PRDIDAS EN TUBERAS POR FRICCIN

PRDIDAS EN ACCESORIOS (PRDIDAS MENORES)Para el da de la realizacin de la prctica se debe estudiar el contenido de este documento, adems leer todo lo referente accesorios contenido en el libro Mecnica de Fluidos, engel y Cimbala y leer todo el documento en internet en la siguiente direccin http://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml#CATEGResponder a las preguntas que se encuentran al final del presente texto.Objetivo de la prcticaDeterminar la prdida de altura del fluido que circula por una tubera que presenta diversos accesorios sobre la misma.Definiciones:Prdida de altura o presin en tuberas debido a accesoriosAdems de las prdidas de energa por friccin, hay otras prdidas "menores" asociadas con los problemas en tuberas. Se considera que tales prdidas ocurren localmente en el disturbio del flujo. Estas ocurren debido a cualquier disturbio del flujo provocado por curvaturas o cambios en la seccin. Son llamadas prdidas menores porque pueden despreciarse con frecuencia, particularmente en tuberas largas donde las prdidas debidas a la friccin son altas en comparacin con las prdidas locales. Sin embargo en tuberas cortas y con un considerable nmero de accesorios, el efecto de las prdidas locales ser grande y debern tenerse en cuenta.Las prdidas menores son provocadas generalmente por cambios en la velocidad, sea magnitud o direccin. Experimentalmente se ha demostrado que la magnitud de las prdidas es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad. Es comn expresar las prdidas menores como funcin de la cabeza de velocidad en el tubo, V2/2g.Esquema del equipo:

Figura 1. Esquema del equipo para prdidas en tuberas y accesorios

Descripcin del equipo:El equipo consta de 10 accesorios, los cuales se detallan a continuacin:Vlvula de globo: Una vlvula de globo es de vueltas mltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapn que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulacin en la tubera.

Ilustracin 1 Vlvula de globoVlvula de compuerta: La vlvula de compuerta es de vueltas mltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ngulos rectos sobre el asiento.

Ilustracin 2 Vlvula de compuertaVlvula de esfera o bola: Las vlvulas de bola son de de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elsticos, lo cual permite la circulacin directa en la posicin abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90 y cierra el conducto.

Ilustracin 3 Vlvula de esferaCodo radio largo: Accesorio presente en el equipo del laboratorio.

Ilustracin 4 Codo radio largoCodo radio corto: Accesorio presente en el equipo del laboratorio.

Ilustracin 5 Codo radio cortoCodo en U: Accesorio presente en el equipo del laboratorio.

Ilustracin 6 Codo en UExpansin sbita: Un ensanchamiento sbito en la tubera provoca un incremento en la presin de P1 a P2 y un decrecimiento en la velocidad de V1 a V2.

Ilustracin 7 Expansin sbitaContraccin sbita: El flujo a travs de una contraccin sbita usualmente involucra la formacin de una vena contracta en el tubo pequeo, aguas abajo del cambio de seccin. La prdida total de energa en una contraccin sbita se debe a dos prdidas menores separadamente. stas son causadas por:1. La convergencia de las lneas de corriente del tubo aguas arriba a la seccin de la vena contracta.2. La divergencia de las lneas de corriente de la seccin de la vena contracta al tubo aguas abajo.

Ilustracin 8 Contraccin sbitaVenturi: Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligndole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono.

Ilustracin 9 Tubo Venturi

Placa orificio: Son dispositivos que consisten en una reduccin en la seccin de flujo de una tubera, de modo que se produzca una cada de presin, a consecuencia del aumento de velocidad.

Ilustracin 10 Placa orificoProcedimiento de la prctica1. Llenar el tanque del equipo, evitando que se derrame el agua hacia el otro lado del tanque por el vertedero.2. Asegurarse que las vlvulas donde van las conexiones del manmetro diferencial estn cerradas, las cuales se indican en las ilustraciones 11 y 12.

Ilustracin 11 Vlvulas de media vuelta

Ilustracin 12 Vlvulas de compuerta3. Abrir todas las vlvulas del sistema, que permiten el paso del fluido.4. Encender la bomba, y purgar el aire del sistema. Para esto se debe mantener la manguera de retorno del agua sumergida en el tanque, hasta que deje de salir burbujas.5. Cerrar las vlvulas de las tuberas donde no se encuentren los accesorios. Y permitir el paso del fluido solamente por una tubera donde se va a medir la diferencia de presin del accesorio y la tubera de retorno del fluido hacia el tanque.6. Colocar las conexiones del manmetro diferencial en las vlvulas, cerciorndose que no haya agua en los conductos del manmetro. Si se da el caso, se debe purgar el mismo.7. Cerrar el paso del agua en la tubera de retorno.8. Abrir ambas vlvulas conectadas al manmetro diferencial al mismo tiempo.9. Esperar a que se estabilice las columnas de agua, si es necesario extraer el aire, con la vlvula que se encuentra en la parte posterior del manmetro. 10. Abrir la vlvula obteniendo los datos de caudal y de diferencia de alturas en el manmetro.11. Repetir el paso anterior 5 veces, con diferentes caudales.12. Cerrar las vlvulas que se conectan al manmetro.13. Extraer el aire del manmetro.14. Purgar las mangueras del manmetro, no debe quedar agua.15. Retirar las mangueras de las vlvulas y conectar en las vlvulas de la siguiente tubera.16. Repetir todo el procedimiento para los 10 accesorios.PREPARACIN DEL INFORMESe debe elaborar una tabla de la siguiente manera:No.VOLUMEN [lt]TIEMPO [s]CAUDAL [m3/s]VELOCIDAD [m/s]ALTURAS [m]ALTURAS [m]ERROR %

