PERDIDA DE CARGA EN ACCESORIOS

1. OBJETIVO. Evaluar las perdidas de carga y oros parmetros para uniones universal, tipo brida y para estrechamiento y ensanchamientos bruscos.

2. TEORA. En las conducciones de fluidos, se requiere adems de tubera recta , una gran variedad de accesorios, los mismos que significan prdidas de carga adicionales, llamadas prdidas menores o secundaras, de modo que: H ( total ) = H f ( tuberia _ recta ) + H f ( accesorios ) Independientemente del tipo de accesorio y de los factores que para cada caso inciden en la prdida de carga, se puede plantear en general la ecuacin de Fanning de la siguiente manera:

Le v 2 v2 h f ( accesorio ) = f = K D 2g 2gK = coeficiente de prdida de carga (adimensional) Le = longitud equivalente de accesorio como si se tratara de tubera recta del mismo dimetro y con igual prdida de carga (m) Tanto el coeficiente de prdida de carga como la longitud equivalente, pueden determinarse mediante ecuaciones empricas, tablas y nomogramas.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Ubicar la lnea de circulacin para el accesorio en estudio. 2. Conectar el manmetro adecuado a los piezmetros antes y despus del accesorio y calibrarlo convenientemente. 3. Medir las prdidas de carga totales para diferentes caudales. 4.: Anotar la temperatura del fluido y las longitudes de tubera recta adicionales entre el accesorio y los piezmetros 5. Evaluar la prdidas de carga especifica del accesorio, el coeficiente de prdidas de carga K y la longitud equivalente para cada caudal. 6. Segn el caso graficar estos parmetros vs. el caudal y e! nmero de Reynolds, y/o determinar valores promedio. 7. Comparar los resultados obtenidos con los procedentes de ecuaciones empricas, tablas y nomogramas. 4. CLCULOS: Realizando los respectivos clculos hallaremos: Perdida de carga especifica del accesorio: H ( accesorio ) = Htotal L1 + L2 v 2 f D 2g

Coeficiente de prdidas de carga K: K = H ( accesorio ) Longitud equivalente: Leq = K D f 2g v2

VLVULA DE COMPUERTA: Las vlvulas son dispositivos, que se emplean para regular la velocidad de flujo del fluido. Existen una gran variedad de vlvulas pudiendo ser por su funcionamiento: de compuerta, de globo, de asiento de mariposa, etc.; por su operacin : manuales automticos, etc.; las vlvulas de compuerta, bloquean el paso del fluido mediante una plana que se desplaza verticalmente, segn el giro del volante. La prdidas de carga en la vlvula depender ahora adems de las razones ya conocidas, de su apertura , es decir, de cuan abierta o cerrada se encuentre; as, cuando la compuerta esta totalmente levantada (vlvula completamente abierta) la prdidas de carga es mnima al coincidir la seccin de la vlvula con la del conducto y a medida que la vlvula se vaya cerrando, la prdidas de carga ira en aumento. Tubera Fe galvanizado L1 = 3 cm. L2 = 3.5 cm. D = 1.62 cm.

Q (gal/min) Q (m3/s) 4 0,0002526 5 0,00031575 6 0,0003789 7 0,00044205 8 0,0005052 9 0,00056835 10 0,0006315

f 0,03485 0,037709 0,03614 0,03685 0,03609 0,03606 0,03558

V(m/s) h1 (mH2O) h2 (mH2O) 1,22550034 0,28 0,304 1,53187542 0,331 0,363 1,83825051 0,385 0,432 2,14462559 0,439 0,503 2,45100068 0,489 0,57 2,75737576 0,55 0,654 3,06375085 0,65 0,77

( tota ( acceso l) rio) 0,024 0,013274555 0,032 0,01386667 0,047 0,021974475 0,064 0,029268294 0,081 0,03657173 0,104 0,047817212 0,12 0,051561814

K 0,17306363 0,11570123 0,12732738 0,12459687 0,11919865 0,12314167 0,10755584

L (eq) 0,08044851 0,0497059 0,05707536 0,05477529 0,05350563 0,05532155 0,04897146

