domingo, 6 de noviembre de 2016

Laboratorio No 4



PERDIDAS POR FRICCIÓN EN 

ACCESORIOS



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.
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
AccidenteKL/D
Válvula esférica (totalmente abierta)10350
Válvula en ángulo recto (totalmente abierta)5175
Válvula de seguridad (totalmente abierta)2,5-
Válvula de retención (totalmente abierta)2135
Válvula de compuerta (totalmente abierta)0,213
Válvula de compuerta (abierta 3/4)1,1535
Válvula de compuerta (abierta 1/2)5,6160
Válvula de compuerta (abierta 1/4)24900
Válvula de mariposa (totalmente abierta)-40
T por salida lateral1,8067
Codo a 90º de radio corto (con bridas)0,9032
Codo a 90º de radio normal (con bridas)0,7527
Codo a 90º de radio grande (con bridas)0,6020
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.
- Anote los datos iniciales de la columna de mercurio.

- 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.
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%

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%

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

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