|
La pérdida de carga en
una tubería o canal es la pérdida de presión que se produce en un fluido debido a la fricción de las
partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las
pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o
accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un
estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.
Pérdidas primarias:
Se
producen cuando el fluido se pone en contacto con la superficie de la tubería.
Esto provoca que se rocen unas capas con otras (flujo laminado) o de partículas
de fluidos entre si (flujo turbulento). Estas pérdidas se realizan solo en
tramos de tuberías horizontal y de diámetro constante.
Pérdidas secundarias o singulares:
Se
produce en transiciones de la tubería (estrechamiento o expansión) y en toda
clase de accesorios (válvulas, codos). En el cálculo de las pérdidas de carga
en tuberías son importantes dos factores:
Que la
tubería sea lisa o rugosa
Que el flujo sea laminar o turbulento.
Que el flujo sea laminar o turbulento.
Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen
otro tipo de pérdidas que se originan en puntos singulares de las tuberías
(cambios de dirección, codos, juntas...) y que se deben a fenómenos de
turbulencia. La suma de estas pérdidas de carga accidentales o localizadas más
las pérdidas por rozamiento dan las pérdidas de carga totales.
Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga
localizadas sólo se pueden determinar de forma experimental, y puesto que son
debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden
expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente
empírico (K):
hL = K * (v2 / 2g)
Donde v es la velocidad (m/s)
g es la gravedad (m/s2)
Para poder hacer los cálculos de las pérdidas de carga secundarias, a continuación se muestra un ejemplo de accesorios (accidentes) y su respectivo valor del coeficiente de perdida de carga:
VALORES DEL COEFICIENTE K EN PÉRDIDAS SINGULARES | ||
Accidente | K | L/D |
Válvula esférica (totalmente abierta) | 10 | 350 |
Válvula en ángulo recto (totalmente abierta) | 5 | 175 |
Válvula de seguridad (totalmente abierta) | 2,5 | - |
Válvula de retención (totalmente abierta) | 2 | 135 |
Válvula de compuerta (totalmente abierta) | 0,2 | 13 |
Válvula de compuerta (abierta 3/4) | 1,15 | 35 |
Válvula de compuerta (abierta 1/2) | 5,6 | 160 |
Válvula de compuerta (abierta 1/4) | 24 | 900 |
Válvula de mariposa (totalmente abierta) | - | 40 |
T por salida lateral | 1,80 | 67 |
Codo a 90º de radio corto (con bridas) | 0,90 | 32 |
Codo a 90º de radio normal (con bridas) | 0,75 | 27 |
Codo a 90º de radio grande (con bridas) | 0,60 | 20 |
Codo a 45º de radio corto (con bridas) | 0,45 | - |
Codo a 45º de radio normal (con bridas) | 0,40 | - |
Codo a 45º de radio grande (con bridas) | 0,35 | - |
OBJETIVOS
- Determinar las pérdidas por fricción en accesorios tipo codos, Tés, etc.
- Determinar experimentalmente el valor promedio de las constantes para cada uno de los aditamentos utilizados: codos de 90°, codos de 45°, Tés y otros accesorios.
- Comparar los resultados obtenidos con los reportados por literatura.
- Calculas la longitud equivalente de cada uno de los codos, tés, etc. Y comparar los datos con los hallados en la bibliografía
MATERIALES
Un banco de fluidos como el siguiente:
Dos cronómetros
Dos beakers plásticos de 1000 ml
Dos probetas de 2000 cm3
PROCEDIMIENTO
- Revise si el nivel del agua en el depósito es el indicado para su correcta operación y verifique la instalación eléctrica
- Determine los diferentes acoples para la instalación de las tomas de presión.
- Coloque en posición abierta todas las válvulas del sistema y prenda la bomba.
- Verifique la ausencia de aire en el sistema y elimine éste manteniendo el banco en funcionamiento durante varios minutos.
- Revise la buena operación del medidor principal de caudal.
- Considerando el tramo de tubería a utilizar, cierre una a una las válvulas de los tramos que no sean de interés.
- Espere a que el sistema se estabilice.
- Tomar para cada sector del accesorio a medir los valores de presiones con los dos manómetros disponibles y varía el caudal diez veces, tomando simultáneamente el aforo con el beaker y tome nota del tiempo.
- Inicie con flujos bajos y aumente éste o con flujos altos y luego disminuya el caudal, tomando para cada uno de ellos los datos de las presiones, caudales, volúmenes y tiempos.
- Cada vez que cambie el accesorio, cierre completamente la válvula que regula el flujo y apague la bomba.
- A continuación instale los medidores de presión en el nuevo accesorio a usar y repita el procedimiento descrito.
- Al terminar la práctica cierre lentamente la válvula que controla el flujo y suspenda el circuito eléctrico.