Q vs H (Valvula de com puerta) 0,06 0,05

0,04 H (m) 0,03 0,02 0,01 0 0,0002

0,00025

0,0003

0,00035

0,0004

0,00045 Q (m 3/s)

0,0005

0,00055

0,0006

0,00065

0,0007

Re vs H (valvula de compuerta) 0,06

0,05

0,04 H (m)

0,03

0,02

0,01

0 15000

20000

25000

30000 Re

35000

40000

45000

Q vs K 0,18 0,17 0,16 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,1 0,09 0,08 0,0002 K

0,00025

0,0003

0,00035

0,0004

0,00045 Q (m 3/s)

0,0005

0,00055

0,0006

0,00065

0,0007

K vs Re0,1 8

0,1 7

0,1 6

0,1 5

0,1 4

0,1 3

0,1 2

0,1 1

0,1 1 5000 20000 25000 30000 Re 35000 40000 45000

Comparando con el dato bibliogrfico:

Coeficiente de perdida de carga terico: Kteorico = 0.25 Coeficiente de perdida de carga experimental: Kexp = 0,10250309 dif = K teo K exp dif = 0.25 0.10250309 dif = 0.1477 CODO 90: Los codos son elementos que se usan generalmente solo para cambiar la direccin del fluido aunque existan codos que tambin cambian velocidad, entre los primeros que son de nuestro inters existen diversas clases segn sea el ngulo de desvo o cambio de direccin 30, 45, 60, 90, etc., y el radio de curvatura R, poca, mediana o gran curvatura. Estos dos factores geomtricos, adems de la rugosidad son los que determinan la magnitud de la prdidas de carga en el codo Fig. 1 Bibliogrficamente, el coeficiente de prdidas de carga para codos puede evaluarse a partir de tablas como la de Braddee, y otras, grficamente en funcin del ngulo y la relacin de curvatura / dimetro nominal, o mediante ecuaciones empricas, como la de Weisbach, para codos de 90.

D K = 0.13 + 0.16 R Tubera Fe galvanizado 1 L1 = 20.5 cm. L2 = 14.7 cm. D = 2.13 cm.

7

Q (gal/min) Q (m3/s) 3 0,00018945 4 0,0002526 5 0,00031575 6 0,0003789 7 0,00044205

f 0,03249 0,02988 0,02971 0,02927 0,02937

V(m/s) h1 (mH2O) h2 (mH2O) 0,53167412 0,269 0,283 0,70889883 0,283 0,296 0,88612353 0,32 0,344 1,06334824 0,38 0,408 1,24057295 0,432 0,475

( tota ( acceso l) rio) 0,014 0,006248404 0,013 0,000326415 0,024 0,004310188 0,028 6,65789E-05 0,043 0,004849614 K (prom) =

K 0,43280349 0,01271787 0,1074782 0,00115292 0,0616986 0,12317021

L (eq) 0,28374005 0,00906595 0,07705438 0,00083899 0,04474566

Q vs H (codo de 90) 0,0065

0,006

0,0055 H (m) 0,005 0,0045 0,004 0,00015

0,0002

0,00025

0,0003

0,00035

0,0004

0,00045

0,0005

Q (m 3/s)

Re vs H (codo 90) 0,0065

0,006

0,0055 H (m) 0,005 0,0045 0,004 10000

12000

14000

16000

18000 Re

20000

22000

24000

26000

Q vs K (codo 90) 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0,00015 K

0,0002

0,00025

0,0003

0,00035

0,0004

0,00045

0,0005

Q (m 3/s)

Re vs K (codo 90)0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,1 5 0,1 0,05 0 1 0000 1 2000 1 4000 1 6000 1 8000 Re 20000 22000 24000 26000

Comparando con el dato bibliogrfico: Coeficiente de perdida de carga terico: D K = 0.13 + 0.16 R7

