Perdidas Menores en Un Sistema de Tuberias

7/16/2019 Perdidas Menores en Un Sistema de Tuberias

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PERDIDAS MENORES EN UN SISTEMA DE TUBERIAS

I. INTRODUCCION:

Cuando en los sistemas de tuberías nos encontramos con codos, válvulas,

etc., usualmente es necesario tener en cuenta las pérdidas de altura através de estos accesorios, además de las pérdidas causadas por la fricción

en las tuberías. Estas pérdidas locales que se están produciendo en los

accesorios reciben el nombre de pérdidas menores los cuales influyen en

los cálculos de balance de energía del fluido en análisis.

II. OBJETIVOS:

Calcular el coeficiente de fricción K las cuales se producen por perdidas

menores que se producen en el ensanchamiento brusco de una tubería.

Verificar los cálculos teóricos del coeficiente de fricción k con un

software de simulación SOLIDWORKS FLOW SIMULATION 2011

III. FUNDAMENTO TEORICO:

Las pérdidas menores se calculan en base a la formula siguiente:

Donde k es un coeficiente cuyos valores son proporcionados por los

manuales con referencia a los distintos accesorios comerciales; es la

velocidad media calculada antes o después del accesorio según indique el

manual. Luego, se incluye estas perdidas Luego, se incluyen estas pérdidas

menores en la ecuación de Bernoulli modificada (o en la primera ley de la

termodinámica) junto con las pérdidas en la tubería, como se indicará mas

adelante.

Para el cálculo de perdidas menores no se hace distinción entre flujo

laminar y flujo turbulento.

Existe un caso importante de perdida menor en el cual se puede estimar la

perdida de altura utilizando métodos analíticos; es el caso del brusco

ensanchamiento de la tubería.



Como se muestra en la FIGURA tenemos la formación de una vena fluida

cuya superficie no coincide con la tubería; entre esas dos superficies

tenemos una zona muerta ocupadas por remolinos que no participan del

movimiento general; la perdida de carga esta representada por la energía

que la vena fluida cede a los remolinos que a la vez la transforman en calor.

FIGURA: Brusco ensanchamiento de la tubería.

IV. ANALISIS ANALITICO DEL PROBLEMA BRUSCO ENSANCHAMIENTO

DE LA TUBERIA:

Escojamos el siguiente volumen de control alrededor de la región del flujo

suave de la tubería tal como0 se muestra en la siguiente FIGURA:

FIGURA: Volumen de control de la tubería.

Si no se tienen en cuenta los esfuerzos cortantes, la ecuación de

momentum l ineal para el volumen de control mencionado antes, se

convierte en:

Al remplazar , por mediante continuidad y luego de ordenar

términos se obtiene:



Para calcular la pérdida de altura se escribe la primera ley de la

termodinámica para el volumen de control, utilizando la definición básica

de pérdida de altura. Así:

Al sustituir de la ecuación de la primera ley de la termodinámica

en la ecuación anterior puede establecerse el resultado final de como:

Para una contracción gradual o para una expansión gradual (véase la

figura 1 y 2 respectivamente), se dan las ecuaciones para el coeficiente de

factor de fricción K.

El coeficiente de fricción K se determina con la siguiente formula:



V. RESULTADOS OBTENIDOS POR EL SOFTWARE DE SIMULACION:

Tabla de resultados obtenidos:

Radio de redondeo

interior (mm)

Presion de

entrada(MPa)

Velocidad de

salida (m/s)

Perdidas de

carga*g ( )

Coeficiente de

friccion(k)

0.0 60.000 466.086 57000.00 0.5260

0.2 46.896 417.499 43896.00 0.5036

0.5 54.100 469.174 51100.00 0.4643

1.0 54.030 469.006 51030.00 0.46391.5 52.494 470.298 49494.00 0.4475

1.6 51.850 469.794 48850.00 0.4270

Grafica del coeficiente de fricción (k) vs el radio (r):



VI. CONCLUSIONES:

Con la ayuda del software de simulación pudimos verificar nuestros

cálculos conociendo solo los parámetros de salida de la tubería.

Haciendo un redondeo interior de diferentes radios r se logró encontrar como variaba el coeficiente de fricción k en la tubería determinando a si

a K como función de r (k(r)), la cual disminuye (k) a medida que

aumentamos dicho parámetro (r ).

Al haber una zona muerta donde se produce remolinos la cual es

causante de las perdidas locas estas disminuyen debido a que dicha

zona se va a reducir permitiendo el paso del fluido en forma laminar

beneficiando así el diseño de la tubería.

VII. BIBLIOGRAFIA:

SHAMES, Irving H. Mecánica de fluidos, 3ª Ed. Santafé de Bogotá. McGraw

Hill, 1998. 825

METODO ANALITICO PARA EL CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA

EN TUBERIAS. M.VILLARRUBIA y L.JUTGLAR. Montajes e

Instalaciones. Noviembre 1.991.

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