MEC. DE FLUIDOS II PERDIDA DE CARGAS EN TUBERIAS

MECNICA DE FLUIDOS II

INTRODUCCIN

En el presente trabajo de laboratorio tratamos de encontrar

experimentalmente las prdidas de carga o energa existentes cuando un

conducto se ensancha o cuando se estrecha adems, encontraremos tambin

la energa que se disipa al momento que un conducto atraviesa por un codo

en sus diferentes presentaciones, finalmente encontraremos la perdida de

carga en un inglete. La prdida de carga de este tipo es denominada PERDIDA

DE CARGA LOCALES.

El tener el conocimiento del valor de la perdida de carga local e incluso el

coeficiente de perdida de carga local (K) para cada uno de los accesorios

incluidos dentro de un sistema del fluido es de vital importancia para llevar a

cabo la ejecucin de obras hidrulicas;

La manera ms til de ilustrar este fenmeno es el de los tanques elevados para

la distribucin de agua a las ciudades, puesto que con estos clculos podremos

encontrar hasta que altura a llegar el agua en una edificacin ubicada a X

metros del dicho tanque quitndole las prdidas de carga por cada metro.

Con el presente trabajo nos presenta el informe del ensayo de laboratorio

correspondiente a las prdidas de cargas a travs de tuberas y con esto encontrar

el factor de friccin de dicha tubera cada velocidad diferente de agua.

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OBJETIVOS

ESPECFICO: Evaluar perdidas de carga por friccin en tuberas. Poder comparar lo terico con lo experimental. GENERALES: Observar cmo cambia la perdida de carga conforme cambia cara el caudal. Evaluar el nivel de acercamiento entre los resultados obtenidos experimentalmente y resultados obtenidos usando conceptos aprendidos en aula. Profundizar y complementar la parte terica vista en clase.

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MARCO TEORICO

Los fluidos en movimiento o flujo interno forman parte bsica para la produccin de servicios dentro de las actividades industriales, residenciales y comerciales. Al Ingeniero en Energa le compete el tratamiento adecuado de la conduccin de flujos bajo conceptos de optimizacin econmica, tcnica, ambiental y de esttica. La aplicacin de la Ecuacin de Bernoulli para fluidos reales, entre 2 secciones de un mismo tramo de tubera es :

p1

+ z1 +v1

2

2g=

p2

+ z2 +v2

2

2g+ hp . . (1)

Donde : hp = hfp + hfs . (2)

Donde : hfp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales. hfs = Perdidas secundarias o, locales por accesorios. Al hablar de prdidas en tuberas, lleva a estudiar los flujos internos que sean completamente limitados por superficies slidas con un grado de rugosidad segn el material del cual estn fabricadas. Este flujo es muy importante de analizar ya que permitir disear las redes de tuberas y sus accesorios ms ptimos. Las prdidas de energa que sufre una corriente cuando circula a travs de un circuito hidrulico se deben fundamentalmente a : Variaciones de energa potencial del fluido. Variaciones de energa cintica. Rozamiento o friccin.

PERDIDAS PRIMARIAS: Llamadas perdidas longitudinales o prdidas por friccin, son ocasionadas por la friccin del fluido sobre las paredes del ducto y se manifiestan con una cada de presin. Empricamente se evala con la frmula de DARCY - WEISBACH:

hfp = f L V2

2g D

Donde : L = longitud de la tubera. D = Dimetro de la tubera. V = velocidad media del flujo. f = factor de friccin de la tubera. De donde el factor de friccin de la tubera depende del Nmero de Reynolds ( Re ) y de la rugosidad relativa ( / D ) . Para esto se hace uso del Diagrama de Moody. Bsicamente las Prdidas primarias son directamente proporcionales a la longitud de la tubera.

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MATERIALES Y EQUIPOS

EQUIPO FME 05; DE PERDIDA DE CARGA LOCALES:

Este accesorio del Banco de servicios comunes permite demostrar prdidas

en diferentes curvas, contraccin sbita, expansin sbita y una vlvula de

control tpica.

