Alumna: Vega Dominguez Fca. Aurora

Maestro: Norman E. Rivera Pazos

Materia: Laboratorio Integral I

Practica 5 Obtención de Perdidas de Carga por Fricción en Accesorios, 6 válvulas, 7 filtros.

• Introducción.-

Algunos fluidos cuando están en movimiento presentan algún tipo de resistencia al fluir y eso produce algunas pérdidas de fricción dependiendo de el tipo de material del que está hecho la tubería. La perdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de energía dinámica del fluido debida a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene.

Pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

En la siguiente practica podremos comprar los valores de perdida de friccion dependiendo de los accesorios que tenemos en el laboratorio como son el de reducción, ensanchamiento, codo de 90 y el codo curvo.

• Objetivo.-

Determinar el factor de pérdida de fricción que ocasionan diversos accesorios que es común encontrar en los sistemas de tuberías.

• Fundamento teorico.-

En el Análisis y Diseño de las instalaciones hidráulicas es necesario conocer lasexpresiones que relacionan el aumento o disminución de energía hidráulica(Bernoulli) que sufre el fluido al atravesar el elemento o componente con el caudal.Es muy habitual designar a las pérdidas de energía hidráulica que sufre el fluidocomo Pérdidas de Carga, siendo éstas debidas a la fricción entre fluido y lasparedes sólidas o también por la fuerte disipación de energía hidráulica que seproduce cuando el flujo se ve perturbado por un cambio en su dirección, sentido oárea de paso debido a la presencia de componentes tales como adaptadores, codosy curvas, válvulas u otros accesorios.

La pérdida de carga que sufre el fluido al atravesar un elemento es generalmenteuna función del caudal o velocidad media (v), de las características del fluido (ρ y μ),de parámetros geométricos característicos del elemento (L0,...,Lm, α0, α1,…,αk) y dela rugosidad del material.

La presencia de llaves de paso, ensanchamientos, codos, estrechamientos, tees, etc. Introduce pérdidas de carga suplementarias

en toda instalación, por alterar la dirección del flujo o modificar la velocidad lineal de desplazamiento de algunos filetes de vena

fluida.

Salvo las pérdidas debida en los ensanchamientos y estrechamientos, las de los codos, tees y llaves son complicadas de evaluar algebraicamente. El Diagrama de Crane es una nomograma que puede ser útil con tal objeto, se emplea así: supongamos que se quiera saber la pérdida de carga que produce un codo de 45°, de 10 pulg. de diámetro interior. Unimos el punto de estos codos ( tercer punto de la escala izquierda, empezando por abajo) con la división 10 de la escala derecha. La recta así trazada corta a la escala central en la división 3,5, lo cual significa que la pérdida de carga producida por dicho codo es la misma que la producen 3,5 m. de la tubería recta de 10 pulg de diámetro interior. Dicha longitud se llama Longitud Equivalente.

Las pérdidas de carga debida a los estrechamientos y a los ensanchamientos se pueden conocer también por Crane o algebraicamente:

donde V2 es la velocidad lineal en la sección más estrecha, Kest. es una constante que depende de la relación de áreas (A2/A1) y que podría encontrarse en Gráficos de Coeficientes de pérdidas de carga o en Tablas de pérdidas adicionales por fricción en accesorios.

Los datos indican que la resistencia K tiende a disminuir al incrementarse el tamaño del aditamento o la válvula

También se pueden obtener valores aproximados de longitudes equivalente diámetros multiplicando K por 45 en caso de líquidos similares al agua y por 55 en el caso de gases similares al aire. La mayoría de los valores dados son para aditamentos de rosca stándard y es probable que su precisión tenga un margen del ± 30%. La diferencia de la pérdida por fricción entre terminales de rosca, con reborde y soldadas son insignificantes. Los fabricantes y usuarios de válvulas, sobre todas las de control, han encontrado que es conveniente expresar la capacidad de la válvula mediante un coeficiente de flujo Cv, este coeficiente se relaciona con K por medio de la expresión:

en donde Cv es el coeficiente de flujo en la válvula en gal/mi. de agua a 60°F , que pasa por una caída de presión de válvula de 1

lbf/pulg2 y d es el diámetro interno de la válvula expresada en pulgadas

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.

PÉRDIDA DE ENERGÍA POR FRICCIÓN EN ACCESORIOS

(CODOS)

Las válvulas y accesorios alteran las líneas normales de flujo y dan lugar a fricción. En conductos de corta longitud con muchos

accesorios, las pérdidas por fricción causadas a los mismos llegan a ser mayores que las correspondientes a la longitud recta de la

tubería. Las pérdidas de energía son proporcionales a la carga de velocidad del fluido conforme pasa por un codo, expansión o

contracción de la sección de flujo, o por una válvula.

