Pérdidas Debido a Fricción y Accesorios RESUMEN
INTRODU%%I&N
En este este ensa ensay yo de labo labora rato tori rio o se desea evaluar las pérdidas de energía de un flujo al pasar por una tube tuberí ría a del del mism mismo o mat materia eriall pero pero agregando agregando accesorios. accesorios. Realizando Realizando los cálculos para encontrar el número de Reynolds se encontró que el flujo era de régimen turbulento. osterior a esto esto se calcula calcularon ron las pérdidas pérdidas por fricción y las perdidas longitudinales !En las tuberías con accesorios". #e consultaron valores para los coe coeficiente ntes de rugosid sidad y de fricción$ para posteriormente realizar un comparativo entre dic%os valores.
)os )os sist sistem emas as de fluj flujo o de un flui fluido do pres prese entan ntan perd perdid idas as por por fricc ricciión conforme el fluido pasa por ductos y tubos tubos$$ perd perdid idas as por por camb cambio ios s en el tama*o de la trayectoria del flujo y perd perdid idas as de energ energía ía por por válv válvul ulas as y accesorios.
OBJETIVOS Genera! •
Estudiar las pérdidas de carga debido debido a accesorio accesorio instalados instalados en un tram ramo de tube tuberí ría& a& en este caso codos y válvula de globo.
Es"ec#$icos! •
•
'eterminar la variación de las pérdidas de carga con el caudal. (omparar (omparar datos reales y datos teóricos obtenidos a partir de referencias bibliográficas.
)as pérdidas por fricción se generan porque al estar el fluido en movimiento %abrá una resistencia que se opone o dic%o movimiento !fricción al fluir". fluir". (onvirtié (onvirtiéndos ndose e parte parte de la energía del del sistema en energ ergía térmica !calor"$ que se disipa a traves de las paredes de la tubería por la que circula el fluido. )as válvulas y accesorios se encargan de controlar la dirección o el flujo volumétrico del fluido generando turbulencia local en el fluido$ esto ocasiona una pérdida de ener energí gía a que que se tran transf sfor orma ma en calor. +,(uan (uando do el flui fluido do tien tiene e una una may mayor viscosi viscosidad dad tendrá tendrá mayor mayor resist resistenci encia a al desplazamiento$ por esta razón la fricción al interior del conducto será mayor$ originándose mayores pérd pérdid idas as por por carg carga& a& las las perd perdid idas as friccionales se ven afectadas también por por el coef coefic icie ient nte e de rugos rugosid idad ad del del material$ siendo mayores o menores si este es mayor o menor.
nalizar las perdidas en un conducto cerrado es importante$ porque permite dise*ar redes de tubería y sus accesorios de una manera más óptima.
El %ablar de pérdidas en tuberías lleva a estudiar los flujos internos que sean completamente limitados por superficies solidas con un grado de rugosidad según el material del cual están fabricadas. ara decidir las fórmulas que deben utilizarse en el cálculo de las pérdidas se debe conocer primero si el flujo es turbulento o laminar$ para esto se calcula el número de Reynolds& si este es / a 0111 el flujo se considerara como turbulento y si este es 2 a 0111 el flujo será laminar. El número de Reynolds se e3presa en forma matemática así4 vD ѵ
5 velocidad del fluido5
5viscosidad
'onde4 f 5 factor de fricción de la tubería
y debe calcularse de diferente según sea el caso. 1
manera
2
1.14 + 2log
( )
¿
D ɛ
6actor de fricción
f =¿
para flujo turbulento. f =
64
6actor de fricción para flujo
R
laminar.
ɛ 5 (oeficiente de rugosidad !propio En un tramo recto las pérdidas totales son iguales a las longitudinales. ara %allar las pérdidas totales en una tubería con accesorios se utiliza la ecuación de 7ernoulli.
Q A .
P1
D 5 'iámetro de la tubería. Ѵ
!0"
de cada material".
