de los

conductos), tambin se producen prdidas de carga singulares en puntos concretos como

codos, ramificaciones, vlvulas, etc.

Para ello analizaremos un sistema por gravedad para poder determinar la perdida de carga

por friccin y por singularidades en el sistema

SUMARY

The flow of a liquid in a piping comes accompanied of a loss of energy, that often he expresses

himself in terms of energy for weight unit of circulating fluid.

The drop in charge is related to other variables flowed dynamic according to the type of flow,

laminating or turbulent. In addition to the linear drops in charge (through the conduits), singular

drops in charge in concrete points like elbows, ramifications, valves, etc also take place.

For it we will analyze a system for gravity to be able to determine the drop in charge for friction

and for singularities in the system


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II. INTRODUCCION

En un sistema de tuberas el movimiento del agua viene acompaado de una perdida de

energa, que suele expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante,

que se denomina prdida de carga y que tiene dimensiones de longitud.

La prdida de carga est relacionada con otras variables fluido dinmicas segn el tipo de flujo,

laminar o turbulento. Adems de las prdidas de carga lineales (a lo largo de los conductos),

tambin se producen prdidas de carga singulares en puntos concretos como codos,

ramificaciones, vlvulas, etc.

Para ello analizaremos un sistema por gravedad para poder determinar la perdida de carga por

friccin y por singularidades en el sistema

III. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Anlisis comparativo perdido de carga por friccin y singularidades en un Modelohidrulico de gravedad aplicando Matlab y Water Cad.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Analizar las perdidas por friccin en tuberas y su dependencia con el material y dimetrode esta.

Analizar la perdida de carga por singularidad es decir por los diferentes accesorios que seencuentran en el sistema hidrulico.

IV. MARCO TEORICO

PRDIDAS DE CARGA

1. INTRODUCCIN TERICA.

El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de una prdida de energa, que suele

expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante, que se denomina

prdida de

carga y que tiene dimensiones de longitud.

Estableciendo la ecuacin de energa entre dos secciones de una tubera (Primer Principio de

Termodinmica: Q-W=E), se tiene:


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Considerando proceso adiabtico (Q=0), sin trabajo tcnico entre las dos secciones (Weje=0),

y teniendo en cuenta que para el flujo de lquidos, se puede suponer flujo incompresible (

=cte) y sin variacin de energa interna (1=2), y adems en rgimen estacionario en una

tubera de seccin constante, la velocidad media no se modifica en cada seccin (v1=v2);

con todo lo anterior se tiene:

Al trabajo consumido por los esfuerzos viscosos, se le suele denominar energa perdida

(Wviscoso= Ep). Al trmino de energa perdida por unidad de peso se le denomina prdida de

carga hp, que con las consideraciones anteriores tiene la expresin:

En el caso de tuberas horizontales, la prdida de carga se manifiesta como una disminucin

de presin en el sentido del flujo.

La prdida de carga est relacionada con otras variables fluido dinmicas segn el tipo de

flujo, laminar o turbulento. Adems de las prdidas de carga lineales (a lo largo de losconductos), tambin se producen prdidas de carga singulares en puntos concretos como

codos, ramificaciones, vlvulas, etc.

1.1. Prdidas lineales.

Las prdidas lineales son las producidas por las tensiones viscosas originadas por la interaccin

entre el fluido circundante y las paredes de la tubera. En un tramo de tubera de seccin

constante la prdida de carga, adems de por un balance de energa como lo anteriormente


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desarrollado, se puede obtener por un

balance de fuerzas en la direccin del

flujo: fuerzas de presin + fuerzas de

gravedad fuerzas de rozamiento viscoso =

0; lo que lleva a la ecuacin:

Las caractersticas de los esfuerzos

cortantes son muy distintas en funcin de

que sea flujo laminar o turbulento. En el

caso de flujo laminar, las diferentes capas

del fluido discurren ordenadamente,

siempre en direccin paralela al eje de la tubera y sin mezclarse, siendo el factor dominante

en el intercambio de cantidad de movimiento (esfuerzos cortantes) la viscosidad. En flujoturbulento, en cambio, existe una continua fluctuacin tridimensional en la velocidad de las

partculas (tambin en otras magnitudes intensivas, como la presin o la temperatura), que se

superpone a las componentes de la velocidad. Este es el fenmeno de la turbulencia, que

origina un fuerte intercambio de cantidad de movimiento entre las distintas capas del fluido, lo

que da unas caractersticas especiales a este tipo de flujo.

