Norman E. Rivera Pazos

Práctica #10

Caída de presión en Accesorios y Tuberías

José Ricardo Silva Talamantes

Gabriel Manjarrez Albarrán

Diana Pérez Santoyo

Fernanda Barrera Gutiérrez

Francisca Sánchez Sánchez

José Víctor Muñoz Saucedo

Laboratorio Integral I

Introducción

El presente reporte de laboratorio tiene como finalidad presentar los conocimientos

adquiridos en las pasadas prácticas de laboratorio llamadas “caídas de presión en tubos y

accesorios” de la materia de Laboratorio Integral I impartida por el profesor Norman

Edilberto Rivera Pazos en el instituto tecnológico de Mexicali.

Referente a la práctica #10 la caída de presión en tubos y accesorios se llevó a cabo en

una mesa hidrodinámica con una conexión de tubos que constaba de entradas y salidas a

barómetros de forma que pudiéramos tomar y comparar medidas variando características

en el tubo por el que fluye un fluido, en este caso el fluido utilizado fue agua. De esta

forma, la caída de presión variara dependiendo del tipo de tubo implementado y de los

accesorios que este lleve.

La potencia de la bomba se varió en la mesa, y los diámetros eran sustituidos en cada

prueba realizada. La mesa hidrodinámica constaba de 4 tubos conectados, mientras que

uno de ellos era sustituido por un tubo de otro tipo, para realizar los cálculos de la caída

de presión.

Objetivos:

Aprender a utilizar la mesa de hidrodinámica así como conocer tuberías y

accesorios presentes en la mesa.

Determinar la caída de presión experimentalmente utilizando la mesa.

Calcular las caídas de presiones con algún método conocido y compararlas con

las experimentales.

Marco Teórico

Caída de presión: Se le conoce así a la disminución de la presión de un fluido, dentro de

un conducto, que tiene lugar cada vez que dicho fluido atraviesa un estrangulamiento o un

elemento de utilización.

Cuando hacemos circular un fluido a través de una tubería, observamos que existe una

pérdida de energía debida a la fricción existente entre el fluido y la tubería. Esta pérdida

de energía se manifiesta como una disminución de la presión del fluido. Esta caída de

presión en una tubería horizontal, sin accesorios se puede calcular de la siguiente

manera:

∆P/ρ=[1/2 v^(-2) ](L/D)f

Válvulas de retención son también conocidas como válvulas check, válvulas de

contraflujo, válvulas de no retorno, entre otros nombres.

Hace ochenta años, los ingenieros tenían sólo que presentar un catálogo de válvula de

retención tipo columpio para especificarla en el proyecto, sin importar su aplicación ni su

localización. Con el incremento en la demanda de alta eficiencia, confiabilidad y

durabilidad, ahora los ingenieros deben analizar las alternativas en las válvulas de

retención existentes en el mercado.

La trampa de sedimento consiste en tubos de muestreo y opcionalmente, pesos de

plomo en el fondo. El diseño de la trampa de sedimento asegura una posición vertical

permanente de los tubos de recogida de muestra durante el fondeo. La estructura queda

orientada en la corriente con el ángulo correcto equipándola con el plano de orientación y

los brazos de sujeción de los tubos de muestra.

Las válvulas de asiento inclinado son de construcción muy robusta y resistente, para

uso industrial en válvulas de control direccional. Por lo general son muy tolerantes con los

contaminantes del aire (óxido, polvo, etc.) cuando se utilizan en el servicio de aire

comprimido. También se caracterizan por permitir altos caudales, y una alta velocidad de

operación.

Válvula de diafragma Es un tipo de válvula que posee un diafragma flexible que abre,

cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. El diafragma flexible

sujeto a un compresor funciona como obturador, cuando el vástago de la válvula hace

descender el compresor, el diafragma produce un sellado y corta la circulación.

Una válvula de bola, conocida también como de "esfera", es un mecanismo de llave de

paso que sirve para regular el flujo de un fluido canalizado y se caracteriza porque el

mecanismo regulador situado en el interior tiene forma de esfera perforada. Se abre

mediante el giro del eje unido a la esfera o bola perforada, de tal forma que permite el

paso del fluido cuando está alineada la perforación con la entrada y la salida de la válvula.