Donde K des el coeficiente de resistencia. El coeficiente de resistencia es adimensional debido a que representa una constante de

proporcionalidad entre la pérdida de energía y la carga de velocidad. La magnitud del coeficiente de resistencia depende de la

geometría del dispositivo que ocasiona la pérdida, y a veces de la velocidad de flujo. Es común que los elementos que controlan la

dirección o el flujo volumétrico del fluido en un sistema generen turbulencia local en éste, lo que ocasiona que la energía se disipe

como calor. Siempre que hay una restricción: por ejemplo, un cambio en la velocidad o dirección del flujo, hay pérdidas de ese tipo.

En un sistema grande la magnitud con las pérdidas por fricción en las tuberías. Por lo tanto, dichas pérdidas reciben el nombre de

pérdidas menores.

PÉRDIDA DE ENERGÍA POR FRICCIÓN EN ACCESORIOS

(VALVULAS)

La perdida de energía incurrida como flujos de fluido a través de una válvula o juntura se calcula a partir de la siguiente

ecuación, según su utilización para las perdidas menores ya analizadas. Sin embargo, el método para determinar el coeficiente de

resistencia K es diferente. El valor de K se reporta en la forma:

TfD

LeK

=

El valor de Le/D, llamado la proporción de longitud equivalente, se considera que es una constante para un tipo dado de

válvula o juntura. El valor de Le mismo se denomina la longitud equivalente y es la longitud del conducto recto del mismo diámetro

nominal como la válvula que tendría la misma resistencia que esta. El termino D es el diámetro interno real del conducto. El término

Tf es el factor de fricción en el conducto al cual esta conectada la válvula o juntura, tomado en la zona de turbulencia completa.

Los valores de Tf varían con el tamaño del conducto y de la válvula, ocasionando que el valor del coeficiente de resistencia

K también varié.

Entrenador de hidrodinámica G.U.N.T. con adquisición de datos por PC.-

Permite a los estudiantes experimentar con la medición de flujos y presiones y en la determinación de perdidas de los sistemas y las características de la presión en tubos y en ciertos elementos de tuberías. Además el estudiante adquiere habilidades generales en la preparación e implementación de series de experimentos y experiencia en el manejo del equipo de medición de la presión y de el flujo.

1 Caja de distribución, 2 Depósito de agua, 3 Bomba sumergida, 4 Objetos de medición recambiables, 5 Diversos tramos de medición, 6 Cámaras anulares para medición de la presión, 7 Manómetro de tubo de nivel, 8 Grifos de evacuación, 9 Flujómetro flotador, 10 Manómetro séxtuplo, 11 Registrado de presión diferencial, 12 Termómetro, 13 Válvula reguladora de asiento oblicuo.

• Equipo.-

Entrenador de hidrodinámica G.U.N.T. con adquisición de datos por PC.

• Modelo matemático.-

1. Formula para reducción y ensanchamiento: γP

g

vvhl

∆+−=2

22

12

Experimental

2. Formula para reducción y ensanchamiento: g

vkhl2

2

= teórica

3. Formula para perdidas de energía en codos: γP

hl∆= experimental

4. Formula para perdidas de energía en codos: g

v

D

Lfhl e

2

2

= teórica

5. Formula para válvulas hL= kftv2/2g

6. Formula para filtros teorica hL= ∆p/ peso especifico

7. Formula para filtros practico hL= kv2/2g

PROCEDIMIENTO

1.- Conectar las mangueras a la mesa hidrodinámica (entrada y salida), asegurándose de que estén bien colocadas, evitando así la

salida de flujo.

2.- Encender la mesa hidrodinámica para iniciar con la purgación, asegurándose de que no quede nada de aire dentro de las

mangueras, con la finalidad de que no altere la lectura de la diferencia de presión.

3.- Una vez purgadas las mangueras se cierra la válvula, para poder calibrar a cero.

4.- Se abren las válvulas de la mesa hidrodinámica ( p1 y p2 ) poco a poco al mismo tiempo de la mesa.

5.- Tomar las lecturas necesarias para la realización de los cálculos.

6.- Repetir lo mismo para las siguientes tuberías.

• Cálculos y resultados( PRACTICA 5)

Tablas

Tabla para reducción

Reduccion Q(L/min) ∆p(mb) T d1(mm) d2(mm) D2/D1 k v1(m/s) v2(m/s)Dif. P (KN/m²) hL( Practica) hL (teorica)

