FACULTAD DE INGENIERIA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL AREA CURRICILAR: MECANICA DE FLUIDOS II
DOCENTE: ING. WILMER MOISES ZELADA ZAMORA
ESTUDIANTES: - BURG BURGA A GUE GUEV VARA ARA , GREC GRECIA IA - HUAR HUARNI NIZ Z GUE GUERR RRER ERO O, MAN MANUE UEL L ANTONIO - LEÓN LEÓN MO MONT NTEN ENEG EGRO RO,, AID AIDA A MILAGRITOS
CICLO: UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
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%$P+(-)(L, de ebrero de /#0 DETERMINACION DETERMINA CION#DE PERDIDAS LOCALES EN TUBERIAS PARA PARA FLUJO FLUJO LAMINAR Y TUBULENTO
I. INTRODUCCION: La pérdida de carga en una tubería tubería o o canal canal,, es la pérdida de energía dinámica del fuido debida a la ricción de las partículas del fuido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Puede ueden n ser ser cont contin inua uas, s, a lo lar largo de cond conduc ucto tos s regul egular ares es,, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una álula,, etc. álula Las pérdidas locales pueden ser despreciadas en las tuberías largas, cuya cuya e!ten e!tensió sión n super supere e "### "### eces eces el diám diámetr etro. o. $e despr despreci ecian an todaía en las tuberías en que la elocidad es ba%a y el n&mero de piez piezas as espe especi cial ales es no es gran grande de.. 'sí 'sí por por e%em e%empl plo, o, las las pérd pérdid idas as locales no son tomadas en cuenta en los cálculos de las líneas de conducción, redes de distribución, etc. (s importante considerar las pérdidas de descarga, tratándose de tuberías cortas, así como de tuberías que incluyen gran n&mero de piezas especiales. )al es el caso de las instalaciones en edi*cios e industrias, industrias, de las tuberías locales locales y de los conductos orzados de las centrales hidroeléctricas.
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I. INTRODUCCION: La pérdida de carga en una tubería tubería o o canal canal,, es la pérdida de energía dinámica del fuido debida a la ricción de las partículas del fuido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Puede ueden n ser ser cont contin inua uas, s, a lo lar largo de cond conduc ucto tos s regul egular ares es,, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una álula,, etc. álula Las pérdidas locales pueden ser despreciadas en las tuberías largas, cuya cuya e!ten e!tensió sión n super supere e "### "### eces eces el diám diámetr etro. o. $e despr despreci ecian an todaía en las tuberías en que la elocidad es ba%a y el n&mero de piez piezas as espe especi cial ales es no es gran grande de.. 'sí 'sí por por e%em e%empl plo, o, las las pérd pérdid idas as locales no son tomadas en cuenta en los cálculos de las líneas de conducción, redes de distribución, etc. (s importante considerar las pérdidas de descarga, tratándose de tuberías cortas, así como de tuberías que incluyen gran n&mero de piezas especiales. )al es el caso de las instalaciones en edi*cios e industrias, industrias, de las tuberías locales locales y de los conductos orzados de las centrales hidroeléctricas.
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II. OB'ETIVOS: •
•
•
•
•
•
(l ob%e ob%eti tio o und undam amen enta tall de esta esta prác prácti tica ca es dete deterrmina minarr el coe*ciente 1 para cada accesorio, y eri*car su alidez con los coe*cientes teóricos. 2eterminar las pérdidas de carga generadas por los dierentes accesorios que utilizamos en las instalaciones que se realizan. )ener )ener una idea clara de cómo arían las perdidas perdidas en las instalaciones, dependiendo de cada tipo de accesorio. 3ono 3onoce cerr méto método dos s localizadas.
prác prácti tico cos s
para para
dete deterrmina minarr
las las
pér pérdida didas s
2eterminar la ariación de la pérdida de carga con el caudal. 2eterminar en qué tipos de accesorios se generan las mayores pérdidas de carga.