Esto se lo debe hacer para cada accesorio conociendo su respectivo factor K[footnoteRef:1]. Trazar las grficas con los datos reales y los datos tericos, obtenindose su lnea de tendencia y su respectiva ecuacin. En el caso de las vlvulas no se debe variar el caudal con la que tiene conectado al manmetro diferencial. [1: Consultar y traer los valores]

Anlisis de resultadosConclusiones (mnimo 3 por estudiante) y recomendaciones (mnimo 2 por estudiante).Preguntas para el preparatorio:1. Ordene de mayor a menor las vlvulas con su respectivo coeficiente de prdida totalmente abiertas.2. Consulte y explique la seleccin de vlvulas.3. Depende la prdida en accesorios del nmero de Reynolds?4. Por qu se las denomina prdidas menores?5. Indique las ventajas y las desventajas de las vlvulas de globo, compuerta y de esfera.6. Mencione los tipos de placa orificio.7. Mencione 5 aplicaciones del Venturi en la ingeniera mecnica.Preguntas:1. Ordene de mayor a menor las vlvulas con su respectivo coeficiente de prdida totalmente abiertas.Tipo de vlvula Coeficiente KL de prdida

De globo10

De ngulo 5

De charnela2

De compuerta0.2

De bola0.05

1. Consulte y explique la seleccin de vlvulas

La seleccin de vlvulas se basa en la funcin que la misma vaya a desempear. Las funciones a considerar son las siguientes:Aislamiento: Para interrumpir el flujo lineal en su totalidad cuando se requiera.Retencin: Cuando deseamos que el flujo no retroceda hacia la zona presurizada cuando esta decrece.Regulacin: Cuando necesitamos controlar la cantidad de flujoSeguridad: Para la proteccin de personas y equipos ante una alta presin 1. Depende la prdida en accesorios del nmero de Reynolds?

S, el coeficiente de prdida depende de la geometra del accesorio y del nmero de Reynolds, aunque puede suponerse que este ltimo no influye mayormente debido a que en la prctica, su valor es alto

1. Por qu se denominan prdidas menores?

Debido a que en comparacin con las prdidas de carga por friccin, las prdidas por accesorios son mucho menores en la mayora de casos.

1. Indique las ventajas y las desventajas de las vlvulas de globo, compuerta y de esfera.

Tipo de vlvulaVentajasDesventajas

De globo - Estrangulacin eficiente- Carrera corta del disco- Control preciso de la circulacin- Disponible con orificios mltiples

- Gran cada de presin- Costo relativamente alto

De compuerta - Altas capacidad - Cierre hermtico- Bajo costo- Sencillo funcionamiento y diseo- Poca resistencia a la circulacin- Control deficiente de la circulacin- Accionamiento con mucha fuerza- Se produce cavitacin con bajas cadas de presin.- Debe estar cubierta o cerrada por completo.

De esfera- Bajo costo- Alta capacidad - Corte bidireccional- Circulacin en lnea recta- Pocas fugas- No necesita limpieza- Poco mantenimiento- No requiere lubricacin- Tamao compacto- Cierre hermtico con baja torsin - Deficiente para estrangulacin.- Alta torsin para accionarla- Desgaste de sellos o empaquetadura- Propensa a la cavitacin.

1. Mencione los tipos de placa orificioConcntrica, excntrica y segmentada1. Mencione 5 aplicaciones del Venturi en Ingeniera Mecnica

En el carburador de los vehculos Alimentacin de combustibles

Para V=15 m/s

NoD[m]V[m/s]ReF FriccinHpf

10,0318103175000,0002020,388

20,0254102540000,0002520,607

30,0191101905000,0003361,079

40,0127101270000,0005042,427

Para V=20 m/s

NoD[m]V[m/s]ReF FriccinHpf

10,0318154762500,0001340,582

20,0254153810000,0001680,910

30,0191152857500,0002241,618

40,0127151905000,0003363,640

Donde:Re=Nmero de ReynoldsD=Dimetro de la tuberaV=velocidad del fluido

Ejemplo de clculo: Para D=1 pulg = 0,0254m y V=15 m/s Fluido: agua; densidad=1000Kg/m3 ,

