LABORATORIO ADITAMENTOS

ADITAMENTOS UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO DE HIDRAULICA. GRUPO CIV. B

LABORATORIO LABORATORIO ADITAMENTOS Javier Bernal [email protected] Juliana Torres Palomar [email protected]

Resumen El estudio de los aditamentos en una tubería es una parte muy importante al momento del diseño y ejecución de algún proyecto, ya que conociendo los accesorios implementados se tiene un punto de partida, acerca de velocidades, caudales, pérdidas localizadas, y otros factores de fundamental conocimiento en una red de tubería sin importar su posterior uso. La manera, la cantidad y el tipo de accesorio que se emplee en una tubería tendrán gran influencia en el rendimiento de un sistema ya que estos elementos interfieren de manera benéfica o perjudicial en una tubería dependiendo del modo en el que sean empleados. Palabras Clave Cambios suaves, cambios bruscos, accesorios, caída de presión, pérdidas de energía. Introducción A medida que un fl uido fluye por un tubo, conducto o algún tipo de dispositivo, ocurren perdidas de energía expresadas como perdidas de altura; dichas energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo o caída de altura por contracción o ganancia de altura por expansión, las cuales pueden ser producidas por perdidas primarias (fricción) o perdidas secundarias (aditamentos o accesorios).

escala del manómetro de mercurio con finalidad de obtener un rango de presión en el cual sea posible trabajar, se procede a tomar las lecturas de presión en los piezómetros indicados. Para mediciones en cambios bruscos siempre antes de dar paso al flujo se purgan los piezómetros aumentando la escala cada 50cm de Hg, posteriormente se cierra la válvula de cambios suaves y se da paso al flujo en cambios bruscos e igualmente se procede a las lecturas de los piezómetros indicados. El procedimiento se realiza así cinco (5) veces.

Las perdidas por fricción son producidas al estar el fluido en contacto con la tubería generando roces de unas capas con otras y así crear flujos laminares y turbulentos. En cambio las pérdidas por aditamentos o accesorios de toda clase (válvulas, codos, etc.) son producidas en expansiones o estrechamientos.

Resultados Como primer paso para desarrollar los cálculos, se debió convertir los datos obtenidos en laboratorio (mm/Hg en columnas de agua y, a partir de estos, proporcionar las ecuaciones que nos lleven a adquirir los datos tanto para cambios Suaves como para cambios Bruscos.

Los tramos largos y accesorios en las tuberías ofrecen resistencia al flujo que disipa la energía al producir turbulencias relativamente grandes. En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías son importantes dos factores, el primero que la tubería sea lisa o rugosa y el segundo que el fluido sea laminar o turbulento. Elementos del Trabajo y Metodología Para la elaboración de la practica se da inicio leyendo la altura inicial del vertedero (Ho), en seguida se da paso y regulación al caudal con ayuda de la válvula ya sea para cambio suave o brusco; en tubería para cambios suaves, se abre la válvula de salida del flujo del tanque hacia el vertedero, hasta nivelar la

Como primera instancia se halló el Caudal (1) que no es más que la relación de alturas Hv y Ho por una constante.

        

(1)

A partir de la ecuación de Caudal, se dedujo la ecuación de velocidad, con la cual fue posible calcular la altura de velocidad hv (2).


 



(2)



Perdidas de ene rgía localizadas (he)

Aditamento

De igual forma, se hallo las líneas de energía, y las pérdidas de energía, basados en la presión de entrada y salida de cada accesorio, mas su cabeza de velocidad (3).

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Ampliación

0,705

0,564

0,541

0,509

0,326

Reducción

- 0,473

-0,509

- 0,514

-0,455

- 0,29864

Orificio

-0,027

0,027

0,000

0,014

0,000

K TEORICO

Aditamento

Q1

Ampliación Finalmente se cálculo del Cd (coeficiente de descarga) para cada uno de los caudales con la siguiente expresión (4)

Q2

Q3

Q4

Q5

0,79

0,79

0,79

0,79

0,79

Reducción

64,000

64,000

64,000

64,000

64,000

Orificio

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0,00466 0,00507

0,00443

Orificio 6-7

0,00409995 0,004463

Tabla No. 2. Datos Cambios Bruscos. Para una mayor contextualización y mejor entendimiento del desarrollo de la práctica, se asocio el valor de los cálculos a unas tablas de datos, que arrojaron como resultados para “Cambios Bruscos” los siguientes valores:

LINEA PIEZOMETRICA 15,90

VELOCIDAD Piezómetros

V (Q1)

