PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN TUBERIAS.

FACULTAD DE INGENIERIA, ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

AREA CURRICILAR:MECANICA DE FLUIDOS IIDOCENTE:ING. WILMER MOISES ZELADA ZAMORA

ESTUDIANTES: BURGA GUEVARA , GRECIA HUARNIZ GUERRERO, MANUEL ANTONIO LEN MONTENEGRO, AIDA MILAGRITOS

CICLO:VeranoPIMENTEL, 10 de febrero de 2015

DETERMINACION DE PERDIDAS LOCALES EN TUBERIAS PARA FLUJO LAMINAR Y TUBULENTO

I. INTRODUCCION: La prdida de carga en una tubera o canal, es la prdida de energa dinmica del fluido debida a la friccin de las partculas del fluido entre s y contra las paredes de la tubera 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 direccin, la presencia de una vlvula, etc.Las prdidas locales pueden ser despreciadas en las tuberas largas, cuya extensin supere 4000 veces el dimetro. Se desprecian todava en las tuberas en que la velocidad es baja y el nmero de piezas especiales no es grande. As por ejemplo, las prdidas locales no son tomadas en cuenta en los clculos de las lneas de conduccin, redes de distribucin, etc.

Es importante considerar las prdidas de descarga, tratndose de tuberas cortas, as como de tuberas que incluyen gran nmero de piezas especiales. Tal es el caso de las instalaciones en edificios e industrias, de las tuberas locales y de los conductos forzados de las centrales hidroelctricas.

II. OBJETIVOS: El objetivo fundamental de esta prctica es determinar el coeficiente k para cada accesorio, y verificar su validez con los coeficientes tericos.

Determinar las prdidas de carga generadas por los diferentes accesorios que utilizamos en las instalaciones que se realizan.

Tener una idea clara de cmo varan las perdidas en las instalaciones, dependiendo de cada tipo de accesorio.

Conocer mtodos prcticos para determinar las prdidas localizadas.

Determinar la variacin de la prdida de carga con el caudal.

Determinar en qu tipos de accesorios se generan las mayores prdidas de carga.III. HIPOTESISComprobar que con el paso de un flujo por los accesorios existir una prdida de carga local.IV. MARCO TEORICO

3.1 Prdidas de carga en ensanchamientos y codos

Cualquier modificacin en la forma geomtrica de un conducto produce una prdida de carga de carcter local cuando un fluido pasa a su travs. Estas prdidas de carga se denominan singulares.Este tipo de prdidas singulares se producen, por ejemplo, en los casos del aumento de seccin y del cambio de direccin (un codo) mostrados en la Figura 3. En el caso del ensanchamiento, estas prdidas de carga son debidas a que el flujo se adapta a la nueva seccin mediante una sucesin de remolinos, con lo que el exceso de energa cintica que hay en la seccin 1 respecto a la que correspondera a la nueva seccin 2, se disipa por la accin de la turbulencia. Es una situacin equivalente a la de la zona posterior de la placa orificio (apartado anterior). En el caso de un codo brusco, la distribucin transversal de velocidad deja de ser asimtrica (aumenta la velocidad en la zona del conducto ms prxima al centro de curvatura), y nuevamente se produce una disipacin de energa por remolinos turbulentos.

Las prdidas de carga secundarias, producidas en zonas localizadas de los conductos, se expresan en forma adimensional por el denominado coeficiente de prdidas, K:Los fluidos en movimiento o flujo interno forman parte bsica para la produccin de servicios dentro de las actividades industriales, residenciales y comerciales. Al Ingeniero en Energa le compete el tratamiento adecuado de la conduccin de flujos bajo conceptos de optimizacin econmica, tcnica, ambiental y de esttica.La aplicacin de la Ecuacin de Bernoulli para fluidos reales, entre 2 secciones de un mismo tramo de tubera es:

Dnde:

Dnde:hfp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales.hfs = Perdidas secundarias o, locales por accesorios.Al hablar de prdidas en tuberas nos lleva a estudiar los flujos internos que sean completamente limitados por superficies solidas con un grado de rugosidad segn el material del cual estn fabricadas.Este flujo es muy importante de analizar ya que nos permitir disear las redes de tuberas y sus accesorios ms ptimos.Las prdidas de energa que sufre una corriente cuando circula a travs de un circuito hidrulico se deben fundamentalmente a:

Variaciones de energa potencial del fluido. Variaciones de energa cintica. Rozamiento o friccin.

PERDIDAS PRIMARIAS:

Llamadas perdidas longitudinales o prdidas por friccin, son ocasionadas por la friccin del fluido sobre las paredes del ducto y se manifiestan con una cada de presin.Empricamente se evala con la frmula de DARCY WEISBACH:

Dnde:L = longitud de la tubera.D = Dimetro de la tubera.V= velocidad media del flujo.f= factor de friccin de la tubera.De donde el factor de friccin de la tubera depende del Nmero de Reynolds (Re) y de la rugosidad relativa (L/D). Para esto se hace uso del Diagrama de Moody. Bsicamente las Prdidas primarias son directamente proporcionales a la longitud de la tubera.

