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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DE FLUIDOS Y LABORATORIO

Informe de laboratorio “Perdidas por accesorios"

Autores:

PROFESOR: ING. CRISTIAN VILLANUEVA

CONTENIDO

MARCO TEÓRICO..........................................................................................................................3 MATERIALES...................................................................................................................................6 PROCEDIMIENTO..........................................................................................................................7 DATOS Y RESULTADOS...............................................................................................................8 ANALISIS DE RESULTADOS......................................................................................................16 CONCLUSIONES..........................................................................................................................17

2

MARCO TEÓRICO Para la solución de algún problema de flujo de fluidos es necesario un previo conocimiento acerca de las propiedades física del fluido, puesto que éstas propiedades y sus valores afectan su flujo, principalmente la viscosidad y peso específico. Viscosidad: La viscosidad como se nombró anteriormente es una propiedad del fluido la cual indica la facilidad que tiene o no el fluido para fluir cuando se le adiciona o aplica una fuerza externa. Tomado de: https://es.slideshare.net/mccb13/flujo-de-fluidos-en-vlvulasaccesorios-y-tuberas-crane Viscosidad cinemática: es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad, sus unidades en el sistema internacional son: m 2/s Viscosidad absoluta: es la medida de su resistencia al deslizamiento o sufrir deformaciones internas. Ésta se expresa en el sistema internación en Pa*s o también N*s/m2 Tomado de: https://es.slideshare.net/mccb13/flujo-de-fluidos-en-vlvulasaccesorios-y-tuberas-crane Nota: En algunos casos la viscosidad depende del trabajo que se haya realizado sobre los fluidos Caudal: Cantidad de un fluido que circula por medio de una sección del ducto por unidad del tiempo. Generalmente se identificado con el volumen que pasa por un área específica. Accesorios: Los accesorios para realizar conexiones tienen clasificación que se nombrara a continuación: Derivación, reducción, ampliación y desviación. Accesorios de desviación: Tes, cruces, codos con salida etc, éstos cambian la dirección del flujo. Accesorios de reducción: Cambian con la superficie del paso del fluido. Tomado de: https://es.slideshare.net/mccb13/flujo-de-fluidos-en-vlvulasaccesorios-y-tuberas-crane Perdida de Energia: perdida de presión en la tubería producida por dos tipos de causas; por friccion y por accesorios Perdida por fricción: En el momento que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, se dan perdidas de energía debido a la fricción que se presenta entre el fluido y la pared de la tubería; dichas energías traen consigo una disminución de presión entre dos puntos del sistema de flujo. Las pérdidas de fricción en tuberías largas son muy importantes 3

Tomado de: f053li008-7 perdidas por accesorios mecánica de fluidos versión 82017 Perdidas locales: Son aquellas pérdidas provocadas por los accesorios como son los codos, uniones, tees, válvulas, dilataciones o contracciones, etc. Estas pérdidas son relativamente importantes es el caso de tuberías cortas; en las tuberías largas, su valor es despreciable excepto en aducción por bombeo para calcular la potencia de la bomba Los valores experimentales de pérdidas de energía generalmente se reportan en términos de un coeficiente de resistencia, K, de la siguiente forma:

2

V ha =K a∗ 2g

Donde: ha : Pérdida de Energía Ka : Constante propia del aditamento V : Velocidad media del flujo g : Aceleración de la gravedad Longitud equivalente: Es un concepto puramente teórico, pero de mucha aplicación práctica en la vida real y se define como: La longitud de tubería del mismo diámetro del accesorio que bajo el mismo caudal, produce las mismas pérdidas de Energía que el aditamento. Entonces sabemos que: En función del caudal:

8Q 2 ha =Ka 2 4 π gD El concepto de longitud equivalente se puede resumir como:

Entonces:

ha =h f 2

2

8Q 8 LQ K A 2 4 =f 2 5 π gD π gD Como el caudal y el diámetro son los mismos, dicha expresión se reduce a:

K a =f

L D

Donde L es la Longitud Equivalente del accesorio:

KA D Le = f Donde: 4

Le = Ka = D= f= f=

Longitud Equivalente del accesorio (L) Constante del accesorio (1) Diámetro interno de la tubería (L) Coeficiente de fricción de Darcy-Weisbach. Función (R Numero de Reynolds, Tipo de material de la tubería)

MATERIALES a. Equipos y herramientas 5

Calibrador Pie de Rey Termómetro

Banco

de

Cronometro

tuberías

Manómetro diferencial de mercurio

b. Materiales Fluidos: (Agua) PROCEDIMIENTO 1. Verificar las conexiones de las mangueras de medida de presión al accesorio del tablero que se va a experimentar. 6