(1 )
'onde4 v
2
fL v h f = D 2 g
MAR%O TE&RI%O
R=
términos de energía por unidad de peso del fluido que circula por él y se calculan a partir de la siguiente ecuación4
cinemática
Ύ
+
v1
2
2g
P2 v 2
+ z = + 1
del
fluido. )as pérdidas de energía por fricción en un sistema se contabilizan en
ΔP ∑hT 1 −2 = Ύ
Ύ
2
2g
+ z + ∑h T − (3 ) 2
1
2
En tuberías con accesorios ht −h f =h l
!8"
2
v hl= k 2 g 'onde
k !coeficiente
de resistencia" se obtiene graficando hl en el eje de las ordenadas y
PRO%EDIMIENTO En el equipo de pérdidas se conectan tramos rectos de acero ino3idable. #e %ace circular agua usando la bomba centrifuga o solución de glicerina usando la bomba de engrane. 9ariando el caudal %aga mediciones de éste y de la caída de presión en dos puntos predeterminados.
2
v 2g
en el eje de las abscisas. )a
pendiente de esta recta representa el valor de k .
#e debía cambiar el tramo recto por otros tramos del mismo material$ pero en ese momento en el laboratorio no %abía disponible$ por lo que se cambió el tramo recto de acero ino3idable por otro del mismo material pero con accesorios$ en este caso$ 8 codos de 8:; y una válvula de bola. #e %icieron mediciones de caída de presión usando el caudal má3imo.
RESU'TADOS ( AN)'ISIS
Tabla 1: parámetros
medidos y calculados a la tubería recta sin accesorios
Tabla 2: parámetros
medidos y calculados a la tubería conectada por codos de
45°.
Tabla 3: parámetros
medidos y calculados a la tubería con una válvula de bola.
valvula de bola 0.4
f(x) = 0.37x + 0.08 R² = 0.92
0.35 0.3 0.25 hl
0.2 0.15 0.1 0.05 0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
V^2/2g
Grafica 1: gráfico
para hallar el coeficiente de resistencia (k) real en una válvula de bola
CODOS 2.5 2
f(x) = 2.53x + 0.17 R² = 0.99
1.5
!
1 0.5 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
V^2/2g
Grafica 2: gráfico
para hallar el coeficiente de resistencia (k) real en codos de 45°
V"l#$ V"l#$ R%"l &%'$# &R*O R,C&O 0000032 0000002 CODOS 06327 04 V*!V!* D, O!* 03652 005 Tabla 4: valores reales y teóricos de los distintos coeficientes para la tubería recta y con accesorios
6ueron consultados los valores reales de los coeficientes de rugosidad del acero ino3idable y el de resistencia para la válvula de bola y los codos de 8:; para compararlos con los resultados obtenidos en el laboratorio. )as diferencias entre estos valores reales y los teóricos obtenidos en la práctica para el coeficiente de rugosidad se deben principalmente a las condiciones de los equipos usados$ ya que algunos de estos %an sufrido desgaste por el uso. En general el coeficiente de resistencia da mayor al obtenido teóricamente. Esto se debe a que las tuberías con el desgaste presentan una mayor resistencia a fluir$ aumentando así también las pérdidas de carga en estas y proporcional a esto también aumentando su coeficiente de resistencia. )as diferencias en dic%o coeficiente se pueden notar claramente en las gráficas realizadas para los accesorios$ ya que estas no dan
relaciones lineales entre los valores encontrados en la práctica y se debió realizar un ajuste entre los datos.
%ON%'USIONES! •
•
•
En tubería de longitud peque*a y del mismo material las perdidas por fricción son prácticamente iguales sin importar si esta tiene accesorios o es un tramo recto. En un tramo de tubería recta las perdidas friccionales son iguales a las pérdidas locales& ya que las pérdidas longitudinales solo se dan debido a accesorios en la tubería. En una tubería a medida que se disminuye el caudal la presión al interior de esta también disminuye.
REFEREN%IAS! +,%ttp4<
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