PERDIDAS SECUNDARIAS:

Tambin conocidas como perdidas locales o puntuales, las cuales son originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema de tuberas, como por ejemplo:Vlvulas.Codos.Niples.Reducciones.Ensanchamientos.Uniones universales.Etc.La expresin para evaluar las perdidas secundarias (en metros de columna del fluido) es la siguiente:

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

La longitud equivalente se puede hallar en manuales y libros.En el equipo FME-05 de prdidas de carga local estudia las prdidas de energa cintica de un fluido que circula por una tubera. Estas se deben principalmente a variaciones bruscas de velocidad causadas por: Cambios bruscos de seccin. Perturbacin del flujo normal de la corriente, debido a cambios de direccin provocadas por la existencia de un codo, curva, etc. Rozamiento o friccin.

Las prdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los elementos expresada en metros del fluido, puede calcularse con la siguiente expresin:

Dnde:K = coeficiente de prdidas de carga.V= velocidad del fluido.h = diferencia de altura manomtrica.g= gravedad..3.1.1 Ensanchamiento sbito.

La prdida que ocurre en la reduccin brusca de dimetro, de una seccin A1 a una seccin A2 es dada por la siguiente frmula:

Siendo el valor de K

Si la reduccin de dimetro fuera gradual, la prdida sera menor. En este caso, el valor de K, generalmente, est comprendido entre 0.04 y 0.15.

3.2.2. Ensanchamiento gradual.

Se comprueba experimentalmente que los valores de K dependen de la relacin entre los dimetros inicial y final, as como tambin, la extensin de la pieza. Para las piezas usuales se tiene la siguiente frmula:

3.3.3 Contraccin sbita.

La prdida de energa debido a una contraccin sbita, se calcula a partir de la siguiente ecuacin:

En dicha ecuacin, V2 es la velocidad en la corriente hacia abajo del conducto menor a partir de la contraccin. El coeficiente de resistencia K depende de la proporcin de los tamaos de los conductos y de la velocidad de flujo. El mecanismo mediante el cual se pierde energa debido a una contraccin sbita es bastante complejo.

Figura 2. Contraccin sbita.

3.3.4 Contraccin gradual.

La prdida de energa en una contraccin puede disminuirse sustancialmente haciendo la contraccin ms gradual. La prdida de energa se calcula con la siguiente frmula:

El coeficiente de resistencia se basa en la cabeza de velocidad en el conducto menor despus de la contraccin.

Figura 3. Contraccin gradual.

2.3 Prdidas para vlvulas y codos.

Al igual que en los dems accesorios en estos se presentan perdidas de carga dependiendo en el caso de los codos si son codos cortos o los codos largos

V. EQUIPOS Y MATERIALES:FEM 00: BANCO HIDRAULICOEs uno de los equipos usados para este laboratorio, tiene las siguientes caractersticas.A- ESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES: Estructura inoxidable. Tornillos, tuercas, chapas y otros elementos metlicos de acero inoxidable. Diagrama en panel frontal con similar distribucin que los elementos en el equipo real. Conexiones rpidas para adaptacin a la fuente hidrulica de alimentacin.

B- DATOS TCNICOS: Banco hidrulico mvil, construido en polister reforzado con fibra de vidrio y montado sobre ruedas para moverlo con facilidad. Bomba centrfuga 0,37 KW, 30-80 litros/min, a 22-12,8m, monofsica 220V./50Hz 110V./60Hz. Rodete de acero inoxidable. Capacidad del depsito sumidero: 165 litros. Canal pequeo: 8 litros. Medida de flujo: depsito volumtrico calibrado de 0-7 litros para caudales bajos y de 0-40 litros para caudales altos. Vlvula de control para regular el caudal. Probeta cilndrica y graduada para las mediciones de caudales muy bajos. Canal abierto, cuya parte superior tiene un pequeo escaln y cuya finalidad es la de soportar, durante los ensayos, los diferentes mdulos. Vlvula de cierre, en la base de tanque volumtrico, para el vaciado de ste. Rapidez y facilidad para intercambiar los distintos mdulos. Dimensiones: 1130 x 730 x 1000 mm. aprox. Peso: 70 Kg. aprox.

Fig. 4. FEM 00, banco hidrulicoEQUIPO DE PERDIDA DE CARGAS LOCALES (FME 05)

Este es el aparato empleado para evaluar las prdidas de energa que se originan en puntos especficos de las tuberas (diferentes accesorios que se utilicen). Est conformado por diferentes tipos de accesorios y tuberas interconectados entre s.El material de estos elementos es de PVC. CRONOMETRO : Es un dispositivo para medir el tiempo. En el ensayo se utiliza para registrar el tiempo en el cual se obtiene un volumen de agua.

