Perdidas en Tuberias y Conectores

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

1

PERDIDAS EN TUBERIA Y CONECTORES Jenifer Castro Estrada Código 1610757 Universidad Francisco de paula Santander Facultad de Ciencias Agrarias y del Ambiente Ingeniería Biotecnológica

algún otro dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo. Hay tipos de pérdidas que son muy pequeñas en comparación, y por consiguiente se hace referencia de ellas como pérdidas menores, las cuales ocurren cuando hay un cambio en la sección cruzada de la trayectoria de flujo o en la dirección de flujo, o cuando la trayectoria del flujo se encuentra obstruida como sucede en una válvula. Por estos motivos se han planteado como objetivos determinar las pérdidas de cargaque ocurrenen tuberias y accesorios y su variacionde acuerdo a los parametros que intervienen.

Resumen—Lo

que se realizó en este informe fue determinar las pérdidas que hay en los tubos y accesorios con la ayuda de la fórmula de Darcy, esto se realizó en 4 tiempos abierta, 1/4 abierta, 1/2 abierta y 3/4 cerrada. El volumen eran 2 L, para cada etapa se tomó el tiempo en segundos, esto se realizaba al momento en el fluido pasaba por los accesorios como codos y curvas de 90 y 45. Lo que se realizó en este informe fue determinar las pérdidas que hay en los tubos y accesorios con la ayuda de la fórmula de Darcy, esto se realizó en 4 tiempos abierta, 1/4 abierta, 1/2 abierta y 3/4 cerrada. El volumen eran 2 L, para cada etapa se tomó el tiempo en segundos, esto se realizaba al momento en el fluido pasaba por los accesorios como codos y curvas de 90 y 45. Index Terms—Pérdidas,

formula de Darcy.

I. INTRODUCCIÓN A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, ocurren perdidas deenergía debido a la fricción; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entredos puntos del sistema de flujo.Hay tipos de pérdidas que son muy pequeñas en comparación, y por consiguiente se hace referenciade ellas como pérdidas menores , las cuales ocurren cuando hay un cambio en la sección cruzadade la trayectoria de flujo o en la dirección de flujo, o cuando la trayectoria de flujo se encuentraobstruida como sucede en una válvula. En un sist sistem emaa de flujo flujo real real se pres presen enta tann la fricción de superficie y la fricción de forma en donde hay mucha muchass conexi conexione oness y cambio cambioss de direcc dirección ión,, producto de dobleces, codos, válvulas y demás accesorios,los cuales distorsionan las líneas normales de flujo y dan lugar a una fricción debido a la configuración, y por lo tanto a unas pérdidas de carga adicionales. Las pérdidas de carga en tuberías son de dos clases: primarias y secundarias. Las perdidas primarias, son las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería, rozamiento de una capa de fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas definido definido entre entre sí (régimen (régimen turbulento) turbulento).. Tienen Tienen lugar un flujo uniforme o sea tramos de tubería de sección constante. Las perdidas secundarias son las pérdidas de forma que tiene lugar en las transiciones (estrechamiento o expansión de la corriente), codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tubería. A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o

II. OBJETIVOS A. Objetivo general •

Determinar las pérdidas de carga que ocurren en tuberías y accesorios y su variación de acuerdo a los diferentes parámetros que intervienen.

B. Objetivos Específicos •

•

Conocer la importancia que tiene las pérdidas de energía en tuberías y accesorios para que los sistemas hidráulicos funcionen. Determinar grandes pérdidas de energía proporcionada por algunos accesorios.

III. FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEÓRICO TEÓRICO Los cambios de presión que se tienen en un flujo incompresible a través de un tubo se deben a cambios en el nivel o bien a cambios en la velocidad debido a cambios en el área de la sección transversal y por otra parte al rozamiento. En la ecuación de Bernoulli se tomó en cuenta únicamente los cambios de nivel y de velocidad del flujo. En los flujos reales se debe tener en cuenta el rozamiento. El efecto del rozamien rozamiento to produce produce pérdidas pérdidas de presión. presión. Estas Estas pérdidas pérdidas se dividen en pérdidas mayores y en pérdidas menores Pérdid Pérdidas as Mayore Mayores: s: se deben deben al rozam rozamien iento to en un flujo flujo completamente desarrollado que pasa a través de segmentos del sistema con área de sección transversal constante. Pérdid Pérdidas as Menore Menores: s: se deben deben a la presen presencia cia de válvul válvulas, as, bifurcaciones, codos y a los efectos de rozamiento en aquellos segmentos del sistema cuya área de sección transversal no es constante.