1 20.8 47.8 19 17 14.5 1.172 0.06 0.381825124 0.524854908 4.78 0.007096955 0.0004458422 18.8 37.5 19 17 14.5 1.172 0.06 0.34511117 0.47438809 3.75 0.005781975 0.0003642253 16.4 26.8 19 17 14.5 1.172 0.06 0.301054425 0.413827908 2.68 0.004382251 0.0002771674 14.3 19 19 17 14.5 1.172 0.06 0.262504773 0.360837749 1.9 0.003317794 0.000210735 12.3 12.8 19 17 14.5 1.172 0.06 0.225790819 0.310370931 1.28 0.002441826 0.0001559076 10.3 7.5 19 17 14.5 1.172 0.06 0.189076864 0.259904113 0.75 0.001697252 0.0001093277 8 3 19 17 14.5 1.172 0.06 0.146855817 0.201867272 0.3 0.001008347 6.5953E-058 6.5 0.7 19 17 14.5 1.172 0.06 0.119320351 0.164017159 0.07 0.000652614 4.35393E-05

Tabla para ensanchamiento

Ensanchamiento

Q(L/min) ∆p(mb) T

d1(mm)

d2(mm)

D2/D1 k v1(m/s) v2(m/s)

Dif.P(KN/M²) hL(practica) hL(teorica)

1 21.9 12.6 20 17 28.6 1.682 0.35 0.142078630.40201779

9 1.26 0.007337002 0.000360103

2 19.8 9 20 17 28.6 1.682 0.35 0.1284546520.36346814

7 0.9 0.005984123 0.0002943533 17.5 6 20 17 28.6 1.682 0.35 0.113533152 0.3212471 0.6 0.004664114 0.00022994

4 15.5 3.6 20 17 28.6 1.682 0.35 0.1005579340.28453314

5 0.36 0.003647666 0.000180386

5 13.5 1.3 20 17 28.6 1.682 0.35 0.0875827170.24781919

1 0.13 0.002752478 0.0001368386 11.8 -0.3 20 17 28.6 1.682 0.35 0.076553782 0.21661233 -0.03 0.002089726 0.000104545

7 9.4 -1.7 20 17 28.6 1.682 0.35 0.0609835210.17255558

5 -0.17 0.001310726 6.63428E-05

8 7.1 -2.9 20 17 28.6 1.682 0.35 0.0460620220.13033453

8 -0.29 0.000728103 3.78491E-05

Tabla para codo 90

Codo 90˚ Q(L/min) ∆p(mb) T ƒ(1/2in) Le/D v1(m/s) Dif.P hL(teorica) hL(Practica)1 21.2 22.7 20 0.027 20 0.698 227 0.013420322 0.0231396532 19.4 17.6 20 0.027 20 0.639 176 0.011238146 0.0179408773 17 12.3 20 0.027 20 0.56 123 0.008629568 0.0125382264 15.7 9.8 20 0.027 20 0.517 98 0.007360215 0.0099898065 13.1 5 20 0.027 20 0.431 50 0.005124291 0.005096846 11.3 2.7 20 0.027 20 0.372 27 0.003812836 0.0027522947 9.3 0.6 20 0.027 20 0.306 6 0.0025826 0.0006116218 7.3 -1 20 0.027 20 0.24 -10 0.001591245 -0.00101937

Tabla para codo curvo

Codo curvo Q(L/min) ∆p(mb) T ƒ(1/2in) Le/D v1(m/s) Dif.P hL(practica) hL(teorica)1 21.3 29.9 20 0.027 30 0.702 2.99 0.000304791 0.0203208412 19.3 23.3 20 0.027 30 0.636 2.33 0.000237513 0.0166838823 17.6 18.8 20 0.027 30 0.58 1.88 0.000191641 0.0138741964 15.1 11.9 20 0.027 30 0.497 1.19 0.000121305 0.0102126015 13.3 7.3 20 0.027 30 0.438 0.73 7.44139E-05 0.0079229296 11.8 5 20 0.027 30 0.389 0.5 5.09684E-05 0.00623658

7 9.6 1.7 20 0.027 30 0.316 0.17 1.73293E-05 0.004127868 7.6 -0.4 20 0.027 30 0.25 -0.04 -4.07747E-06 0.002587079

Codos curvo Q(L/min

) ∆P3-1.∆ P6-3 T

ƒ(1/2in)

Le/D v(m/s)

Dif 3-1(KN/m²)

Dif 6-3(KN/m²)

hL(Practica)3-1 hL(practica)6-3 hL(total) hL(teorica)

