Descripción: perdidas primarias y secundarias en una tuberia
MECÁNICA DE FLUIDOS II
PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
CHAVEZ VASQUEZ GARY KRIS EDWARD
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
INDICE INTRODUCCION………………………………………………………………………………02 OBJETIVOS……………………………………………………………………………….………03 JUSTIFICACION…………………………………………………………………….….……03 ALCANCES…………………………………………………………………………………...…….04 REVISION DE LITERATURA…………………………………… LITERATURA…………………………………………………….…..05 ……………….…..05 METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO……………………………………… PROCEDIMIENTO……………………………………….…10 .…10 RESULTADOS Y DISCUSIÓN…………………………………………… DISCUSIÓN…………………………………………………..……12 ……..……12 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………… RECOMENDACIONES……………………………....…14 ....…14 BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………..……………15 ANEXOS…………………………………………………………………………………………..……1
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
INTRODUCCION: En esta práctica el problema a resolver específicamente es evaluar la perdida de energía que ocasiona un fluido ya sea laminar o turbulento (por la viscosidad) al pasar a través de un tubo que sufre una disminución del área transversal en todo su recorrido. El análisis del comportamiento que presentará el fluido puede ser calculado; con errores muy insignificantes. Para este cálculo se consideró un caudal empírico de .!" lts # seg. $as pérdidas de carga a lo largo de un conducto de cualquier sección pueden ser locales o de fricción% su evaluación es importante para el mane&o de la línea de energía cuya gradiente permite reconocer el flu&o en sus regímenes' laminar% transicional o turbulento% dependiendo de su viscosidad. uando el fluido es más viscoso abrá mayor resistencia al despla*amiento y por ende mayor fricción con las paredes del conducto% originándose mayores pérdidas de carga; mientras que% si la rugosidad de las paredes es mayor o menor abrá mayores o menores pérdidas de carga. Esta correspondencia de rugosidad+viscosidad a sido observada por mucos investigadores% dando a la correspondencia entre los n,meros de -eynolds (-e)% los parámetros de los valores de altura de rugosidad /0 y los coeficientes de fricción f0 que determinan la calidad de la tubería.
OBJETIVOS: UNC
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
Estudiar las pérdidas de cargas debido a los accesorios que se instalan en un tramo de la tubería% como codos% ensancamiento% contracción% válvula% niples% trampa 1 etc. Estudiar en forma detallada las pérdidas de carga lineal en conductos circulares% teniendo una gran variedad de curvas que relacionan los coeficientes de pérdidas f0 en función del n,mero de -eynolds% apoyándonos en el gráfico de 2oody. onocer métodos prácticos para determinar las pérdidas locali*adas. 3eterminar la variación de la pérdida de carga con el caudal. Estudiar y sinteti*ar los datos obtenidos en la práctica con los datos que obtenemos apoyándonos en referencias bibliográficas% libros que usualmente utili*amos para estos ensayos.
JUSTIFICACION:
omprobar que con el paso de un flu&o por los accesorios e4istirá una pérdida de carga local% la cual calcularemos teóricamente de acuerdo con algunos parámetros y comprobaremos el caudal real con las perdidas alladas.
ALCANCE:
E!UIPO Y "ERRAMIENTAS# •
AGUA
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
•
VALDE GRADUADO
CRONOMETRO
•
ACCESORIOS PARA EL MOTAJE DE LA TUBERIA $VALVULA C"EC% & Tuberí !e PVC !e "#$%% A&&e'(r)('* 5 válvulas de compuerta. 6 tapón 6 7ee 6 8ee 9daptadores (2aco y embra.)
odo de : odo de <" =iple
REVICION DE LITERATURA:
P'RDIDA DE CARGAS LOCALES $os fluidos en movimiento o flu&o interno forman parte básica para la producción de servicios dentro de las actividades industriales% residenciales y comerciales. $a aplicación de la Ecuación de >ernoulli para fluidos reales% entre 5 secciones de un mismo tramo de tubería es'
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
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p1 v p v + z1+ 1 = 2 + z2+ 2 + hp…… .. (1 ) 2g 2g γ γ
3onde' hp =hfp + hfs…………. ( 2)
3onde' fp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales. fs = Perdidas secundarias o% locales por accesorios. 9l ablar de pérdidas en tuberías% lleva a estudiar los flu&os internos que sean completamente limitados por superficies sólidas con un grado de rugosidad seg,n el material del cual están fabricadas. Este flu&o es muy importante de anali*ar ya %"que permitirá dise?ar las redes de tuberías y sus accesorios más óptimos. $as pérdidas de energía que sufre una corriente cuando circula a través de un circuito idráulico se deben fundamentalmente a' @ariaciones de energía potencial del fluido. @ariaciones de energía cinética. -o*amiento o fricción.