PÉRDIDAS MAYORES: FACTOR DE ROZAMIENTO Para un flujo completamente desarrollado a través de un tubo recto de área constante, las pérdidas mayores de carga se pueden expresar como una pérdida de presión. Como V1=V2 y z1 = z2 , se escribe la ecuación como:

Las pérdidas de carga representan la energía mecánica que se transforma en energía térmica por efecto del rozamiento, dicha pérdida de carga para el caso de un flujo completamente desarrollado a través de un conducto de sección transversal constante depende únicamente de las características del flujo. PÉRDIDAS MENORES El flujo a través de una tubería pasa a través de una serie de acoplamientos, codos o cambios abruptos del área. Las pérdidas en estos tramos constituyen pérdidas menores. La pérdida de carga menor puede expresarse como:

2

A veces se emplean codos angulares en sistemas de grandes tuberías. Válvulas y conectores: Las pérdidas correspondientes al flujo a través de válvulas y conectores también pueden expresarse en términos de una longitud equivalente de tubería recta. En régimen laminar, los esfuerzos cortantes se pueden calcular de forma analítica en función de la distribución de velocidad en cada sección (que se puede obtener a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes), y las pérdidas de carga lineales hpl se pueden obtener con la llamada ecuación de HagenPoiseuille, en donde se tiene una dependencia lineal entre la pérdida de carga y el caudal: Hagen - Poiseuille

En régimen turbulento, no es posible resolver analíticamente las ecuaciones de Navier-Stokes. No obstante, experimentalmente se puede comprobar que la dependencia entre los esfuerzos cortantes y la velocidad es aproximadamente cuadrática, lo que lleva a la ecuación de Darcy-Weisbach: Darcy-Weisbach

donde el coeficiente de pérdida, K, debe determinarse experimentalmente para cada situación. La pérdida de carga menor también puede expresarse como

donde Le es una longitud equivalente de tubería recta. Los datos experimentales para las pérdidas menores son abundantes, pero se dispersan entre una variedad de fuentes. Diferentes fuentes pueden dar valores distintos para la misma configuración de flujo. Entradas y salidas: Una entrada a una tubería diseñada inadecuadamente puede provocar una pérdida de carga considerable. La energía cinética por unidad de masa se disipa completamente mediante mezcla cuando el flujo se descarga a partir de un ducto en un gran recipiente. Aumentos y contracciones: Los coeficientes de pérdidas menores para expansiones y contracciones repentinas en ductos circulares aparese Observe que ambos coeficientes de pérdidas se basan en el V2/2 más grande. De manera que las pérdidas para una expansión repentina se basan en V21/2 y aquéllas para una contracción lo hacen en V22/2. Codos de Tubería: La pérdida de carga de un codo es mayor que para flujo completamente desarrollado a través de una sección recta de igual longitud. La pérdida se representa por medio de una longitud equivalente de tubería recta. La longitud equivalente depende del radio de curvatura relativo del codo.

siendo f un parámetro adimensional, denominado coeficiente de fricción o coeficiente de Darcy, que en general es función del número de Reynolds y de la rugosidad relativa de la tubería. En régimen laminar también es valida la ecuación de Darcy-Weisbach, en donde el coeficiente de fricción depende exclusivamente del número de Reynolds, y se puede obtener su valor:

Pérdidas singulares: Las pérdidas singulares son las producidas por cualquier obstáculo colocado en la tubería que suponga una mayor o menor obstrucción al paso del flujo: entradas y salidas de las tuberías, codos, válvulas, cambios de sección, etc. Normalmente son pequeñas comparadas con las pérdidas lineales, salvo que se trate de válvulas casi completamente cerradas. donde hps es la pérdida de carga en la singularidad, que se considera proporcional a la energía cinética promedio del flujo; la constante de proporcionalidad, E , es el denominado coeficiente de pérdidas singulares. Otra forma de cálculo es considerar el efecto de las pérdidas singulares como una longitud adicional de la tubería.