Mesa Hidrodinámica:

Mangueras y Accesorios:

Procedimiento

∆P en tuberías (1ra parte):

1) Se conectan las mangueras con acoplamientos rápidos. Una conectando la tubería

de suministro de fluido, con entrada del tubo galvanizado; y otra conectando la

salida de esta última (tubería galvanizada) con la tubería de descarga enviando el

agua al depósito para la continuidad del ciclo.

2) Conectar las mangueras transparentes al tramo de medición, P1 corresponderá a

la presión inicial y P2 a la presión final.

3) Se conecta el banco experimental de hidrodinámica a la toma de corriente.

4) Se abre completamente la válvula para ajuste del caudal y también las válvulas en

el tramo de medición.

5) Se presiona el botón verde de encendido.

6) Para purgar; después de 4 segundos (ausencia de burbujas de aire en mangueras

transparentes), se dan 4 o 5 vueltas a las válvulas, y se ajusta a cero ∆P en la

indicación digital de caudal y presión.

7) Se vuelve a presionar el botón verde para encender el circuito y se anotan las

mediciones (a 90°, 45° y 75°; regulando la válvula para ajuste del caudal).

8) Se cierra la válvula para ajuste del caudal, se presiona el botón rojo de apagado,

las válvulas en el tramo de medición se cierran y se desconectan las mangueras

plásticas transparentes de la sección de tubería galvanizada.

9) Se conecta a la sección de tubería de cobre y se repiten los pasos 1, 2, y 4-8.

10) Se conecta a la sección de tubería PVC y se repiten los pasos 1, 2, y 4-8.

Nota: En el paso 7 ∆P se mide regulando la válvula para ajuste del caudal a

90”, 75” y 80”.

11) Se conecta a la sección de tubería (PVC) con reducción. Se repiten los pasos 1, 2,

y 4-8.

12) Se conecta a la sección de tubo (PVC) con expansión continua. Se repiten los

pasos 1, 2, y 4-8.

13) Se conecta a la sección de tubería (PVC) con codo recto. Se repiten los pasos 1,

2, y 4-8.

14) Se conecta a la sección de tubería (PVC) con codo curvo. Se repiten los pasos 1,

2, y 4-8.

15) Se presiona el botón rojo y se desconecta el banco de medición.

∆P en tuberías por accesorios (2da parte):

1) Se conecta el banco experimental de hidrodinámica a la toma de corriente.

2) En la tubería (PVC) de 28.4 mm de diámetro se retira la válvula que contiene y se

coloca una válvula de retención de bola y se realizan los pasos 1, 2, 4-6

3) Se vuelve a presionar el botón verde para encender el circuito y se anotan las

mediciones (a 90°, 45° y 75°) regulando en esta ocasión no la válvula para ajuste

del caudal, sino la pieza que ha sido colocada (válvula de retención de bola). Y se

repite el procedimiento ocho.

4) Se retira la válvula, y ahora se instala un filtro, el cual servirá como una válvula al

ajustar el flujo y se realizan los pasos 1, 2, 4-6.

5) Se presiona el botón verde para encender el circuito, se anotan las mediciones

regulando el filtro (abierta ½ vuelta, ¼ de vuelta y abierta); y se repite el

procedimiento ocho. Se retira la válvula y se coloca una válvula de asiento

inclinado o de diafragma y se realizan los pasos 1, 2, 4-8.

Nota: En el paso 7 las mediciones se calculan considerando un porcentaje de

abertura de la válvula; al 100%, 88.14%, 81.4%,68%, y 54%; la cual ha sido

cambiada.

6) Se quita la válvula y se coloca una de diafragma, se ejecuta lo planteado en el

paso VI, aunque en esta ocasión la válvula funciona al 100%, 20%, 40%, 60% y

80%.

7) Finalmente, al ser retirada la válvula anterior, es colocada una válvula de bola con

las mismas mediciones que en los pasos VI y VII; ajustando la válvula a 10°, 20°,

30° y abierta completamente.

Nota: Debido a su poca precisión tuvo que elaborarse un plano coordenado

para estimar el grado de inclinación o giro de la válvula.