III. HIPOTESIS 3omprobar que con el paso de un fu%o por los accesorios e!istirá una pérdida de carga local.
IV. MARCO TEORICO 3.1 Pérdida érdidas s de carga carga e e esac esac!a" !a"ie ie#$s #$s % c$d$ c$d$s s 3ualquier modi*cación en la orma geométrica de un conducto produce una pérdida de carga de carácter local cuando un fuido pasa a su tra traés. és. (sta stas pérdidas de carg arga se denominan singulares. (ste tipo de pérdidas singulares se producen, por e%emplo, en los casos del aumento de sección y del cambio de dirección 4un codo5 mostrados en la 6igura 7. (n el caso del ensanchamiento, estas pérdidas de carga son debidas a que el fu%o se adapta a la nuea sección mediante una sucesión de remolinos, con lo que el e!ceso de energía cinética que hay en la sección respecto a la que correspondería a la nuea sección /, se disipa por la acción de la turbulencia. (s una situación equialente a la de la zona posterior
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(
de la placa ori*cio 4apartado anterior5. (n el caso de un codo brusco, la distribución transersal de elocidad de%a de ser asimétrica 4aumenta la elocidad en la zona del conducto más pró!ima al centro de curatura5, y nueamente se produce una disipación de energía por remolinos turbulentos. Las pérdidas de carga secundarias, producidas en zonas localizadas de los conductos, se e!presan en orma adimensional por el denominado coe*ciente de pérdidas, 89 Los fuidos en moimiento o fu%o interno orman parte básica para la producción de sericios dentro de las actiidades industriales, residenciales y comerciales. 'l +ngeniero en (nergía le compete el tratamiento adecuado de la conducción de fu%os ba%o conceptos de optimización económica, técnica, ambiental y de estética. La aplicación de la (cuación de :ernoulli para fuidos reales, entre / secciones de un mismo tramo de tubería es9
2ónde9
2ónde9 hp ; es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales. hs ; Perdidas secundarias o, locales por accesorios. 'l hablar de pérdidas en tuberías nos llea a estudiar los fu%os internos que sean completamente limitados por super*cies solidas con un grado de rugosidad seg&n el material del cual están abricadas. (ste fu%o es muy importante de analizar ya que nos permitirá dise
=ariaciones de energía potencial del fuido.
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)
• •
=ariaciones de energía cinética. >ozamiento o ricción.
PERDIDAS PRIMARIAS& Llamadas perdidas longitudinales o pérdidas por ricción, son ocasionadas por la ricción del fuido sobre las paredes del ducto y se mani*estan con una caída de presión. (mpíricamente se eal&a con la órmula de 2'>3? @(+$:'3A9
2ónde9 L ; longitud de la tubería. 2 ; 2iámetro de la tubería. =; elocidad media del fu%o. f ; actor de ricción de la tubería. 2e donde el actor de ricción de la tubería depende del -&mero de >eynolds 4>e5 y de la rugosidad relatia 4LB25. Para esto se hace uso del 2iagrama de oody. :ásicamente las Pérdidas primarias son directamente proporcionales a la longitud de la tubería.
PERDIDAS SECUNDARIAS& )ambién conocidas como perdidas locales o puntuales, las cuales son originadas por una in*nidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema de tuberías, como por e%emplo9 =álulas. 3odos. -iples. >educciones. (nsanchamientos. Cniones uniersales. (tc. La e!presión para ealuar las perdidas secundarias 4en metros de columna del fuido5 es la siguiente9
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*
2onde 8 es la constante para cada accesorio y depende del tipo de accesorio, material y diámetro. Luego la longitud equialente será9
La longitud equialente se puede hallar en manuales y libros. (n el equipo 6(D#0 de pérdidas de carga local estudia las pérdidas de energía cinética de un fuido que circula por una tubería. (stas se deben principalmente a ariaciones bruscas de elocidad causadas por9 3ambios bruscos de sección. Perturbación del fu%o normal de la corriente, debido a cambios de dirección proocadas por la e!istencia de un codo, cura, etc. >ozamiento o ricción. • •
•
Las pérdidas de carga que sure un fuido al atraesar todos los elementos e!presada en metros del fuido, puede calcularse con la siguiente e!presión9
2ónde9 8 ; coe*ciente de pérdidas de carga. =; elocidad del fuido. ∆h ; dierencia de altura manométrica. g; graedad. .
