10. PERDIDAS MENORES

Mecánica De Los Fluidos

Sustentantes:Luis Martin Rodríguez García

2010-2177José Esterling Álvarez Linares

2006-0860Yeisi Agustina Ramírez

2009-1412Johan Rufino Báez

2008-2359

Luis Rodriguez 2010-2177

Perdidas Menores

Coeficiente de Resistencia Las perdidas de energía son proporcionales a la carga de velocidad del fluido , Conforme el fluido pasa por un codo, por una válvula o cualquier contracción de la sección del flujo. Todos reportados en un coeficiente de resistencia denominado K.

Donde:

hL= perdida menorK= Coeficiente de resistenciaV= velocidad promedio del flujo

Debido a que k es un constante entre la carencia de energía y la carga de velocidad esta se considera adimensional.

La capacidad o tamaño del coeficiente de resistencia viene dado por la forma o geometría del dispositivo que provoca las carencias, y en casos no muy usuales su velocidad.

Un método común para determinar las pérdidas de carga a través de un accesorio o fitting, es por medio del coeficiente de pérdida KL(conocido también como coeficiente de resistencia)

Las pérdidas menores también se pueden expresar en términos de la longitud equivalente Le:

Expansion Subita

En el momento en que un fluido atraviesa un conducto pequeño a otro con más amplio por medio de una expansión súbita, su velocidad se reduce forma repentina, provocando lo que se conoce como turbulencias las cuales en su momento provocan carencias o pérdidas de energía. Como se muestra en figura.

Esto ha concluido que el valor del coeficiente de carencia “K” es dado por medio de los tamaños de los dos conductos y la velocidad del flujo.

Teniendo en cuenta la corriente del flujo es posible determinar los valores de K por medido de la ecuación:

Forma Grafica para obtener K En Expansion Subita

Forma Tabular para obtener K En Expansion Subita

Pérdidas Menores: Condiciones de flujo de salida

Una pérdida de carga (la pérdida de salida) se produce cuando un fluido pasa desde una tubería hacia un depósito.

El valor K=1.0 se empleó tomando en cuenta que la salida del tubo es ideal sin determinar el lugar donde el tubo conecta la pared del tanque.

Expansion Gradual La posibilidad de que el movimiento de un fluido en una tubería pequeña a otra más grande sea menos repentino que las que se logran por medio de lados afilados, la carencia de energía se ve afectada de forma negativa, es decir disminuye.

Por lo tanto, a medida en que se reduce el ángulo del cono, disminuye el tamaño de la zona de separación y cantidad de turbulencia. La pérdida de energía por una expansión gradual se calcula mediante esta ecuación:

Donde:Vi = velocidad del flujo en tubería pequeño antes de expansión.La Magnitud de K depende del diámetro D2/D1 como el ángulo del cono .En la tabla se observan varios valores de y D2/D1.

La pérdida de energía obtenida mediante la ecuación no contempla las perdidas por fricción en la superficie por la transición. Por lo tanto, conforme se ve reducido ángulo del cono, la longitud de la transición aumenta y la fricción con la pared se vuelve significativa.

Coeficiente de Resistencia –Expansion gradual

Jose Esterling Alvarez 2006-0860

CONTRACCION SUBITA

La contracción súbita mostrada en la figura provoca una pérdida de energía la cual se calcula con la siguiente fórmula:

En esta fórmula v2 es la velocidad de la tubería luego que el fluido atraviesa la contracción y K es el coeficiente de resistencia en donde su valor depende de dos factores principalmente que son:

a) la relación de los tamaños de las tuberías y la velocidad de flujo

Lo que pasa a lo interno de una reducción que provoca la perdida de energía es bastante complejo. En la siguiente figura se muestra un flujo atravesando una reducción. En la figura se muestran líneas que representan la trayectoria del flujo llamadas líneas de corrientes.

CONTRACCION GRADUAL

A diferencia de la contracción súbita donde hay un cambio repentino del diámetro de la tubería, en la contracción gradual hay menos perdida de energía.

El Ángulo se le llama Angulo del cono, este es el formado por la unión de dos tuberías de diferentes diámetros.

En este tipo de contracción el Angulo del cono es un factor importante al momento de calcular las pérdidas de un sistema con contracción gradual. En la figura 10.5 se muestran los datos que relacionan los valores del coeficiente de resistencia con el Angulo del cono y la relación de diámetros.