PROBETA : Tubo de vidrio transparente, graduado con una escala de volumen 1000 (ml).

VI. PROCEDIMIENTO:

Con la ayuda del docente del curso de mecnica de fluidos II, se procedi a desarrollar la prctica de prdidas de carga Locales en tuberas, Se comenz con la Calibracin del equipo de prdidas de cargas por friccin, que consista en que los manmetros de agua estuvieran a un mismo nivel, para que a partir de ah se tomen las medidas de las diferencias de presin entre un punto y otro de cada accesorio.

Poner en funcionamiento el banco hidrulico, adicionndolo a este el equipo de prdidas de carga locales.

Con las vlvulas de paso abiertas, se van cerrando lentamente y se toman los respectivos volmenes en un tiempo determinado, para el clculo del caudal (Q). A medida que se iba haciendo las pruebas a diferentes aberturas de la vlvula, se iba tomando nota la diferencia de presin marcadas por los manmetros de agua para cada uno de los accesorios

Se realizaron 5 pruebas, para diferentes aberturas de la vlvula Cabe mencionar que se tomaron caudales diferentes, para determinar las prdidas de cargas en la vlvula, y que las presiones de estas se observaban en los barmetros de Bourdon.

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Durante el desarrollo de la prctica se tom la temperatura del agua, ya que nos sirvi para determinar la viscosidad a la que esta se encontraba, ya que esta vara con la temperatura.

Vista de la parte posterior del equipo:

VALVULA FINAL DEL SISTEMAVALVULA QUE CONTROLA PRESION DE LOS BAROMETROS

DATOS DE EXCEL(HOJA DE CLCULO)

DATOS DE LABORATORIO:

Datos Anotados del Equipo de Perdidas locales:

RESULTADOS:CODO LARGO:

Calculo de Perdidas locales, k tericos:

ENSANCHAMIENTO:

Calculo de Perdidas locales, k tericos:

CONTRACCION:

Calculo de Perdidas locales, k tericos:

CODO MEDIO:

Calculo de Perdidas locales, k tericos:

CODO CORTO:

Calculo de Perdidas locales, k tericos:

INGLETE:

Calculo de Perdidas locales, k tericos:

VALVULA TOTALEMENTE ABIERTA:

VALVULA SEMI - ABIERTA:

VIII. CONCLUSIONES Se puede deducir que la mayor prdida de carga en accesorios se da en las vlvulas y la menor perdida de carga se da en los ensanchamientos de las vlvulas de las tuberas. En la cual podemos darnos cuenta en el factor k acta en los distintos accesorios y poder hacer el diseo deseado para cualquier tipo de proyecto que se presenten el futuro. Tambin podremos darnos cuenta en el laboratorio como en el terico, que las perdidas locales en tuberas se pueden ver afectadas gracias a los accesorios, rugosidad o viscosidad del fluido o dimetro de la tubera, etc. Los errores de medicin que podremos encontrar en nuestro trabajo y a comparacin de los datos tericamente puedan ser que difieran en una gran forma. Las velocidades a medida que aumentan, el coeficiente de rugosidad ira disminuyendo. El promedio del K para cada accesorio que obtuvimos del laboratorio NO se asemejan en la mayora, a los estipulados en los libros; nunca sern iguales ya que hay errores en la toma de datos. En el codo largo vemos que a medida que aument el caudal y el coeficiente de prdida local disminuye, esto se debe a que al pasar ms rpido por ese accesorio el fluido, menos resistencia tendr el accesorio. En el ensanchamiento observamos que a medida que el caudal aumenta el coeficiente de perdida aumenta, esto se debe al cambio brusco que se presenta en la tubera de a 1 y el fluido al pasar de una tubera a otra choca bruscamente, generando un rozamiento que aumenta a medida que el fluido va con mayor velocidad. En la contraccin vemos que a medida que se aument el caudal el coeficiente de perdida disminuye, esto se debe al cabio de un dimetro mayor a uno menor en la tubera lo que genera un rozamiento menor a medida en que la velocidad disminuye. A mayo velocidad en el fluido concluimos que la perdida de carga va a aumentar, esto se puede generar por el rozamiento que hay por los accesorios que se presentan en el equipo.

IX. RECOMENDACIONES Con este laboratorio nos hemos dado cuenta que las prdidas son muy importante para el diseo de una tubera, ya que si hay ms accesorios en una tubera de mayor longitud si se tomara en cuenta es por ello es que hay que analizar distintos factores, como las calidades de la tubera, el costo de materiales y optima funcionalidad, el tipo de terreno, etc. Se recomienda tener mucho cuidado a la hora de sostener la manguera al hacer el rgimen turbulento ya que se podra levantar por la presin, pudiendo producir cambios en la recoleccin de datos y derrame de agua dentro del laboratorio. Podemos decir que todos estos ensayos va a contribuir en nuestra vida profesional ya que estaremos bien capacitados y podemos disear con gran criterio todo tipo de tuberas.

X. ANEXOS