Perdida de carga en accesorios

1. Objetivo .- Evaluar experimentalmente la pérdida de carga en los diferentes accesorios del sistema hidráulico.

2. Fundamento Teórico .- En las conducciones de fluidos se requiere además de una tubería recta una gran variedad de accesorios, los mismos representan perdidas de carga adicionales llamadas pérdidas menores o secundarias.

Se propusieron diversas fórmulas para el cálculo de diversas pérdidas de carga por frotamiento, cuando los fluidos circulan en curvas, accesorios, etc. Pero el método más sencillo es considerar cada accesorio o válvula como equivalente a una longitud determinada de tubo recto. Esto permite reducirlas pérdidas en los tubos, las válvulas o accesorios aun denominador común: la longitud equivalente del tubo de igual rugosidad relativa.Los accesorios pueden instalarse en el sistema mediante roscas o bridas.

Hablando de flujo laminares, los datos sobre pérdidas por fricción de accesorios y válvulas son escasos, los datos de Kittredge y Rowley indica que la pérdida adicional por fricción expresada como el número de cargas de velocidad K es constante para Números Reynolds turbulentos. Sin embargo podemos guiarnos de la siguiente tabla:

Accesorio o Válvula

Pérdidas Adicionales por Fricción Expresada como K

Re = 50 Re = 100 Re = 500

Re = 1000

L 90°, Radio corto 16,0 10,0 7,5 0,9T Estándar en tramo 2,5 0,5 0,4Bifurcación a la línea 9,3 4,9 1,9 1,5

Válvula de compuerta 24,0 9,9 1,7 1,2Válvula de Globo

tapón.30,0 20,0 12,0 11,0

Tapón 27,0 19,0 14,0 13,0Válvula Angular 19,0 11,0 8,5 8,0

Válv. de columpio 55,0 17,0 4,5 4,0

Para esta materia, además de una tubería recta se ve una gran variedad de ciertos accesorios, los cuales tienes perdida de carga adicionales (Perdidas menores).

ΔH TOT AL=ΔH Tuberiarecta+ΔH accesorio

Se puede plantear la ecuación de Darcy Weisbach para este tipo de cálculos de la siguiente manera:

ΔH accesorio=f ∙ ¿D

∙v2

2∙ gDonde:K: Coeficiente de pérdida de carga Le: Longitud equivalente del accesorio, como si se tratara de una tubería recta

2.1. Tipos de Accesorios :a) Unión Universal y tipo de Brida : Las conexiones que se observan a diario en las

tuberías son las roscadas y tipo de Brida:

La unión Universal es un tipo de unión roscada, para conectar tuberías del mismo diámetro. En estas uniones las pérdidas de carga son muy pequeñas y dependen solo del espacio de separación entre partes adecuadas. Si la ubicación de los piezómetros para la realización de este trabajo, se encuentra separada de la unión y sobre las tuberías rectas, deben descontarse las pérdidas en estos tramos y las pérdidas totales, entonces:

ΔH TOTAL=f ∙(L1+L2)

D∙v2

2∙ g+ΔH¿

b) Estrechamiento y ensanchamiento Brusco : También llamado reducción, en este accesorio se producen pérdidas de carga notables ya que se presentan cambios de sección, variación de la dirección de las líneas de fluido.

La perdida de carga entre los puntos 1 y dos es:

ΔH Total=ΔH F1+ΔH F2+ΔH v+ΔH Estrechamiento

Donde:

ΔHf1 = Pérdida por fricción en tubería recta de longitud 1.

ΔHf2 = Pérdida por fricción en tubería recta de longitud 2.

ΔHv = Pérdida por cambio de velocidades

ΔH v=v22−v1

2

2 g

Y ΔH estrechamiento :

ΔH Estrechamiento=k ∙v2

2g

Los valores de k y Le se pueden determinar de las tablas, gráficos o mediante ecuaciones empíricas.

c) Codos .- Son elementos que se usan para cambiar la dirección de un fluido, algunos cambian la velocidad.