2. Verificar el nivel del mercurio en el manómetro diferencial deben estar iguales (la presencia de burbujas en las mangueras de medida de presión origina que no esté igual el nivel del mercurio) 3. Conectar eléctricamente el banco 4. Poner en funcionamiento la motobomba, con las válvulas de paso totalmente abiertas, se van cerrando lentamente 5. Definir los accesorios a los cuales se les medirá la caída de presión 6. La válvula de entrada debe estar totalmente abierta 7. Registrar la temperatura inicial del agua 8. Mida el diámetro interno del accesorio 9. Para la medición del caudal (Q) circulante a través del accesorio se coloca el tapón en el depósito de retorno del agua y observando el piezómetro del tanque se realiza el aforo volumétrico; se toma para un determinado volumen varios tiempos y saca un promedio del caudal 10.Registre las presiones antes y después del accesorio y determine la diferencia de nivel de las dos columnas de mercurio del manómetro diferencial y se registra en mm los deltas. 11.Se debe repetir los dos pasos anteriores para varios caudales que se regula con la válvula (VRQ) de entrada (mínimo seis caudales diferentes) 12.Registrar la temperatura final del fluido. 13.Repetir el procedimiento anterior para otro accesorio

DATOS Y RESULTADOS 

DATOS 7

ACCESORIO 1

VALVULA DE COMPUERTA

Presión 1 Presión 2

tem Volum p. en

Tiem po

°C

m³

(s) 7,454 7,287 7,292 9,013 9,052 9.281 10,57 7 10,53 1 10,86 9 2,877 3,102 3,11 3,96 3,804 3,674

(mmHg)

(mmHg)

∆p (mmH g)

1

401

461

60

22,2

0,005

2

412

450

38

22,4

0,005

3

417

446

29

22,6

0,005

4

422

442

20

22,8

0,001

5

427

436

9

22,9

0,001



RESULTADOS

Presión 1

Presión 2

(mmHg)

(mmHg)

1

401

461

60

2

412

450

3

417

4

5

ρHg

ρH20

ha

kg/m3

G/CM

Pa

22,2

13540,6

997,812

7382,685017

38

22,4

13540,2

997,764

4675,569292

446

29

22,6

13539,8

997,716

3568,097477

422

442

20

22,8

13539,4

997,668

2460,687818

427

436

9

22,9

13539,2

997,664

1107,292213

Volume

Tiempo

ha

∆p temp. (mmHg ) °C

Tiempo

Caudal

Velocidad

8

V Cinematica

R

n

prom

m.c.a

m³

(s) 7,454

(s)

(m³/s)

m/s

0,75284487 5

0,005

7,287

7,344

0,00068 1

5,37428014 7

0,47678837 3

0,005

9,115

0,00054 9

4,33012193 6

10,659

0,00046 9

3,70302137 4

3,030

0,00033 0

2,60560049 4

3,813

0,00026 2

2,07049334 6

7,292 9,013 9,052 9,281 10,577

0,36385459 9

0,005

10,531 10,869 2,877

0,25092716 4

0,001

3,102 3,11 3,96

0,11291545 9

0,001

Area m

3,804 3,674

Diametro

2

m

0,00012668

0,0127

Para hallar ha se usa la siguiente formula:

2

V ha =K a∗ 2g

Despejando ka se obtenie:

ka=ha

2g v2

Y se obtienen los siguientes valores de k: Ha

V prom

m.c.a

(m/s)

Ka

0,752844875 5,374280147

0,51140374

0,476788373 4,330121936

0,49891252

9

9,71755E07

70237,24065

9,80509E07

56085,71007

9,89264E07

47538,76491

9,98018E07

33156,8371

26232,42691

1,0024E-06

0,363854599 3,703021374

0,52061231

0,250927164 2,605600494

0,7251553

0,112915459 2,070493346

0,51677885

sumatoria

0,55457254

Para hallar la longitud equivalente se utiliza la siguiente ecuación:

Le =

KA D f

Donde f se obtuvo a partir de la ecuación de Darcy- Weisbach, asi:

f =hf (

2∗g∗D ) L∗V 2

Se obtienen los siguientes resultados:



Perdidas por accesorio vs cabeza de velocidad.