V(Q2)

V(Q3)

V(Q4)

V(Q5)

1, 17, 2, 5, 23, 25, 27

3,065

2,913782

3,065

2,913782

2,489

3, 19, 21, 4,

0,341

0,323754

0,341

0,323754

0,277

6, 7

12,260

11,655127

12,260

11,655127

9,957

Piezómetros 1, 17, 2, 5, 23, 25, 27 3, 19, 21, 4 6, 7

ALTURA DE VELOCIDAD (hv) Q1 Q2 Q3

Q1 (m H2O)

Q2 (m H2O) Q3 (m H2O) Q4 (m H2O) Q5 (m H2O)

-0,10

Q4

Q5

0,479

0,433

0,479

0,433

0,316

0,006

0,005

0,006

0,005

0,004

7,669

6,931

7,669

6,931

5,058

Tabla No. 1. Datos Cambios Bruscos

a c i r t é m o z e i p a t o c

0

5

10

15

20

25

30

Piezómetros

Grafica No. 1. Línea Piezometrica.


Reduccion

LINEAS DE ENERGIA a d a 0,000 z i l a c o-0,050 l a i g r e-0,100 n e e d a -0,150 d i d r e-0,200 P

0,000

25,00 a 20,00 c i r t e m15,00 o z e i p10,00 a t o c 5,00

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

0,00 0

5

10

15

20

25

30

0,001

0,001

Orificio Lineal (Orificio)

y = -110,56x + 0,0068

Altura de Velocidad

Grafica No. 2. Líneas de Energía.

Grafica No. 4. Reducción.

Ampliación

Orificio

y = 2,5231x - 0,0323 Ampliación Lineal (Ampliación)

0,000 0,000

0,050

0,100

0,002

-0,250

Piezometros

a0,400 d a z i0,350 l a c 0,300 o l a i0,250 g r e 0,200 n e e0,150 d a d i0,100 d r0,050 e P

0,002

0,150

Altura de Velocidad

Grafica No. 3. Ampliación.

a d a z i l a c o l a i g r e n e e d a d i d r e P

0,030 0,020

y = -0,0046x + 0,0094 0,010

Orificio

0,000 0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

-0,010 -0,020 -0,030

Altura de Velocidad

Grafica No. 5. Orificio.

2,500

Lineal (Orificio)


Q1

Ampliación Reducción Venturi

0,0060 0,0050 0,0040 d0,0030 C

Orificio 6-7

Q2

0,000800

0,001200

Q5

0,19

0,19

0,11

-0,01

-0,03

-0,01

-0,01

-0,01

-0,014

0,000

0,027

0,014

0,000

Q1

Venturi 13-14

Q2

Q3

Q4

Q5

0,79

0,79

0,79

0,79

0,79

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

0, 000

1,59346839 1,766576

1,89827

Reducción Venturi 0,000400

Q4

0,54

Ampliación

0,0010

Q3

0,23

K TEORICO

Aditamento

0,0020

0,0000 0,000000

Perdidas de energía localizadas (he)

Aditamento

Cd VS. Q

1,9921 3,10888

Tabla No. 4. Datos Cambios Suaves.

Q

Grafica No. 6. Cd Vs. Q.

LINEA PIEZOMETRICA Para “Cambios Suaves”, se tienen los datos suministrados en la T abla No. 3.

16,000

VELOCIDAD Piezómetros

V (Q1)

V(Q2)

V(Q3)

V(Q4)

V(Q5)

8, 16, 9, 11, 12, 22, 24,26

1,36886

1,46189

1,46189

1,36886

1,36886

10, 18, 20

0,15210

0,16243

0,16243

0,15210

0,15210

13, 14

21,90176

23,39020

23,39020

21,90176

21,90176

Piezómetros 8, 16, 9, 11, 12, 22, 24,26 10, 18, 20 13, 14

Q1 0,096

ALTURA DE VELOCIDAD (hv) Q2 Q3 0,109

0,109

Q1 (m H2O) Q2 (m H2O)

Q3 (m H2O) Q4 (m H2O)

0,000

Q4

Q5

0,096

0,096

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

24,474

27,913

27,913

24,474

24,474

Tabla No. 3. Datos Cambios Suaves.

a c i r t é m o z e i p a t o c

0

10

20

30

Piezómetros

Grafica No. 7. Línea Piezometrica.