3.1.1 Esac!a"ie#$ s'(i#$. La pérdida que ocurre en la reducción brusca de diámetro, de una sección ' a una sección '/ es dada por la siguiente órmula9
( ) 2
H L = K
V 2
2g
$iendo el alor de 8
( )(
K =
4 9
1−
A 2 A 1
)
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+
$i la reducción de diámetro uera gradual, la pérdida sería menor. (n este caso, el alor de 8, generalmente, está comprendido entre #.#" y #.0.
3.).). Esac!a"ie#$ grad*a+. $e comprueba e!perimentalmente que los alores de 8 dependen de la relación entre los diámetros inicial y *nal, así como también, la e!tensión de la pieza. Para las piezas usuales se tiene la siguiente órmula9
H L
0.5
=
(
2
V 1
2
V 2
−
2g
)
3.3.3 C$#racci, s'(i#a. La pérdida de energía debido a una contracción s&bita, se calcula a partir de la siguiente ecuación9
( ) 2
H L = K
V 2
2g
(n dicha ecuación, =/ es la elocidad en la corriente hacia aba%o del conducto menor a partir de la contracción. (l coe*ciente de resistencia 8 depende de la proporción de los tama
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6igura /. 3ontracción s&bita.
3.3.- C$#racci, grad*a+. La pérdida de energía en una contracción puede disminuirse sustancialmente haciendo la contracción más gradual. La pérdida de energía se calcula con la siguiente órmula9
( ) 2
H L = K
V 2
2g
(l coe*ciente de resistencia se basa en la cabeza de elocidad en el conducto menor después de la contracción.
F/"# (. C%$0"#112$ "#3/#4.
).3 Pérdidas ara /0+/*+as % c$d$s. UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
5
'l igual que en los demás accesorios en estos se presentan perdidas de carga dependiendo en el caso de los codos si son codos cortos o los codos largos
V. EQUIPOS Y MATERIALES: FEM 66: BANCO HIDRAULICO (s uno de los equipos usados para este laboratorio, tiene las siguientes características.
A- ESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES: D D D D
(structura ino!idable. )ornillos, tuercas, chapas y otros elementos metálicos de acero ino!idable. 2iagrama en panel rontal con similar distribución que los elementos en el equipo real. 3one!iones rápidas para adaptación a la uente hidráulica de alimentación.
B- DATOS T7CNICOS: D D D D D D D D D D
:anco hidráulico móil, construido en poliéster reorzado con *bra de idrio y montado sobre ruedas para moerlo con acilidad. :omba centríuga #,7E 8@, 7#DF# litrosBmin, a //D/,Fm, monoásica //#=.B0#Az ó #=.BG#Az. >odete de acero ino!idable. 3apacidad del depósito sumidero9 G0 litros. 3anal peque
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8
D D
>apidez y acilidad para intercambiar los distintos módulos. 2imensiones9 7# ! E7# ! ### mm. apro!. Peso9 E# 8g. apro!.
F. ). 6( ##, banco hidráulico EUIPO DE PERDIDA DE CAR2AS LOCALES FME 456
(ste es el aparato empleado para ealuar las pérdidas de energía que se originan en puntos especí*cos de las tuberías 4dierentes accesorios que se utilicen5. (stá
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6
conormado por dierentes interconectados entre sí.
tipos
de
accesorios
y
tuberías
(l material de estos elementos es de P=3.