El tipo de flujo, laminar o turbulento, depende del valor de la relacin entre las fuerzas de

inercia y las fuerzas viscosas, es decir del nmero de Reynolds Re:

Colebrook y White (1939) combinaron las ecuaciones de von Karman y de Prandtl, y

propusieron una nica expresin para el factor de friccin que puede aplicarse en todo el

rgimen turbulento:

1.2. Prdidas singulares.

Las prdidas singulares son las producidas por cualquier obstculo colocado en la tubera y

que suponga una mayor o menor obstruccin al paso del flujo: entradas y salidas de las

tuberas, codos, vlvulas, cambios de seccin, etc. Normalmente son pequeas comparadas

con las prdidas lineales, salvo que se trate de vlvulas muy cerradas. Para su estimacin sesuele emplear la siguiente expresin:


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1.3. Combinacin de tuberas.

En una instalacin de transporte de fluidos, pueden encontrarse tuberas acopladas en serie, en

paralelo o como una combinacin de ambas. En las tuberas en serie, el caudal que circula por

ellas es el mismo, y la prdida de carga total es suma de la de cada una, por lo que se puede

considerar como una nica tubera cuyo trmino resistente es la suma de los trminos

individuales. Se define resistencia de una tubera al factor que multiplicado por el cuadrado del

caudal nos da la prdida de carga:

I. ANALISIS.

SISTEMAS DE IMPULSION

1) SELECCIN DE BOMBAS. Un equipo de bombeo es un transformador de energa. Recibe energa mecnica y laconvierte en energa que un fluido adquiere en forma

depresin, deposicino de velocidad. En la mayora

de las aplicaciones de energa conferida por una bomba es

una mezcla de las tres, (posicin, presin y velocidad),

las cuales se comportan con los principios de la mecnica

de fluidos.

2) CLASIFICACION GENERAL DE LAS BOMBAS.Existen variostipos de bombas que se pueden clasificar de la siguiente

manera:

a) BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO. BOMBAS RECIPROCANTES.

BOMBAS ROTATORIAS.

b) BOMBAS DINAMICAS BOMBAS ESECIALES.

BOMBAS CENTRIFUGAS. Una bomba centrfuga consiste en un rodete que produce una carga de presin por la

rotacin del mismo dentro de una cubierta. Las diferentes clases de bombas se definen de

acuerdo con el diseo del rodete, el que puede ser para flujo radial o axial.

1.Tipo Radial: Este rodete enva por una fuerza centrfuga, el flujo del fluido en direccin radial

hacia la periferia de aquel. La carga de velocidad es convertida a carga de presin en la descarga


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de la bomba. Por lo general, los alabes (aletas) de estos rodetes estn curvados hacia atrs. El rodete radial ha sido el tipo ms

comnmente usado.

2.Flujo axial o tipo hlice:Casi toda la carga producida por este rodete es debida a la accin de empuje de las aletas. El fluido

entra y sale del rodete en direccin axial o casi axial.

3.Flujo mixto:La carga se desarrolla con un rodete delgado, en parte por fuerza centrfuga y en parte por el empuje de las

aletas. Esto se consigue construyendo aletas de curva doble o en forma de hlice, de tal forma que la descarga es una

combinacin de flujo axial y radial.

3) VENTAJAS DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS.

Su construccin es simple, su precio es bajo.

El fluido es entregado a presin uniforme, sin variaciones bruscas ni pulsaciones. Son muy verstiles, con capacidades

desde 5gpm con presin diferencial de 2 a 5 lb/pulg 2con presin diferencial de 2 a 5 lb/pulg2hasta bombas mltiples

con 3000gpm y 3000 lb/pulg2.