Cálculos

1) Para calcular la caída de presión en tuberías se utilizó la ecuación de

bernoulli:

RLA hhg

VZ

Ph

g

VZ

P

22

2

2

2

2

2

1

1

1

Adecuándola a las características de la mesa Hidrodinámico, nos quedaría que ∆P es:

*LhP

=Peso especifico del fluido.

hL= La pérdida de energía de un fluido por fricción y su fórmula es:

g

V

D

LfhL

2**

2

f=Factor de fricción

L=Longitud de la tubería

D= Diámetro de la tubería

V= Velocidad

g=Gravedad

Se calculó la caída de presión en tubos con diferentes características, en el caso del

factor de fricción se tomó el valor correspondiente de las tablas en el instructivo de la

mesa hidrodinámica pero también se podría haber tomado el valor calculando el número

de Reynolds y utilizarlo en la tabla de moody, esta tabla se encuentra en el libro Mecánica

de Fluidos de Robert L. Mott.

2) Para calcular la caída de presión en ensanchamientos y reducciones:

Se utilizó otra variante de la ecuación de bernoulli ya que por el cambio de diámetros se

tiene que tomar en cuenta el cambio de velocidades la fórmula es esta:

*2

2

2

2

1

g

VVP

3) Para calcular la caída de presión en los accesorios :

Se utilizó la misma fórmula que en las tuberías pero utilizando Le en vez de L, Le es la

longitud equivalente y se refiere a la longitud que tendría ese accesorio si fuera un tubo

recto.

Fórmulas:

*LhP

g

VKhL

2*

2

D

LftK e*

ft=Factor de fricción para el accesorio.

Le=Longitud equivalente del accesorio.

Resultados

Se realizaron los cálculos pertinentes en cada uno de los casos y se compararon con los

valores dados en el experimento, la comparación se muestra en las siguientes tablas:

Experimento Calculado

∆p(mbar) ∆p(mbar)

Galvanizado

15.7 21.9623384

12.5 17.4522602

9.4 10.7163009

Cobre

10.5 17.7791722

8.6 14.2789756

7.1 11.1620859

PVC

4.9 13.8514872

4.2 10.6214296

3.2 8.27608651

PVC-Reducción

15.9 11.9997898

12.8 8.95025645

8.9 6.74988177

PVC-Ensanchamiento

-6 -919.813509

-5.4 -731.685107

-4.5 -557.290078

PVC-Codo 90°

4.7 6.61346691

3.8 5.15272894

2.8 4.0455651

PVC-Codo curvo 90°

-0.6 4.40897794

-0.66 3.5668399

-0.08 2.65865181

Experimento Calculado

∆p(mbar) ∆p(mbar)

Válvula de Retención

6.8 17.2613553

5.5 13.2790845

4.5 10.4087465

Trampa de Sedimento

2.5 34.8509032

2.6 37.6565939

-0.6 39.1001671

Válvula Asiento inclinado

-16 10.9990118

-13.6 10.873668

-8.3 10.5019463

Válvula de Mariposa

28.1 15.7529194

36.1 15.2050339

55.5 14.1383542

Conclusiones

Con la práctica y el presente reporte de laboratorio se pretende realizar un análisis de la

caída de presión ,que se genera debido a la perdida de energía por fricción del tubo con

el fluido ,debido que ya se habían hecho experimentos de caída de presión en una mesa

hidrodinámica contábamos con buenas aproximaciones de la caída de presión, así como

del flujo volumétrico ,solo era cuestión de corroborar las mediciones obtenidas con

cálculos ya que la mesa tenía unas adaptaciones las cuales causan un incertidumbre en

sus resultados, por lo cual realizamos cálculos apoyándonos de la teoría para calcular

esas caídas de presiones obtenidas de forma experimental.

Los resultados obtenidos por ecuaciones corroboraron las mediciones de la mesa

hidrodinámica, los resultados indican que hay ciertas variaciones con los resultados de la

caída de presión en el experimento y en el cálculo, nosotros lo atribuimos a una des

calibración de la mesa hidrodinámica como podrían ser desgaste de las tuberías,

pequeñas fugas o tal vez el purgado, son diferentes factores que podrían afectar a las

mediciones en el experimento, pero los resultados se puede considerar que son bastante

acercados y por lo tanto podemos concluir que el experimento así como los cálculos son

correctos o muy acertados.

Anexos

Datos de tuberías y accesorios de mesa Hidrodinámica obtenidos del manual de la

misma:

Datos de factores de fricción, Le de algunos accesorios y grafica de Moody obtenidos del

libro Mecánica de fluidos de Robert L. Mott

Referencias:

Mecánica de Fluidos; Robert L. Mott, 6ta Edición

http://www.valvias.com/tipos-de-valvulas.php

http://www.ingenieriarural.com/Hidraulica/PresentacionesPDF_STR/Valvulas-1.pdf