El coeficiente de pérdida de carga en tubos puede calcularse a partir de Tablas y otras, en función del ángulo y la curvatura, diámetro nominal o mediante ecuaciones empíricas como la de Weisbach para codos 90⁰.

k=0.13+0.16 ∙√(DR )7

Entonces, teniendo en cuenta las pérdidas de carga por fricción en los tramos L1 y L2, tenemos:

ΔH Total=ΔHf L1+ΔHf L2+ΔH c

Reemplazando cada término tenemos:

ΔH T=f ∙(L1+L2)∙ v

2

2g ∙D+K ∙

v2

2g

Entonces la pérdida de codo será:

ΔH c= f ∙ ¿D

∙v2

2g+K ∙

v2

2 g

d) Válvula de Compuerta .- Son dispositivos que se emplean para regular la velocidad y el caudal, que se clasifican por su funcionamiento.

Las pérdidas de carga en la válvula dependerán de las razones conocidas de su apertura de ella, a medida que se cierra las pérdidas de carga irán en aumento. Para este caso son válidas las ecuaciones:

ΔH Total=ΔHf L1+ΔHf L2+ΔH c

ΔH T=f ∙(L1+L2)∙ v

2

2g ∙D+K ∙

v2

2g

3. Cálculos y Resultados :

Placa de Orifico :

BRIDA CON PLACA DE ORIFICIO (Tubería Fe galvanizado 1’ 1/2"): Primero se realizan los cálculos para el primer dato:

El caudal se transforma a unidades del SI:

3galmin

∙3.785 l1gal

∙1m3

1000 l∙1min60 seg

=0.00018925 m3

seg

El cálculo de HL es:

H L=H 2−H 1=0.538−0.536=0.002mH 2O

El coeficiente de fricción y la gravedad en La Paz que se usará en esta práctica es:

F = 0.0372G = 9.78 m/seg^2

Para hallar la velocidad:

v=QA

= Q∙4

π ∙D 2=0.00018925 ∙4

π ∙0.03812=0.022150

Para hallar el número de Reynolds, se tiene como dato la viscosidad dinámica del agua a 15⁰C es 0.00115 N*seg/ m^2 y la ecuación:

ℜ= v ∙Dμ

=0.022150 ∙0.03810.001151000

→ℜ=6356.13259

Entonces realizando para todos los datos. Se muestran en la siguiente tabla:

Q (gal/min)

Q (m3/s) Re V1(m/s) h1 (mH2O)

h2 (mH2O)

ΔH (accesorio)

3 0,00018945

6356,13259

0,22150159

0,538 0,536 0,002

4 0,0002526 8474,84345

0,29533545

0,541 0,535 0,006

5 0,00031575

10593,5543

0,36916932

0,544 0,534 0,01

6 0,0003789 12712,2652

0,44300318

0,549 0,532 0,017

7 0,00044205

14830,976 0,51683704

0,554 0,531 0,023

8 0,0005052 16949,6869

0,59067091

0,561 0,529 0,032

9 0,00056835

19068,3978

0,66450477

0,571 0,527 0,044

Usando la ecuación:

ΔH accesorio=f ∙ k ∙v2

2 ∙ g

k=ΔHaccesorio ∙2 ∙ g

f ∙ v2

k= 0.002 ∙2 ∙9.780.0372∙0.022150

→k=0.85

Entonces se tiene:

K Le/D Le0,85809486 24,212609 0,79901611,22080401 34,5543166 1,140292451,44342564 40,6255458 1,340643011,74004957 44,321181 1,462598971,76502516 46,5583001 1,5364239

1,8107014 47,8388745 1,578682861,88419984 48,46193 1,59924369

Promedio 1,53175721 40,9389653 1,35098585

Entonces las graficas:

Grafica ΔH vs. Log Re para tubería 1’ ½ “

3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.40

0.0050.01

0.0150.02

0.0250.03

0.0350.04

0.0450.05

ΔH (accesorio) vs. log Re

ΔH (accesorio)

log Re

ΔH (m

)

Grafica Le/D vs. Log Re para tubería 1’ ½ “

20 25 30 35 40 45 500.700000000000001

0.900000000000001

1.1

1.3

1.5

1.7

1.9

Le/D vs. k

K

Le/D

k

Grafica Le/D vs. k para tubería 1’ ½ “

20 25 30 35 40 45 500.700000000000001

0.900000000000001

1.1

1.3

1.5

1.7

1.9

Le/D vs. k

K

Le/D

k