0.0213 K = 0.13 + 0.16 0.048 K teo = 0.139

7

Coeficiente de perdida de carga experimental: Kexp = 0,123 dif = K teo K exp dif = 0.139 0.123 dif = 0.016

UNIN UNIVERSAL: En las instalaciones para conduccin de fluidos, las tuberas y accesorios se unen de diferentes maneras, estando entre las mas usadas las roscadas y tipo brida La unin universal es un tipo de unin roscada machihembrada, para conectar tuberas del mismo dimetro, que tiene la ventaja de facilitar el montaje y desmontaje sin necesidad de girar las caeras, ajustando solo con el giro del anillo o aro exterior. Las uniones upo brida o simplemente bridas consisten en rebordes planos en los extremos de caeras y accesorios, que se unen mediante empaquetaduras y pernos, constituyendo una de las uniones mas practicas industrial mente. Sin embargo, existe una gran variedad de uniones tipo brida, segn la forma de conexin de los rebordes a los tubos, los tipos de empaquetaduras y las conexiones con los pernos. En estas uniones, las prdidas de carga son pequeas y dependern solo del menor o mayor espacio de separacin entre las partes acopladas. Considerando que los piezmetros para la evaluacin deja prdidas de carga se encuentran ubicados en puntos alejados una cierta longitud de las uniones y sobre las tuberas rectas, deben descontarse las prdidas por friccin en estos tramos de la prdida total, para tener e! valor neto de la prdidas de carga en la unin. Tubera Fe galvanizado 1 L1 = 11 cm. L2 = 12.5 cm. D = 3.3 cm.Q (gal/min) Q (m3/s) 3 0,00018945 4 0,0002526 5 0,00031575 6 0,0003789 7 0,00044205 f 0,03379 0,03485 0,037709 0,03614 0,03685 V(m/s) h1 (mH2O) h2 (mH2O) 0,22150159 0,415 0,42 0,29533545 0,453 0,456 0,36916932 0,515 0,517 0,44300318 0,62 0,63 0,51683704 0,77 0,785

( tota ( acceso l) rio) 0,005 0,004397047 0,003 0,001894458 0,002 0,000130879 0,01 0,007420455 0,015 0,011419976 K (prom) =

K L (eq) 1,75476977 0,8412924 0,42527175 0,1976873 0,01880317 0,00807795 0,74033716 0,33186115 0,83708699 0,36800025 0,75525377

Q vs H (union universal) 0,012

0,01

0,008 H (m)

0,006

0,004

0,002

0 0,00015

0,0002

0,00025

0,0003

0,00035

0,0004

0,00045

0,0005

Q (m 3/s)

Re vs h (union universal) 0,012

0,01 0,008 H (m)

0,006

0,004 0,002

0 8000

9000

10000

11000

12000

13000 Re

14000

15000

16000

17000

18000

Q vs K (union universal) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,00015 K

0,0002

0,00025

0,0003 Q (m 3/s)

0,00035

0,0004

0,00045

Re vs K 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 8000 9000 10000 11000 12000 13000 Re 14000 15000 16000 17000 18000 K

TURBINA: Tubera Fe galvanizado 1

L1 = 6.5 cm. L2 = 4.5 cm. D = 3.3 cmQ (gal/min) 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (m3/s) 0,00018945 0,0002526 0,00031575 0,0003789 0,00044205 0,0005052 0,00056835 0,0006315 f 0,03249 0,02988 0,02971 0,02927 0,02937 0,02854 0,02859 0,02844 V(m/s) h1 (mH2O) h2 (mH2O) 0,53167412 0,4 0,419 0,70889883 0,389 0,426 0,88612353 0,399 0,457 1,06334824 0,408 0,491 1,24057295 0,444 0,55 1,41779765 0,496 0,633 1,59502236 0,59 0,756 1,77224707 0,665 0,871

( tota ( acceso l) rio) 0,019 0,016577626 0,037 0,033039505 0,058 0,051846934 0,083 0,074270806 0,106 0,094078004 0,137 0,121868469 0,166 0,146815605 0,206 0,182439825 K (prom) =