1 21.5 13.427.3 20 0.027 60

0.70817 134 273 0.013659531 0.027828746

0.041488277 0.04140849

2 19.2 10.923.4 20 0.027 60

0.63241 109 234 0.011111111 0.023853211

0.034964322 0.033022879

3 17.3 9.1 19 20 0.027 600.5698

3 91 190 0.009276249 0.0193679920.02864424

1 0.026810486

4 15.7 7.116.3 20 0.027 60

0.51713 71 163 0.007237513 0.016615698

0.023853211 0.022080646

5 13.2 4.8 12 20 0.027 600.4347

8 48 120 0.004892966 0.0122324160.01712538

2 0.01560847

6 11 3.5 8.6 20 0.027 600.3623

2 35 86 0.003567788 0.0087665650.01233435

3 0.010839215

7 8.9 2.3 6 20 0.027 600.2931

5 23 60 0.002344546 0.0061162080.00846075

4 0.007095655

8 6.7 3.7 3.8 20 0.027 600.2206

9 37 38 0.003771662 0.003873598 0.00764526 0.004021259Tabla para codos curvos

VALORES EXPERIMENTALES

VALORES TEORICOS

• Conclusiones

La practica nos demostró que los valores teóricos y comparados con los de la practica son casi similares por lo tanto nos damos cuenta que los datos obtenidos fueron muy buenos y nos dan unos resultados muy similares, dando lugar a que están bien hechos los cálculos y pudimos observar la perdida de fricción que existe por los accesorios visto en clase y en la practica.

• Cálculos y resultados( PRACTICA 6 )

VALVULA DE BOLA Q(L/min) Q(m²/s) ∆p T Le/D(tabla) ft(tabla)m v(m/s) hL1 21.5 0.00035905 19.3 18 150 0.023 0.7086047 0.088293382 20.6 0.00034402 51.8 18 150 0.023 0.67894217 0.081056093 19.5 0.00032565 92.8 18 150 0.023 0.64268798 0.072630744 18.4 0.00030728 131.8 18 150 0.023 0.60643379 0.064667625 17.4 0.00029058 162.7 18 150 0.023 0.57347543 0.057829546 16.4 0.00027388 196.5 18 150 0.023 0.54051707 0.05137347

TABLA PARA VALVULA DE BOLA

Valvula de Diafragma Q(L/min) Q(m²/s) ∆p T Le/D(tabla) ft(tabla) v(m/s) hL1 20 0.000334 48.3 19 100 0.023 0.65916716 0.05093543

2 19 0.0003173 78.1 19 100 0.023 0.6262088 0.045969223 18 0.0003006 109.2 19 100 0.023 0.59325044 0.04125774 17 0.0002839 137.5 19 100 0.023 0.56029209 0.036800855 16 0.0002672 160.4 19 100 0.023 0.52733373 0.032598676 15 0.0002505 185.3 19 100 0.023 0.49437537 0.02865118

TABLA PARA VALVULA DE DIAFRAGMA

valvula de asiento Q(L/min) Q(m / )² s ∆p T Le/D(tabla) ft(tabla) v(m/s) hL1 21 0.0003507 -3 18 100 0.023 0.69212552 0.056156312 20 0.000334 16.7 18 100 0.023 0.65916716 0.050935433 19 0.0003173 39.7 18 100 0.023 0.6262088 0.045969224 18 0.0003006 59.4 18 100 0.023 0.59325044 0.04125775 17 0.0002839 78.6 18 100 0.023 0.56029209 0.036800856 16 0.0002672 94.5 18 100 0.023 0.52733373 0.032598677 15 0.0002505 105.6 18 100 0.023 0.49437537 0.028651188 14 0.0002338 119.9 18 100 0.023 0.46141701 0.024958369 13 0.0002171 132.2 18 100 0.023 0.42845865 0.02152022

10 12 0.0002004 144.7 18 100 0.023 0.3955003 0.0183367511 11 0.0001837 170.1 18 100 0.023 0.36254194 0.01540797

VALVULA PARA VALVULA DE ASIENTO

GRAFICA DE LAS 3 VALVULAS COMPARADAS

• Conclusiones.

En la practica 6 conclui que en los datos experimentales y los datos teoricos dan valores similares, como se esperaban que la valvula de asiento y la de diafragma dan similares porque se supene que son las mas eficientes y la valvula de bola esta alejada de ellas debido a que tiene mucha mayor perdida que la de diafragma y asiento.

• Calculos y resultados ( PRACTICA 7 )

No Q(L/min) Q(m2/s) ∆p(mb) ∆p(KN/m2) V hL(teorica) k hL(practica)1 17.7 0.000295 83.5 8.35 0.93949045 0.00085117 0.001 4.49869E-052 18.3 0.000305 62.6 6.26 0.97133758 0.00063812 0.001 4.80885E-053 18.7 0.00031167 49.8 4.98 0.992569 0.00050765 0.001 5.02137E-054 19 0.00031667 42 4.2 1.00849257 0.00042813 0.001 5.18378E-055 19.3 0.00032167 31.2 3.12 1.02441614 0.00031804 0.001 5.34877E-056 19.5 0.000325 24.3 2.43 1.03503185 0.00024771 0.001 5.4602E-05

7 19.7 0.00032833 17.4 1.74 1.04564756 0.00017737 0.001 5.57278E-05TABLA PARA FILTRO

• Conclusiones

En la practica de filtro pudimos observar que los valores dan similares, dándonos asi los resultado esperrados, teoricos y practicos.