1. PERDIDAS PRIMARIAS : $lamadas perdidas longitudinales o pérdidas por fricción% son ocasionadas por la fricción del fluido sobre las paredes del ducto y se manifiestan con una caída de presión. Empíricamente se eval,a con la formula de 39-8 + AEB1>9C'
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
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f ∗ L∗V hfp= 2 g∗ D
3onde' • • • •
$ D longitud de la tubería. 3 D 3iámetro de la tubería. @ D velocidad media del flu&o. f D factor de fricción de la tubería.
3e donde el factor de fricción de la tubería depende del =,mero de -eynolds ( -e ) y de la rugosidad relativa ( # 3 ) . Para esto se ace uso del 3iagrama de 2oody. >ásicamente las Pérdidas primarias son directamente proporcionales a la longitud de la tubería.
PERDIDAS SECUNDARIAS: 7ambién conocidas como perdidas locales o puntuales% las cuales son originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema de tuberías% como por e&emplo' • • • •
•
@álvulas. odos. =iples. -educciones.
• • •
Ensancamientos. Fniones universales. Etc.
$a e4presión para evaluar las perdidas secundarias (en metros de columna
del fluido) es la siguiente' 2
•
•
K ∗ L∗V h fs = 2 g∗ D
3onde G es la constante para cada accesorio y depende del tipo de
accesorio% material y diámetro. •
$uego la longitud equivalente será'
•
$a longitud equivalente se puede allar en manuales y libros.
•
Leq=
K ∗ D f
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
En el equipo H2E+" de pérdidas de carga local estudia las pérdidas de
•
energía cinética de un fluido que circula por una tubería. Estas se deben principalmente a variaciones bruscas de velocidad causadas por' •
ambios bruscos de sección. Perturbación del flu&o normal de la corriente% debido a cambios de dirección
•
provocadas por la e4istencia de un codo% curva% etc. -o*amiento o fricción.
•
•
$as pérdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los elementos
e4presada en metros del fluido% puede calcularse con la siguiente e4presión' • 2
K ∗V ∆hfs = 2g •
3onde'
• • • • •
G D coeficiente de pérdidas de carga. @D velocidad del fluido. I D diferencia de altura manométrica. gD gravedad.
•
ELEMENTOS DEL SISTEMA DE TUBER+AS •
En los sistemas de tuberías se encuentran los siguientes elementos' @álvulas 9ccesorios
V,-.u-'* •
• • • •
•
$as válvulas tienen por finalidad el control del flu&o a través del sistema. E4isten diversos tipos de válvulas fabricadas con distintos materiales y con ciertas características que dependen del fabricante. Entre los principales tipos de válvulas tenemos' @álvula de compuerta @álvula esférica o de globo @álvula maco @álvula retentora
• • • •
@álvula de agu&a @álvula de diafragma @álvula de control automático @álvula de seguridad
El servicio de cada una de estas válvulas es diferente dependiendo de las características de la @álvula en sí.
A&&e'(r)('* UNC
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
•
•
$os accesorios sirven para unir los diversos elementos del sistema así como para darle la geometría (cambios de dirección% ramales% etc). $os accesorios pueden ser' roscados% soldados% bridados y acampanados.
A&&e'(r)(' r('&!('* $os accesorios roscados se usan para &untas no permanentes y diámetros menores a de 5 J0.
•
•
$os accesorios de fundición maleable se designan seg,n la norma B1K <: de la siguiente manera'
A&&e'(r)(' '(-!!('* $os accesorios soldados son usados cuando las cone4iones deben ser permanentes en líneas de alta presión y temperatura.