10

CABEZA DE VELOCIDAD (m)

VALVULA DE COMPUERTA ha vs V2/2g 160 140 120 100 80 60 40 20 0

ha vs V^2/2g Linear (ha vs V^2/2g) f(x) = − 4.48 x + 59.54 R² = 0.21 0

2

4

6

8 10 12 14 16

PERDIDAS DE ACCESORIOS (m)

0,25092716 33,3008001

0,11291546 21,0274539

Según los resultados obtenidos anteriormente se puede comprar el coeficiente de perdidas menores de los accesorios (k) practica y teóricamente así: valvula de compuerta k teorico k practico 0,55457254 0,2

11



DATOS ACCESORIO 2

VALVULA DE GLOBO

Presión 1

Presión 2

∆p

temp.

Volume n

(mmHg)

(mmHg)

(mmHg)

°C

m³

200

660

460

23,3

0,005

1

Tiempo (s) 9,7841 9,517 9,926 11,826 11,564 11,894

2

255

609

354

23,4

0,005

3

319

542

223

23,5

0,001

3,515 3,191 3,028

4

378

484

106

23,7

0,001

4,035 4,175 4,338

Presión 1

Presión 2

∆p

temp.

ρHg

ρH20

ha

(mmHg)

(mmHg)

(mmHg)

°C

kg/m3

G/CM

Pa

1

200

660

460

23,3

13538,1

997,548

56590,4949 6

2

255

609

354

23,4

13537,8

997,524

43549,1180 8

3

319

542

223

23,5

13537,5

997,5

27432,8802

4

378

484

106

23,7

13536,9

997,452

13039,2704



RESULTADOS

ha

Volumen

Tiempo

Tiempo prom

Caudal

Velocidad

m.c.a

m³

(s)

(s)

(m³/s)

m/s

V Cinematica

R

1,0199E-06

50448,98162

1,02428E-06

41610,25522

9,7841 5,770781769

0,005

9,517

9,742

0,000513 4,051428793

9,926 4,440895186

0,005

11,826 11,564

11,761

0,000425

12

3,35595495

11,894 3,515 2,797451499

0,001

3,191

3,245

0,000308 2,432946671

1,02866E-06

30037,57318

4,183

0,000239 1,887336858

1,03741E-06

23104,74555

3,028 4,035 1,329671775

0,001

4,175 4,338

Area m

Diametro

2

m

0,00012668

0,0127

Para hallar ha se usa la siguiente formula:

2

V ha =K a∗ 2g

Despejando ka se obtenie:

ka=ha

2g v2

Y se obtienen los siguientes valores de k: Ha

V prom

m.c.a

(m/s)

Ka

5,770781769 4,051428793

6,89790539

4,440895186

3,35595495

7,73637088

2,797451499 2,432946671

9,27249034

1,329671775 1,887336858

7,32393718

sumatoria

7,80767595

Para hallar la longitud equivalente se utiliza la siguiente ecuación:

13

Le =

KA D f

Donde f se obtuvo a partir de la ecuación de Darcy- Weisbach, asi:

f =hf (

2∗g∗D ) L∗V 2

Se obtienen los siguientes resultados:

Ka

f

Leq m

6,8979053 9

0,0876034

1,00

7,7363708 8

0,0982519 1

1,00

9,2724903 4

0,1177606 3

1,00

7,3239371 8

0,093014

1,00

CABEZA DE VELOCIDAD (m)

VALVULA DE GLOBO 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

ha vs V^2/2g Linear (ha vs V^2/2g) f(x) = − 3.53 x + 38.15 R² = 0.23

0

2

4

6

8 10 12 14

PERDIDAS DE ACCESORIOS (m)

1,32967178 17,4718082

14



Perdidas accesorio cabeza velocidad.

por vs de

Según los resultados obtenidos anteriormente se puede comprar el coeficiente de perdidas menores de los accesorios (k) practica y teóricamente así: valvula de globo k teorico k practico 7,80767595 10

ANALISIS DE RESULTADOS 



 

A partir de los resultados obtenidos se puede deducir que la válvula de globo presenta mayores pérdidas que la válvula de compuerta. Se puede concluir que la válvula de compuerta es más recomendada debido a su cierre lento lo que ayuda a evitar el golpe de ariete. La contaste de aditamento (k) aumenta cuando el caudal que fluye es mayor. Los resultados obtenidos en el laboratorio de pérdidas de accesorios y perdidas de fricción permiten comprobar la teoría de que las pérdidas por accesorios son mayores.

15



La longitud equivalente indica la perdida en metros que me produce cada accesorio.

CONCLUSIONES

El ensayo de laboratorio se pudo conocer cuáles son los accesorios para tuberías que ocasionan mayores y menores perdidas de energía Es importante conocer todas las pérdidas de energía que ocasionan el tipo de material, tipo de accesorios a vencer en una red de tuberías para que el caudal y la presión final sean las óptimas para el funcionamiento del sistema.

16

17...