3

IV. METODOLOGÍA Como primera medida realizamos un reconocimiento previo al equipo, posteriormente colocamos en funcionamiento la bomba y abrimos las valvulas de salida para purgar los dos manometros diferenciales e ir cerrando con cuidado el grifo de salida hasta que los manometros queden irrigados. Finalmente ajustamos simultaneamente el grifo de entrada y el de salida para regular el nivel de agua en los manometros de forma que no excendan los limites inferior y superior del area de medicion. Luego de haber calibrado y preparado el equipo realizamos la respectiva evaluacion de las perdidas en los accesorios (expansión y ampliacion; codos de 90° y de 45°) iniciando la alimentacion del sistema con un caudal durante un tiempo determinado, consecuentemente tomamos las presiones diferenciales observadas en las columnas. ( Procedimiento realizado para cada accesorio). Despues de obtener las variables se procedio a realizar los calculos correspondiente. V. RESULTADO

VI. ANALISIS

Utilizando el volumen y el tiempo: H total: Velocidad media: Presiones:

Número de Reynolds: ht

= he + hs

Para Q1 ht1 = 0.299 + 0.204 = 0.503m ht2 = 0.236+ 0.165 = 0.401m Para Q2 ht1 = 0.363 + 0.282 = 0.645m ht2 = 0.316+ 0.253 = 0.569m Para Q3 ht1 = 0.529 + 0.2479 = 0.776m ht2 = 0.499+ 0.456 = 0.955m Para Q4 ht1 = 0.656 + 0.634 = 0.645m ht2 = 0.628+ 0.612 = 1.24m Para Q5 ht1 = 0.243 + 0.189 = 0.432m ht2 = 0.242+ 0.253 = 0.495m Para Q6 ht1 = 0.291 + 0.27 = 0.561m ht2 = 0.307+ 0.318 = 0.625m Para Q7 ht1 = 0.505+ 0.474 = 0.979m ht2 = 0.513+ 0.521 = 1.034m Para Q8 ht1 = 0.632+ 0.606 = 1.238m ht2 = 0.639+ 0.644 = 1.283m Para Q9 ht1 = 0.23 + 0.245 = 0.475m ht2 = 0.212+ 0.163 = 0.375m Para Q10 ht1 = 0.315+ 0.329 = 0.644m ht2 = 0.286+ 0.254 = 0.54m Para Q11 ht1 = 0.516 + 0.527 = 1.043m ht2 = 0.497 + 0.47 = 0.967m Para Q12 ht1 = 0.644 + 0.648 = 1.292m ht2 = 0.616+ 0.606 = 1.222m


4

Gráficas: Aqui se observa el tramo de reducción y el tramo de expansión con los tiempo de la valvula completamente abierta, 1 / 4 cerrada, 1 / 2 cerrada. Se observa que el comportamiento no esta definido. REDUCCIÓN

EXPANSIÓN


5

[2] Luchitob. (Abril de 2012). scribd. Recuperado el Noviembre de 2014, de laboratorio de mecanica de fluidos perdidas: http://www.buenastareas.com/ensayos/LaboratorioDe-Mecanica-De-Fluido-Perdidas/3801854.html [3] UNET. (13 de Abril de 2011). fenomenos de transporte. Recuperado el 26 de Noviembre de 2014, de http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-153.htm

Valvula completamente abierta, 1 / 4 y 1 / 2 cerrada. Se observa un comportamiento inversamente proporcional entre estas variables, pero en un punto éste cambia drasticamente convirtiendose en directamente proporcional. CODO 90°

CODO 45°

VII. CONCLUSIÓN Para el diseño de una tubería y su instalación se debe tener en cuenta aquellas perdidas por fricción y por accesorios, para esto se debe realizar un análisis y un estudio detallado de los comportamientos de los fluidos. Para una tubería recta la rugosidad de la pared y su longitud pueden afectar el recorrido del fluido, en cambio si hablamos de una perdida por accesorios, esta depende del número de accesorios que estén presentes durante el recorrido del fluido. R EFERENCES [1] Garcia, L. G. (Marzo de 2012). scribd. Recuperado el Noviembre de 2014, de friccion en accesorios: https://es.scribd.com/doc/87893130/Friccion-enaccesorios-Perdidas-menores-en-tuberias

Jenifer Castro Estrada ( 1610757 )

Perdidas en Tuberias y Conectores

Recommend Documents