•
•
1e designan por el tipo% ángulo (para codos)% diámetro e4terior% espesor y grado de acero seguido por la referencia de la norma B1K
A&&e'(r)(' br)!!('* $os accesorios bridados presentan la venta&a de ser montados y desmontados con facilidad. En la especificación de la brida se debe dar el tipo% diámetro de tubería% presión nominal% y material.
•
Pérdidas de carga de algunos accesorios
•
Para el sistema de tubería se usaron los siguientes accesorios' •
•
•
•
A&&e' (r)( C(!( /01 C(!( 231 Tee
•
K •
0. •
0. •
1. •
Yee
•
0. •
•
V,-.u - G-(b( A!45 !(r
•
8. •
0.
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
•
N)4-e
•
0. • • • • • • • •
METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO 1e comen*ó el armado de cada elemento en una tubería simple considerando un caudal de salida de .!" litros#seg para el cálculo teórico del e4perimento. 1e reconoció cada elemento y se tomaron medidas para el cálculo de las perdidas locales de los accesorios% estos se basaron de diferentes elementos bibliográficos% tomando como referencia estos libros de 2ecánica de fluidos) de 1otelo% -obert 2ott% @. Liles% 1engel y entre otros autores para así compararlos y encontrar si es que se adaptan sus ipótesis al interés local.) 1e supondrá un caudal de .!" litros #seg para el dise?o idráulico y se allara la velocidad. omo en este caso la velocidad allada es .M cumple con las especificaciones técnicas mínimas normadas para la velocidad de agua en tuberías on el dato de la velocidad allamos las respectivas perdidas de cargas locales y por fricción y luego procederemos a anali*ar el tipo de flu&o y el dibu&o de las líneas de carga respectivas. 2
•
•
L v h f = f D 2 g h L= k
v
2
2g
PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION • • •
D()*+# audal teórico ' .!" lts#seg 3iámetro de la tubería ' J plg
• •
álculos de la velocidad teórica' UNC
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
Q = V*A
• •
0.075 m •
3
1000 seg
=
V ∗π ∗( 0.5∗2.54 / 100 )
2
4
V =0.592058 =0.6 m / seg • • •
•
•
•
@erificamos el valor de f0 1abemos que' R=
v. D u
R=
0.6 × 0.0127 −6 1.025 × 10
R=7.43 × 10
3
•
•
ε 0.0013 = =0.001023622 D 1.27
•
Entonces el f sale' f D .6: Tomando las medidas de la maqueta: onsideraremos que en a&amarca se usa una presión mínima de 6" m columna de agua equivalente a6." Gg#cm5. (1eg,n la norma se considera 5 Gg#cm5 )
alculando las pérdidas de cada elemento con los datos de la velocidad.
•
•
6 alculamos las pérdidas de carga por fricción asumiendo un plano ori*ontal. TRAMO AB: 2
•
2
V 2 h f =0.019 × × + 0.019 × 2 × 9.81 0.0127 2 × 9.81 0.6
0.09
0.06
+ 0.125
0.0127
2
h f =1.11076 V 2 + 0.000349 m
•
•
5 alculamos las pérdidas de carga por accesorios asumiendo un plano ori*ontal. TRAMO AB: 2
h L =0.48
•
YEE
0.6
2 × 9.81
= 0.0088 m
2
= 0.4 × (
h L
•
CODO 45 °
0.6
2 × 9.81
)=0.0073 m
2
•
h L =1.7 × ( TEE
0.6
2 × 9.81
)=0.0312 m
•
(
hl =CODO 45 +TEE + YE +CODO 45=¿ 0.4 ×
2
0.6
2 × 9.81
∑¿
)
(
2
)
2
•
•
∑ hl =0.131498 V
2 2
2
V 2 V 2 V 2 + 1.7 × + 0.48 + 0.4 × ( 2 × 9.81 2 × 9.81 2 × 9.81
+ 0.007339 m
•
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
•
Callamos la velocidad de salida en este tramo de acuerdo a la fórmula de
3
Q2
Q1
>ernoulli. 1 •
!
−
!