2. Válvula de Globo
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
2000 5,90 338,98
2000 6,11 327,33
promedio 333,155
Tablas
Le/ D = 340 k=340*0,027
ff= 0,027 k= 9,18
A= 2, 6302 cm2
v= Q/A = 333,155/ 2,6302 = 126,6 cm/s -----> 1,266 m/s
hL teorico = 9,18 ((1,266m/s)^2/2*9,81m/s2)
hL teorico = 0,7499 m
Pentrada = 270 mmHg Psalida= 705 mmHg
∆P= 335 mmHg
∆P = 44,66 KPa= 44660 Pa
hL experimental= 44660Pa/9800 N/m3 = 4,55 m
Error = 0,7499-4,55 / 0,7499 x100 = 506,7%
3. Tee de 1/2"
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1450 4,53 320
1360 4,36 312
promedio 316
Tablas
Le/ D = 60 k=60*0,027
ff= 0,027 k= 1,62
A= 2, 6302 cm2
v= Q/A = 316/ 2,6302 = 120,14 cm/s -----> 1,2014 m/s
hL teorico = 1,62 ((1,2014m/s)^2/2*9,81m/s2)
hL teorico = 0,119 m
Pentrada = 531 mmHg Psalida= 549 mmHg
∆P= 18 mmHg
∆P = 2,3998 KPa= 2399 Pa
hL experimental= 23998Pa/9800 N/m3 = 0,2448 m
Error = 0,119-0,2448 / 0,119 x100 = 105,7%
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1650 4,21 391,9
1600 3,98 402,01
promedio 396,955
Tablas
L= 3m
A= 2, 812 cm2
(v)= 1,02 E-6
v= Q/A = 396,955/ 2,812 = 141,16 cm/s -----> 1,4116 m/s
Re= v D/(v)
Re = 1,4116m/s * 0,02223m/ 1,02 E-6
Re = 30764,57 ----> TURBULENTO
ff = 0,0234
hL teorico = 0,0234 (3*1,4116)/(2*9,81*0,0223)
hL teorico = 0,227 m
Pentrada = 530 mmHg Psalida= 550 mmHg
∆P= 20 mmHg
∆P = 2,666 KPa= 2666 Pa
hL experimental= 2666Pa/9800 N/m3 = 0,272 m
Error = 0,227-0,272 / 0,227 x100 = 19,8%
2. Cobre 1/2"
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1540 3,84 401,04
promedio 401,04
Tablas
L= 3m
A= 1,407 cm2
(v)= 1,02 E-6
v= Q/A = 401,04/ 1,407 = 285,287 cm/s -----> 2,85287 m/s
Re= v D/(v)
Re = 2,85287m/s * 0,01588m/ 1,02 E-6
Re = 44415,27 ----> TURBULENTO
ff = 0,0217
hL teorico = 0,0217 (3*2,85287)/(2*9,81*0,01588)
hL teorico = 0,596 m
Pentrada = 530 mmHg Psalida= 570 mmHg
∆P= 40 mmHg
∆P = 5,333 KPa= 5333 Pa
hL experimental= 5333Pa/9800 N/m3 = 0,544 m
Error = 0,596-0,544 / 0,596 x100 = 8,7%
3. Tuberia galvanizada 3/4"
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1740 4,13 421,3
promedio 421,3
Tablas
L= 3m
A= 3, 817 cm2
(v)= 1,02 E-6
v= Q/A = 421,3/ 3,817 = 110,37 cm/s -----> 1,1037 m/s
Re= v D/(v)
Re = 1,1037m/s * 0,022047m/ 1,02 E-6
Re = 23856,15 ----> TURBULENTO
ff = 0,0516
hL teorico = 0,0516 (3*1,1037)/(2*9,81*0,022047)
hL teorico = 0,395 m
Pentrada = 538 mmHg Psalida= 552 mmHg
∆P= 14 mmHg
∆P = 1,866 KPa= 1866 Pa
hL experimental= 1866Pa/9800 N/m3 = 0,19 m
Error = 0,395-0,19 / 0,396 x100 = 51,8%
RESULTADOS Y CÁLCULOS
ACCESORIOS
1. Válvula de Bola
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
2000 6,89 290,27
2000 6,60 303,03
promedio 296,65
Tablas
Le/ D = 150 k=150*0,027
ff= 0,027 k= 4,05
A= 2, 6302 cm2
v= Q/A = 296,65/ 2,6302 = 112,78 cm/s -----> 1,1278 m/s
hL teorico = 4,05 ((1,1278m/s)^2/2*9,81m/s2)
hL teorico = 0,2625 m
Pentrada = 532 mmHg Psalida= 550 mmHg
∆P= 18 mmHg
∆P = 2,399 KPa= 2399 Pa
hL experimental= 2399Pa/9800 N/m3 = 0,2447 m
Error = 0,2625-0,2447 / 0,2625 x100 = 6,78%
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
2000 5,90 338,98
2000 6,11 327,33
promedio 333,155
Tablas
Le/ D = 340 k=340*0,027
ff= 0,027 k= 9,18
A= 2, 6302 cm2
v= Q/A = 333,155/ 2,6302 = 126,6 cm/s -----> 1,266 m/s
hL teorico = 9,18 ((1,266m/s)^2/2*9,81m/s2)
hL teorico = 0,7499 m
Pentrada = 270 mmHg Psalida= 705 mmHg
∆P= 335 mmHg
∆P = 44,66 KPa= 44660 Pa
hL experimental= 44660Pa/9800 N/m3 = 4,55 m
Error = 0,7499-4,55 / 0,7499 x100 = 506,7%