CRONOMETRO : (s un dispositio para medir el tiempo. (n el ensayo se utiliza para registrar el tiempo en el cual se obtiene un olumen de agua.
PROBETA : )ubo de idrio transparente, graduado con una escala de olumen ### 4ml5.
VI. PROCEDIMIENTO:
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3on la ayuda del docente del curso de mecánica de fuidos ++, se procedió a desarrollar la práctica de pérdidas de carga Locales en tuberías, •
$e comenzó con la 3alibración del equipo de pérdidas de cargas por ricción, que consistía en que los manómetros de agua estuieran a un mismo niel, para que a partir de ahí se tomen las medidas de las dierencias de presión entre un punto y otro de cada accesorio.
•
Poner
en
uncionamiento banco
el
hidráulico,
adicionándolo a este el equipo de pérdidas de carga locales.
•
3on las álulas de paso abiertas, se an cerrando lentamente y se toman los respectios ol&menes en un tiempo determinado, para el cálculo del caudal 4H5. UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
&
•
' medida que se iba haciendo las pruebas a dierentes aberturas de la álula, se iba tomando nota la dierencia de presión marcadas por los manómetros de agua para cada uno de los accesorios
•
$e realizaron 0 pruebas, para dierentes aberturas de la álula
•
3abe mencionar que se tomaron caudales dierentes, para determinar las pérdidas de cargas en la álula, y que las presiones de estas se obseraban en los barómetros de :ourdon.
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(
•
2urante el desarrollo de la práctica se tomó la temperatura del agua, ya que nos sirió para determinar la iscosidad a la que esta se encontraba, ya que esta aría con la temperatura.
=ista de la parte posterior del equipo9
='L=CL' HC( 3I-)>IL' P>($+I- 2( LI$
='L=CL' 6+-'L 2(L $+$)('
DATOS DE E9CEL HO'A DE C;LCULO<
DATOS DE LABORATORIO:
DATOS DE LABORATORIO:
D#0%= A$%0#3%= 3!4 E>/?% 3! P!"33#= 4%1#4!=:
RESULTADOS: CODO LARGO:
VELOCIDAD @= COEFICIENTE @< /.0 / 4!5 ; D G.EE! J /.GF .0 #.0
RESULTADOS: CODO LARGO:
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#.
#./
#.7
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#.0
#.G
#.E
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C#41/4% 3! P!"33#= 4%1#4!=, 0!2"1%=:
ENSANCHAMIENTO:
C#41/4% 3! P!"33#= 4%1#4!=, 0!2"1%=:
CONTRACCION:
C#41/4% 3! P!"33#= 4%1#4!=, 0!2"1%=:
CODO MEDIO:
C#41/4% 3! P!"33#= 4%1#4!=, 0!2"1%=:
CODO CORTO:
C#41/4% 3! P!"33#= 4%1#4!=, 0!2"1%=:
INGLETE:
C#41/4%
P!"33#= 4%1#4!=, 0!2"1%=:
3!
VALVULA TOTALEMENTE ABIERTA:
VALVULA SEMI - ABIERTA:
VIII. CONCLUSIONES
$e puede deducir que la mayor pérdida de carga en accesorios se da en las álulas y la menor perdida de carga se da en los ensanchamientos de las álulas de las tuberías. (n la cual podemos darnos cuenta en el actor K1K act&a en los distintos accesorios y poder hacer el dise
I9. RECOMENDACIONES
3on este laboratorio nos hemos dado cuenta que las pérdidas son muy importante para el dise
$e recomienda tener mucho cuidado a la hora de sostener la manguera al hacer el régimen turbulento ya que se podría leantar por la presión, pudiendo producir cambios en la recolección de datos y derrame de agua dentro del laboratorio. Podemos decir que todos estos ensayos a a contribuir en nuestra ida proesional ya que estaremos bien capacitados y podemos dise
9. ANE9OS