Mientras el ángulo del cono disminuye a un valor menor de 15o el coeficiente de resistencia aumenta en vez de disminuir como se muestra en la siguiente figura.

Una forma de reducir las pérdidas en este tipo de sistema es redondeando el extremo de la transición del cono que se conecta con el tubo pequeño.

PERDIDA EN LA ENTRADA

Esta pérdida de energía sucede cuando circula un fluido desde un tanque relativamente grande hacia una tubería. En este caso hay un cambio de velocidad drástico desde una velocidad del tanque de casi cero a la velocidad del flujo de la tubería.

En la siguiente figura se muestran cuatro diferentes tipos de entradas, en esta figura se puede apreciar la formación de turbulencia asociada a la formación de una vena contracta que es la principal causa de la perdida de energía en el sistema.

Yeisi Ramirez 2009-1412

Coeficientes de resistencia para válvulas y acoplamientos.

Las válvulas se emplean para controlar la cantidad de fluido; pueden ser de globo, Angulo, Compuerta, mariposa, cualquiera de varios tipos de válvulas de verificación y muchas más. Los acoplamientos dirigen la trayectoria del flujo o hacen que cambie su tamaño. Incluyen codos de varios diseños, tes, reductores, boquillas y orificios.Es importante determinar los datos de resistencia para el tipo y particular y tamaño elegidos, por que aquella depende de la geometría de la válvula o accesorio de acoplamiento.

Coeficientes de resistencia para válvulas y acoplamientos.

La pérdida de energía que tiene lugar cuando el flujo circula por una válvula o acoplamiento se calcula con la ecuación:

hL= K(v²/2g)

El método para calcular el coeficiente de resistencia es diferente el valor de k se reporta de la forma: K= (Le/D) FT En la tabla 10.4 pag. 297 se da el valor Le/D, llamado relación de longitud equivalente y se considera constante para un tipo dado de válvula o acoplamiento. El valor de Le se denomina longitud equivalente, y es la longitud de una tubería recta del mismo diámetro nominal que el de la válvula, la cual tendría la misma resistencia de esta.

Coeficientes de resistencia para válvulas y acoplamientos.

El termino fT es el factor de fricción en la tubería a la que está conectada la válvula o acoplamiento, que se da por hecho esta en la zona de turbulencia completa.Fig. 8.6: diagrama de Moody. La zona de turbulencia está en el área del extremo derecho, donde el factor de fricción es independiente del NR.

Los valores para fT varían según el tamaño de la tubería y la válvula lo que hace que el valor del coeficiente de resistencia K también varíe. Tabla 10.5

Aplicación de válvulas estándar

Se muestra diagramas y fotografías de corte de la configuración de válvulas. La resistencia es muy dependiente de la trayectoria que sigue el fluido al moverse hacia la válvula, a través de ella y fuera de ella. Una válvula con trayectoria más estrecha ocasionaría perdidas de energías mayores.

Válvulas de globo

K= 340Ft

Al girar la llave se hace que el dispositivo sellador se eleve en forma vertical y se aleje del fondo. Esta es una de las valvulas mas comines y es relativamente barata. Sin embargo , es una de las de peor rendimiento en términos de energía que se pierde.

K= fT( Le/D)= 340 Ft considerado uno de los mas elevados según la tabla 10.4.

Válvulas de globoDebe emplearse donde no exista un problema real que provoque la perdida de energía.

Otro aprovechamento de la valvula de globo es estrangular el flujo de un sistema. Esto es agregar resistencia a propósito al flujo, con el fin de controlar la cantidad de flujo que circula.

Válvulas de angulo.

Construcción muy parecida a la de globo. Sin embargo, la trayectoria es mas simple, debido a que el flujo llega por la entrada inferior, se mueve alrededor del fondo de la valvula y gira para salir por el lado derecho. El factor de resistencia es 150 Ft.

Válvulas de compuerta

Si se gira la llave la compuerta se eleva en forma vertical y se aparata de la la trayectoria del está abierta completamente, hay muy poca obstrucción del camino del flujo que ocasione turbulencia en la corriente. Es uno de los mejores para limitar la perdida de energía. K= 8fT

Válvulas de verificación.