Este equipo puede trabajar con el Banco Hidrulico (FME00)

Se incorporan para su estudio los siguientes acoplamientos tpicos: codo de

inglete, codo de 90, curvas (radio grande y pequeo), contraccin sbita y

expansin sbita.

Todos llevan instrumentacin con puntos de muestreo de presin aguas

arriba y aguas abajo. Estos puntos estn conectados a doce tubos

manomtricos y dos manmetros tipo Bordn de 0 a 2,5 bares

Para controlar el caudal se utiliza una vlvula de compuerta. Otra vlvula de

compuerta est conectada a puntos de muestreo de presin aguas arriba y

aguas abajo, conectados a su vez a un indicador diferencial situado en el

borde del marco.

El circuito hidrulico tiene tomas de presin a lo largo de las tuberas, lo que

permite medir la prdida de energa en distintos elementos.

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BANCO HIDRAULICO

El banco hidrulico est diseado como mesa de trabajo, cuenta con dos depsitos volumtricos de diferentes tamaos, para la medida de pequeos y grandes caudales con gran exactitud. El banco cuenta con conexiones mediante tuercas de unin y un enchufe rpido (suministrado con 2 metros de manguera flexible), de forma que la instalacin de los diferentes equipos de trabajo es gil y sencilla. Cuenta adems con un tramo intercambiable, donde se pueden acoplar gran cantidad de equipos. Para el caso de la prctica, dotara de agua al conducto de entrada del Dispositivo experimental, as como tambin tendr la funcin de depsito de desage del Dispositivo.

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PROBETA

Instrumento que nos servir para calcular el caudal, mediante la medicin del

volumen que ingresa en un determinado tiempo

CRONOMETRO Ayudar a determinar el tiempo requerido para que ingrese cierto volumen de

agua en la probeta.

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INSTALACIN DEL EQUIPO

Conectar el tubo de entrada con la boquilla de impulsin del banco, e introducir en el tanque

volumtrico el extremo del tubo de salida situado aguas debajo de la vlvula de control.

En el circuito hidrulico del equipo se hallan instalados en serie, para poderlos comparar directamente,

una sucesin de elementos singulares que provocan prdidas de carga localizadas en el lugar en donde

se encuentran situados, a saber:

Un cambio gradual de direccin, en forma de codo largo.

Un ensanchamiento brusco de seccin.

Un estrechamiento brusco de seccin.

Un cambio gradual de direccin, en forma de codo medio.

Un cambio brusco de direccin, en forma de codo corto (a 90).

Una vlvula de tipo compuerta.

Un cambio brusco de direccin en forma de codo en inglete.

El caudal que circula se regula con la vlvula de control de salida.

Se han establecido varias tomas de presin esttica, que se encuentran conectadas a los dos tubos

manomtricos existentes en el panel. Estos tubos manomtricos estn comunicados por la parte

superior de un colector, que lleva en uno de los extremos los elementos necesarios para conectar una

vlvula anti - retorno con enchufes rpidos.

Mediante una bomba manual de aire conectada a la vlvula antirretorno, se puede presurizar el

sistema con el objeto de medir diferencias de presiones cuando la presin esttica es elevada. Con la

bomba manual se pueden ajustar adecuadamente los niveles inciales de los manmetros para efectuar

el ensayo, mediante la presurizacin con aire a travs de dicha bomba. En caso de querer sacar aire de

los tubos manomtricos, habr que desconectar el tubo de nylon de enchufe rpido del colector, hasta

que el agua se situ en el nivel deseado. Existe una pieza estranguladora, destinada a interrumpir la

circulacin por los finos conductos de tomas de presin correspondientes al codo en inglete, que debe

utilizarse cuando se precise experimentar con la vlvula de compuerta.

En la parte inferior del panel estn instalados dos manmetros (14 , 15), con el objeto de leer las

presiones de entrada y salida de la vlvula de compuerta (9), lo que permitir obtener las perdidas de

carga en dicha vlvula.