La lnea de descarga puede interrumpirse, o reducirse completamente, sin daar la bomba.

Puede utilizarse con lquidos que contienen grandes cantidades de slidos en suspensin, voltiles y fluidos hasta de

850F.

Sin tolerancias muy ajustadas.

Poco espacio ocupado.

Econmicas y fciles de mantener.

No alcanzan presiones excesivas an con la vlvula de descarga cerrada.

Mxima profundidad de succin es 15 pulgadas.

Flujo suave no pulsante. Impulsor y eje son las nicas partes en movimiento.

No tiene vlvulas ni elementos reciprocantes.

Operacin a alta velocidad para correa motriz.

4) ESPECIFICACION Y SELECCIN DE BOMBAS.

Analizando las etapas por las que pasa la adquisicin de una bomba desde su gestacin hasta que se encuentra en servicio en

la planta, se puede observar que unas corresponden al fabricante exclusivamente y otras al usuario; a partir de un punto existir

un paralelismo o correspondencia entre ellos

V. METODOLOGIA

Para la ejecucin de este anlisis ser necesario completar los siguientes pasos:

PASO 1: PLANTEAMINETO DE UN MODELO HIDRAULICO POR IMPULSION

Con la finalidad de poder analizar las perdidas por friccin y singularidad.


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PASO 2: MODELAMIENTO Y ANALISIS CON EL WATERCAD

Detallaremos todos los pasos seguidos para el modelamiento

PASO 3: REALIZAR EN ANALISIS DE PERDIDA POR FRICCION Y SINGULARIDAD POR MEDIO DE HOJASEXCELES

Procesaremos los datos en hojas excedes

.

PASO 4: REALIZAREMOS LAS COMPARACIONES ENTRE AMBOS RESULTADOS OBTENIDOS TANTO POR

EL WATERCAD Y POR LAS HOJAS EXCELES.

VI. CLCULO Y PRESENTACION DE RESULTADOS

PASO 1: PLANTEAMINETO DE UN MODELO HIDRAULICO POR GRAVEDAD

Con la finalidad de poder analizar las perdidas por friccin y singularidad.

TENEMOS UNA RED DE

AGUA ABASTECIDO POR UN

TANQUE ELEVADO ESTE

ESTE MNUESTRO MODELO

PARA EL WATERCAD Y

PARA ANALIZAR


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PASO 2: MODELAMIENTO Y ANALISIS CON EL WATERCAD

Detallaremos todos los pasos seguidos para el modelamiento

CREAMOS UN NUEVO PROYECTO:

DEFINIMOS ALGUNOS DATOS COMO EL CAUDAL LOS DIAMETRO Y ACCESORIOS:


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DIBUJAMOS LA RED DE TUBERIAS

COLOCAMOS LAS DIMENSIONES DE CADA TRAMO


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COLOCAMOS LAS ELEVACIONES

COLOCAMOS LAS DEMANDAS NECESARIAS

COLOCAMOS LOS DATOS DEL TANQUE


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CALCULO DE PERDIDAD

COLOCAMOS LOS COEFNDE PERDIDA

PERDIDA DE CARGAS :


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PERDIDA POR FRICCION

ANALISIS CON LAS HOJAS EXCELES


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VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La perdida por singularidad es en porcentaje vara entre 10-20% de la perdida por carga y la prdida

por friccin que es mayor vara entre 80-90% de la prdida total de carga. Los mtodos analticos

no varan mucho en sus resultados.

El programa altercad ofrece mucha versatilidad para el modelamiento y para el anlisis de perdida

de carga ofreciendo resultados confiables en comparacin a los calculados matemticamente por

execel.


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IX. BIBLIOGRAFIA

1 TE CV. HIDROLOGIA APLICADA. TERCERA ed. TE CV, editor. BOGOTA, COLOMBIA: MC

GRAW HILL; 1994.

2 MIJARES A. FUNDAMENTOS DE HIDROLOGIA DE SUPERFICIE. CUARTA ed. MEXICO:

LIMUSA; 2001.

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