3. Tee de 1/2"
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1450 4,53 320
1360 4,36 312
promedio 316
Tablas
Le/ D = 60 k=60*0,027
ff= 0,027 k= 1,62
A= 2, 6302 cm2
v= Q/A = 316/ 2,6302 = 120,14 cm/s -----> 1,2014 m/s
hL teorico = 1,62 ((1,2014m/s)^2/2*9,81m/s2)
hL teorico = 0,119 m
Pentrada = 531 mmHg Psalida= 549 mmHg
∆P= 18 mmHg
∆P = 2,3998 KPa= 2399 Pa
hL experimental= 23998Pa/9800 N/m3 = 0,2448 m
Error = 0,119-0,2448 / 0,119 x100 = 105,7%
TUBERIAS
1. Cobre 3/4"Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1650 4,21 391,9
1600 3,98 402,01
promedio 396,955
Tablas
L= 3m
A= 2, 812 cm2
(v)= 1,02 E-6
v= Q/A = 396,955/ 2,812 = 141,16 cm/s -----> 1,4116 m/s
Re= v D/(v)
Re = 1,4116m/s * 0,02223m/ 1,02 E-6
Re = 30764,57 ----> TURBULENTO
ff = 0,0234
hL teorico = 0,0234 (3*1,4116)/(2*9,81*0,0223)
hL teorico = 0,227 m
Pentrada = 530 mmHg Psalida= 550 mmHg
∆P= 20 mmHg
∆P = 2,666 KPa= 2666 Pa
hL experimental= 2666Pa/9800 N/m3 = 0,272 m
Error = 0,227-0,272 / 0,227 x100 = 19,8%
2. Cobre 1/2"
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1540 3,84 401,04
promedio 401,04
Tablas
L= 3m
A= 1,407 cm2
(v)= 1,02 E-6
v= Q/A = 401,04/ 1,407 = 285,287 cm/s -----> 2,85287 m/s
Re= v D/(v)
Re = 2,85287m/s * 0,01588m/ 1,02 E-6
Re = 44415,27 ----> TURBULENTO
ff = 0,0217
hL teorico = 0,0217 (3*2,85287)/(2*9,81*0,01588)
hL teorico = 0,596 m
Pentrada = 530 mmHg Psalida= 570 mmHg
∆P= 40 mmHg
∆P = 5,333 KPa= 5333 Pa
hL experimental= 5333Pa/9800 N/m3 = 0,544 m
Error = 0,596-0,544 / 0,596 x100 = 8,7%
3. Tuberia galvanizada 3/4"
Volumen(cm3) Tiempo(s) Caudal (cm3/s)
1740 4,13 421,3
promedio 421,3
Tablas
L= 3m
A= 3, 817 cm2
(v)= 1,02 E-6
v= Q/A = 421,3/ 3,817 = 110,37 cm/s -----> 1,1037 m/s
Re= v D/(v)
Re = 1,1037m/s * 0,022047m/ 1,02 E-6
Re = 23856,15 ----> TURBULENTO
ff = 0,0516
hL teorico = 0,0516 (3*1,1037)/(2*9,81*0,022047)
hL teorico = 0,395 m
Pentrada = 538 mmHg Psalida= 552 mmHg
∆P= 14 mmHg
∆P = 1,866 KPa= 1866 Pa
hL experimental= 1866Pa/9800 N/m3 = 0,19 m
Error = 0,395-0,19 / 0,396 x100 = 51,8%
ANALISIS DE RESULTADOS
Los márgenes de error generales puede deberse a errores humanos, pues la mayoría de datos y cálculos se realizaron a través de las tablas, errores humanos en la toma del caudal, en leer los datos del manómetro, en no cerrar y abrir las válvulas al tiempo.
Las pérdidas de carga secundarias por accesorios pueden ser grandes o pequeñas, en este caso descubrimos que en la válvula de globo se da una pérdida de carga muy grande en comparación a las demás.
En las tuberías a pesar de que los flujos fueron todos turbulentos, las pérdidas de carga no fueron muy grandes lo que favorece al estado de las tuberías con el paso del tiempo.
CONCLUSIONES.
- Determinamos las pérdidas de fricción en accesorios tipo codos, Tés, etc.
- Se compararon los resultados obtenidos con los reportados por literatura.
- Al comparar las pérdidas primarias y secundarias descubrimos que no hay mucha diferencia entre estas generalmente.
- A la hora de calcular las pérdidas de carga total se deben tener en cuenta las primarias y secundarias.
BIBLIOGRAFÍA.
http://es.slideshare.net/yuricomartinez/labo-4-prdida-de-carga-en-tuberas-y-accesorios
http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Perdidaccesorios.htm
Tablas de perdidas por accesorios dadas en clase
Se debe trabajar un poco más en el desarrollo de las conclusiones.
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