Q5 (m H2O)


Ampliación

LINEAS DE ENERGIA 18,00

16,00 a 14,00 c i r 12,00 t e m10,00 o z e i 8,00 p a t 6,00 o c 4,00

Q1 Q2

Q3 Q4

2,00

Q5


0,60 0,50

0,30

5

10

15

20

25

Ampliación

0,20 0,10

0,00 0,000

0,00

0

y = 1,2988x + 0,113

0,40

30

Lineal (Ampliación) 0,100

0,200

0,300

Altura de Velocidad

piezometros


0,000

Grafica No. 8. Línea de Energía.

Grafica No. 10. Ampliación.

Reducción

Venturi

0,001

0,002

0,003

a d a z i l a c o l

0,004

0,00 -0,01

y = 0,0873x - 0,0165

-0,01

Reducción

-0,02

Lineal (Reducción ) -0,02

a i g r e n e e d a d i d r e P

-0,03

0,030

y = 9E-05x + 0,0024

0,020 0,010

Venturi 0,000 0,000

30,000

60,000

90,000

-0,010 -0,020

-0,03

Altura de Velocidad

Altura de Velocidad Grafica No. 11. Venturi.

Grafica No. 9. Reducción.

Lineal (Venturi)

ADITAMENTOS UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO DE HIDRAULICA. GRUPO CIV. B Los errores obtenidos para los coeficientes teóricos vs. Experimentales varían notablemente ya que las medidas tomadas por los estudiantes no fueron con gran exactitud las mejores en presiones para cada piezómetro.

Cd vs Q 3,5000

En el laboratorio tanto la energía como la velocidad disminuyen cuando se da el cambio de caudal, por tanto el cálculo del coeficiente de rozamiento Cd, grafica No. 6 permite observar que en cambios bruscos el valor del coeficiente Cd para los caudales no es tan grande, por lo contrario en cambios suaves donde se aprecia que los caudales Q1, Q2, Q3, tienen fuertes cambios, posiblemente debidos a cambios considerables en el fluido, grafica No. 12.

3,0000 2,5000 2,0000

d C

1,5000

Venturi 13-14

1,0000 0,5000 0,0000 0,000000

0,000400

0,000800

0,001200

Q

Grafica No. 12. Cd Vs. Q.

Análisis de Resultados Para los datos obtenidos en la práctica se obtuvo los valores correspondientes a perdidas por carga en tuberías presentes con la existencia de accesorios o cambios de dirección en el flujo del fl uido; estos se ven reflejados en los cálculos y datos con las cuales se graficaron las líneas piezometricas y de energía, grafica No. 1, No. 2, No. 7 y N o. 8. Tanto para cambios suaves debido al Venturi, como para cambios bruscos debido al orificio presente en la tubería, se tienen las pérdidas de energía localizada en las tablas No. 2 y No. 4, con las cuales se observo que el comportamiento del fluido es más inestable en cambios bruscos, graficas No. 3, No. 4 y No. 5 a diferencia de los cambios suaves, graficas No. 9, No. 10 y No. 11.

Conclusiones Las pérdidas de carga que tienen lugar en una conducción representan las pérdidas de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento. Para que los flujos en tuberías no se afecten y las perdidas disminuyan, se recomienda utilizar accesorios de cambios graduales. Se aplico la ecuación de Darcy para determinar los cambios suaves y bruscos en una tubería. Los aditamentos son causantes de perdidas por carga, presión y velocidad, esto indica que las tuberías deben contener el menor número de accesorios totales para que las pérdidas totales no sean muy altas. Se relaciono el efecto de la variación del caudal con las pérdidas de carga. En “Cambios Suaves” en el piezómetro No. 13 y 14 se da el cambio más representativo debido al Venturi, como se muestra en la Gráfica No. 11, debido a la forma del accesorio, el cual hace disminuir fuertemente el caudal, para evitar daños en la tubería. En “Cambios Bruscos” el cambio en el caudal más representativo se da en el piezómetro No. 7, debido a que es el que presenta mayor inestabilidad. También vemos que en la última toma de datos de caudal hay mayor variación de valores respecto a los anteriores porque ya se está cerrando el paso del agua.


Referencias (1) Saldarriaga Juan G. Hidráulica de tuberías. Universidad de los Andes, Colombia, Mc Gran Hill. (2) Rodríguez Héctor A. Hidráulica Experimental. Ed. Escuela colombiana de Ingeniería, Colombia. pág. 141 – pág. 146. (3)http://www.miliarium.com/Prontuario/MedioAmbiente/Aguas/PerdidaCa rga.asp

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