DATOS OBTENIDOS1era tuberaDnom=1.25pulg2da tuberaDnom=1 pulg

H (cm)V(m3)t(s)H (cm)V(m3)t(s)

64,50,0209,31,50,00214,59

530,02010,2540,0027,73

380,02012,63140,0023,88

250,02016,128,50,02025,95

80,02031,18380,02021,64

2,50,0025,67480,02019,5

10,0028,31650,02016,33

3ra tuberaD nom=0.75 pulg4ta tuberaDnom=0.5 pulg

H (cm)V(m3)t(s)H (cm)V(m3)t(s)

20,00225,3130,00250,32

110,00210,18160,00218,46

230,0026,11280,00213,25

450,0024,0463,50,0028,48

73,50,02031,51870,0027,03

930,02028,811270,0025,52

1010,02026,71520,0025,28

DATOS CALCULADOS1era tubera

V(m3)t(s)Caudal[m3/s]Veloc. [m/s]H Exp.RefH TeoricaError[%]

0,0209,30,002182,42764,581983,7390,023581,24820,614

0,02010,250,001952,1775373545,4120,023766,01319,713

0,02012,630,001581,7673859686,4990,024244,37714,370

0,02016,10,001241,3862546822,3900,024928,06710,927

0,02031,180,000640,715824157,6820,02748,2212,684

0,0025,670,000350,3942,513295,2470,03072,78910,367

0,0028,310,000240,26919071,4860,03341,41529,326

2da tubera

V(m3)t(s)Caudal[m3/s]Veloc. [m/s]H Exp.RefH TeoricaError[%]

0,00214,590,000140,2471,56551,6330,03661,6368,337

0,0027,730,000260,466412365,8900,03175,04220,666

0,0023,880,000520,9281424636,1680,028017,69020,857

0,02025,950,000771,38728,536835,5800,026537,41223,820

0,02021,640,000921,6633844172,0570,025952,66727,849

0,02019,50,001031,8464849019,6570,025764,14225,166

0,02016,330,001222,2046558535,4140,025289,88727,687

3ra tubera

V(m3)t(s)Caudal[m3/s]Veloc. [m/s]H Exp[cm]RefH TeoricaError[%]

0,00250,320,000080,23024813,9400,04022,0793,788

0,00218,460,000200,5721111968,6460,032610,4205,564

0,00213,250,000330,9522319941,2140,029826,46613,094

0,0028,480,000501,4404530158,6190,028257,17121,289

0,0027,030,000631,84773,538667,3500,027491,36119,550

0,0025,520,000692,0209342291,1560,0271108,29214,121

0,0025,280,000752,17910145633,2660,0269125,16119,304

4ta tubera

V(m3)t(s)Caudal[m3/s]Veloc. [m/s]H Exp[cm]RefH TeoricaError[%]

0,00250,320,000040,20333204,9140,04562,7608,697

0,00218,460,000110,553168736,2540,035716,0360,222

0,00213,250,000150,7712812171,4160,033529,2284,202

0,0028,480,000241,20463,519017,8370,031266,5164,534

0,0027,030,000281,4538722940,4350,030594,4157,854

0,0025,520,000361,85012729215,8070,0296148,89814,707

0,0025,280,000381,93415230543,7990,0295161,9786,160

Ejemplo de clculo:

ANLISIS DE RESULTADOSEn el experimento de la presin hidrosttica se observa claramente que el error aumenta si las masas a equiparar son pequeas, debido a que necesitamos ms exactitud con cantidades mnimas. Sin embargo los valores finales muestran un error pequeo y se puede decir que aceptable (menor al 5%).En el experimento de rotacin del agua, los errores son bastante significativos y se debe a que en este experimento hay varios factores a tomar en cuenta como la velocidad de rotacin, relacin de transmisin de velocidades, ajuste de los equipos, factores que al actuar en conjunto al mismo tiempo pueden producir errores en su ejecucin. A pesar de que los datos experimentales no coinciden con los tericos se puede observar claramente el comportamiento del fluido, la curva paraboloide se produce por efecto de la rotacin y tiende a salir del recipiente si la velocidad angular aumenta. El error calculado para cada velocidad se puede decir que es similar y que no vara como en el anterior experimento debido a la precisin. Esto puede indicarnos que existi un factor que alter los resultados y estuvo presente en cada velocidad analizada.

Bibliografahttp://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml#CATEGhttp://fluidos.eia.edu.co/lhidraulica/guias/perdidaslocalesentuberias/perdidaslocales.htmlengel Y; Mecnica de Fluidos y Aplicaciones, Editorial McGraw-Hill; 2006JCOME, V; Laboratorio de Fluidos Guas de Ensayos: Escuela Politcnica Nacional.