+ " −" + 1
2
V 1
De donde:
•
V1 = 0.6 m/s
•
P2 = P atm = 0
•
P1 = 2 kg/cm2 o 20 m de columna de agua
•
Z1 = Z2 = 0 (mismo nivel)
•
•
2
1 V 2 V 1 = − + ! 2 g 2 g
2 kg
/ $m 2=
V 2
=
V 2
2
2g
+ ∑ # f + ∑ # l
∑ # +∑ #
2
2g
2
2g
•
2
•
2
−
f
0.6
2
2g
l
+ ∑ # f + ∑ # l
kg ∗104 $m 2 2 2 V 2 0.62 m = − +1.11076 V 22 + 0.000349+ 0.131498 V 22+ 0.007339 Kg 2g 2g 1000 m3
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
V 2=0.3215 m / seg
•
•
•
•
•
•
Por lo que las pérdidas de carga quedaran'
∑ h = 1.11076 V f
•
•
•
∑ hl =0.131498 V
2 2
3el caudal se tiene'
•
•
2
V 1∗( %1 ) =V 2∗( %2 ) + V 3∗( % 3 ) 0.6
N6 D N5 O N
omo 96 D 95D 9 D 9 entonces d6 D d5 D d D d
2
•
+ 0.000349=0.115159 m
+ 0.007339 =0.020931 m
•
•
2
2
2
=V ∗+0.3215 3
V 3=0.2785 m / seg
•
•
Fna ve* allada la velocidad con la cual se bifurca el caudal procedemos a allar la velocidad en el otro tramo para así calcular sus respectivas pérdidas de carga. TRAMO AD:
$a pérdida local más alta fue la de la te simple con .65 de acuerdo con el libro @.Liles. •
•
$a mayor fue de la válvula de bola encontrada en el libro de Lilberto 1otelo con una apro4imación de un coeficiente de Q.5. •
•
Para el cálculo de la velocidad se lo i*o con un caudal teórico de .!" lts#seg% con lo cual obtuvimos una velocidad de .": m# seg; pero de acuerdo a norma el mínimo para tuberías es .M% por lo cual allamos todos los parámetros para la velocidad mínima. •
•
Kbservamos que las pérdidas de fricción son mínimas. •
•
9demás se calculó para una presión de entrada de 5 metros de columna de agua como parámetro inicial en el cálculo y así se distribuyó el caudal por toda el circuito
•
• • • • • • • • • • • • • •
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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
• • •
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: •
El cálculo de pérdidas de energía y la pérdida de carga se puede obtener mediante las formulas obtenidas en cada grafico que esta anteriormente. •
3e acuerdo a los procedimientos podemos deducir que los datos obtenidos si están en concordancia con los datos que nos brindan los libros o te4tos. •
Nue el e4perimento o laboratorio eco nos permite tener un concepto más claro y aplicativo de cómo encontrar las perdida de carga en accesorios y además tener en cuenta que cuando nosotros dise?emos tuberías es importante considerar estas pérdidas ya que cuando mayor accesorios allá en el tramo de una tubería mayor será su pedida local es por ello que ay que anali*ar distintos factores% ya sea topografía del terreno% el tipo de tubería ya sea pvc fierro galvani*ado y además tener en cuenta que tenemos que considerar siempre un margen de error en ellas. •
Podemos decir que todos estos ensayos va a contribuir en nuestra vida profesional ya que estaremos bien capacitados y podemos dise?ar con gran criterio todo tipo de tuberías y tener é4ito en nuestra vida profesional. •
1e puede deducir que la mayor pérdida de carga en accesorios se da en las válvulas y la menor perdida de carga se da en los ensancamientos de las tuberías.
BIBLIOGRAFIA: •
• • • •
HIDRÁULICA GENERAL.+ 1otelo Rvila% Lilberto% Editorial $imusa 1.9. 1e4ta edición% 2é4ico% 6:Q5. + 7uberías. MANUAL DE HIDRÁULICA. 9cevedo =.% S. 2. y 9costa 9.% L. 1e4ta edición. Carla% 1. 9. de . @. 2é4ico% 6:!M. HIDRÁULICA. + Leorge E. -ussell. + 7uberías. MECANICA DE LO! "LUIDO! E HIDRÁULICA.+ -onald @. Liles.+ 7uberías. MECANICA DE LO! "LUIDO!.+ Pedro Hernánde* 3ie*.+ 7uberías. AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA. UNC