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PROCEDIMIENTO

Montar el aparato sobre el Banco hidrulico.Conectar el tubo de entrada el aparato

a la impulsin del Banco, y empalmar un conducto flexible a la salida de aquel, para

que pueda desaguar en el tanque volumtrico.

Abrir completamente la vlvula de control de salida del aparato y la vlvula de

compuerta.A continuacin, y una vez comprobado que el aire ha sido desalojado,

cerrar la vlvula de control de salida y desconectar, con cuidado, la vlvula anti -

Retorno hasta conseguir que los finos conductos de tomas de presin y los tubos

manomtricos del panel estn llenos de agua.

Durante el ensayo se puede ajustar a voluntad los niveles de los tubos

manomtricos, presurizando lentamente aire con la ayuda de la bomba manual, si

se desea bajarlos liberando aire, a travs de la vlvula anti - retorno, si se quiere

subirlos.

Abrir ligeramente la vlvula de control de salida. Tomar las lecturas indicadas en los

tubos manomtricos y determinar el caudal del agua, anotando todos esos valores.

De forma escalonada, en sucesivas etapas, ajustar la vlvula de control de salida en

distintos grados de apertura e ir anotando, como se ha indicado en el prrafo

anterior, todas las lecturas correspondientes. Cuando se haya alcanzado la mxima

apertura de la vlvula, repita el proceso anterior actuando la vlvula en sentido

contrario hasta que sta quede totalmente cerrada.

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Una vez llegado a este punto se proceder a la segunda parte del ensayo con el fin

de determinar el valor de la constante K para la vlvula de la

compuerta.Utilizando la pinza, estrangular los conductos de las tomas de presin

que corresponden al codo en forma de inglete.

Abrir el mximo posible la vlvula de control de salida y abrir totalmente la vlvula

de compuerta. En sucesivas etapas y escalonadamente, proceder al cierre de dicha

vlvula anotando las lecturas manomtricas y determinando el caudal

correspondiente a cada etapa.

Una vez efectuadas varias medidas, repetir el proceso actuando sobre la vlvula e

compuerta en sentido contrario hasta que, en varias etapas, se encuentre de nuevo

totalmente abierta.

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TABLA DE DATOS

VOLUMEN (ml) TIEMPO (s) CAUDAL (m3) LECTURAS DEL MANOMETRO DE AGUA

PERDIDA DE CARGA (m) h1 (mm) h2 (mm)

190 99.68 1.9061E-06

293 275 0.018 169 88.8 1.90315E-06

126 66.28 1.90103E-06

172 39.09 4.4001E-06

294 257 0.037 165 37.31 4.42241E-06

233 52.83 4.41037E-06

372 58.04 6.40937E-06

304 258 0.046 342 53.32 6.4141E-06

342 53.37 6.40809E-06

279 35.45 7.87024E-06

310 208 0.102 336 42.81 7.84863E-06

282 35.96 7.84205E-06

249 30.58 8.14258E-06

311 200 0.111 268 32.89 8.14837E-06

263 32.25 8.15504E-06

230 26.33 8.73528E-06

313 183 0.13 269 30.81 8.73093E-06

259 29.68 8.72642E-06

329 31.54 1.04312E-05

322 145 0.177 196 18.74 1.04589E-05

189 18.06 1.04651E-05

166 15 1.10667E-05

321 124 0.197 240 22.02 1.08992E-05

252 23.18 1.08714E-05

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CONCLUSIONES

El coeficiente de friccin en una tubera est ntimamente ligado al caudal de

una determinada y por consiguiente a la velocidad de esta.

Las caractersticas de los materiales, sus dimetros y el caudal, afectan al factor

de friccin f.

Se puede ver claramente cuando el nmero de Reynolds aumenta el factor de

friccin disminuye, esto porque el coeficiente o factor de friccin es

inversamente proporcional a la velocidad (frmula de DARCY WEISBACH) y la

velocidad es directamente proporcional al nmero de Reynolds.