La función de esta es permitir el flujo en una sola dirección y determinarlo en la contraria. Hay dos tipos de válvulas de paso, la de tipo bola y la de tipo giratorio. Cuando se halla abierta la del tipo giratorio proporciona una restricción pequena al movimiento del fluido lo que da como resultado el factor de fricción de : k= 100 Ft.

La válvula de verificación tipo bola ocasiona una restricción mayor porque el fluido debe moverse por completo alrededor de ella. Su resistencia es 150 Ft.

Válvula de mariposa.

Cuando está abierta por completo, solo la dimensión delgada del disco queda frente al flujo, lo que solo causa un obstrucción pequeña. La válvula de mariposa cuando está abierta por completo tiene una resistencia de: K= 45 Ft. Este valor es para las válvulas más pequeña, de 2 a 8 ‘. Entre 10 y 14 pul. El factor es de 35 fT. Las válvulas más grandes, de 16 a 24 pulg, tiene un factor k= 25 Ft.

Válvulas de pie con alcachofas.

Llevan a cabo una función similar a las de verificación. Se emplean en la entrada de la línea de succión que conduce fluido de un tanque de abastecimiento a una bomba.

Vueltas de tuberías.

La resistencia al flujo que oponen una vuelta depende de la relación del radio de curvatura r, al diámetro interior del tubo D. La resistencia está dada en términos de la razón de longitud equivalente Le/D , por lo que debe calcularse con la ecuación: K= (Le/D)Ft para calcula el coeficiente de resistencia.

Cuando se calcula la razón r/D, se define r, como el radio de la línea central del ducto o tubo, que se denomina radio medio.

Si Ro es el radio al exterior de la vuelta, entonces Ri es el radio al interior de esta y Do es el diámetro exterior del ducto o tubo:

r= R1 + Do/2

r= Ro- Do/2

r= (Ro+ R1)/2

Johan Rufino Baez

Sistemas de Fluido de Potencia Los sistemas neumáticos están formados por actuadores, válvulas y sensores.

Son sistemas muy versátiles, pero se encuentran limitados por las cargas que pueden soportar (máximo aproximadamente 2 Ton., 20.000 N), y son imprecisos para velocidades muy bajas.

Los sistemas hidráulicos, también, se encuentran formados por actuadores, válvulas y sensores.

Soportan grandes cargas, y de movimientos muy precisos tanto para grandes como bajas velocidades de trabajo.

Sistemas de fluido de potencia.

Un sistema de fluido de potencia es una serie de elementos que controlan el caudal (m3/s, l/h, etc.) de un fluido presurizado.

Éste transmite potencia (energía) desde una fuente (entrada) hasta su lugar de utilización (salida).

Los principales elementos que forman estos sistemas son:

El fluido, que puede ser un gas o un líquido.

Acumulador, elemento que sirve de almacenamiento del fluido.

Filtro, elemento que limpia el fluido que viaja a través del sistema.

Bomba o compresor, elementos que convierten la energía mecánica en energía de presión del fluido.

Válvulas de control, elementos que regulan la presión, caudal, y dirección del fluido.

Líneas de transmisión, consisten en el sistema de tuberías, tubos, y latiguillos. Estos elementos contienen el fluido que transmite la presión.

Actuadores, pueden ser cilindros, motores u otros elementos que convierten la presión del fluido en el tipo de energía mecánica deseada.

Los elementos que forman un sistema de fluido de potencia se representan en los denominados esquemas de mando.

Estos esquemas representan todos los elementos y su interconexionado de los sistemas de fluido de potencia.

Sistema completo

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VÁLVULAS

Corte de flujo

Retención

RegulaciónAsiento

Diafragma

Aguja

Compuerta

Bola

Tronco-cónica

Mariposa

Válvula de compuerta

Válvula de bola

VÁLVULAS CORTE DE FLUJO

Válvula de mariposa

Válvula de retención

VÁLVULAS CORTE DE FLUJO

Válvula de asiento

Asiento recto Asiento inclinado

Válvula de aguja

VÁLVULAS REGULACIÓN

Válvula de diafragma

VÁLVULAS REGULACIÓN

Aplicaciones

Equipos de Construccion

Sistema de Automatizacion Industrial

Equipo Agricola

Sistemas hidraulicos para la aviacion

Sistema de Frenado de Automoviles