K 1,14826992 1,28729387 1,29284727 1,28611496 1,19689533 1,18706783 1,12992952 1,13732294 1,2082177

L (eq) 0,75279007 0,91764924 0,92688142 0,93591557 0,86802419 0,88593359 0,84181528 0,8517925

Q vs H (Turbina) 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 H (m) 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 0,0001

0,0002

0,0003

0,0004 Q (m3/s)

0,0005

0,0006

0,0007

Re vs H (turbina)0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 1 0000

1 2000

1 4000

1 6000

1 8000 Re

20000

22000

24000

26000

Q vs K (turbina) 1,32 1,3 1,28 1,26 1,24 H (m) 1,22 1,2 1,18 1,16 1,14 1,12 1,1 0,0001

0,0002

0,0003

0,0004 Q (m 3/s)

0,0005

0,0006

0,0007

Re vs K (turbina) 1,3

1,28

1,26

1,24

K

1,22

1,2

1,18 10000

12000

14000

16000

18000 Re

20000

22000

24000

26000

ENSANCHAMIENTO BRUSCO: En estrechamientos y ensanchamientos bruscos se producen prdidas de carga notables al presentarse en estos casos, cambio de seccin, variacin en la direccin de las venas fluidas y cambio de velocidad de flujo. La perdidas de carga total entre los puntos 1 y 2 ser f: h f ( total ) = h f 1 + hf 2 + hv + h( estrechamiento )

Siendo: h f 1 = prdidas de carga por friccin en tubera recta de longitud L1 h f 2 = prdidas de carga por friccin en tubera recta de longitud L2

hv = prdidas de carga por cambio de velocidades = v12 2g

2 v2 v12 2g

h( estrechamiento ) = K

Los valores de K y Le pueden determinarse de tablas, grficos o mediante ecuaciones empricas, como la siguientes para estrechamientos bruscos, en funcin de la relacin de secciones S1 y S2: S2 < 0.715 S1 S2 > 0.715 S1

para

para

S K = 0.4 1.25 2 S1

S K = 0.75 1 2 S1

Tubera Fe galvanizado 1 a 1 L1 = 31.7 cm. L2 = 28.2 cm. D1 = 3.3 cm. D2 = 2.13 cm. L v2 H = f D 2g

H v =

2 v2 v12 2g

Q (gal/min) 3 4 5 6 7 8 9 10

Q (m3/s) 0,00018945 0,0002526 0,00031575 0,0003789 0,00044205 0,0005052 0,00056835 0,0006315

f (Tub 1 1/2") 0,03544 0,03533 0,03553 0,03926 0,03791 0,03785 0,03888 0,03755

f (Tub 1") 0,03249 0,02988 0,02971 0,02927 0,02937 0,02898 0,02878 0,02877

V1(m/s) 0,22150159 0,29533545 0,36916932 0,44300318 0,51683704 0,59067091 0,66450477 0,73833863

V2(m/s) h1 (mH2O) 0,53167412 0,403 0,70889883 0,407 0,88612353 0,424 1,06334824 0,446 1,24057295 0,472 1,41779765 0,502 1,59502236 0,529 1,77224707 0,557

h2 (mH2O) 0,433 0,453 0,49 0,535 0,588 0,649 0,713 0,781

v 0,01193128 0,02121116 0,03314244 0,04772511 0,06495918 0,08484464 0,1073815 0,13256975

( acceso ( total) rio) K 0,03 0,011005576 0,76231493 0,046 0,013123724 0,51133 0,066 0,014707707 0,36674914 0,089 0,015116368 0,26176351 0,116 0,015509022 0,19731154 0,147 0,016286838 0,15864302 0,184 0,01868707 0,14382035 0,224 0,02028691 0,12646783 K (prom) = 0,31605004

Q vs H (ensancham iento brusco)0,021

0,01 9

0,01 7

0,01 5

0,01 3

0,01 1

0,009 0,0001

0,0002

0,0003

0,0004 Q (m3/ s)

0,0005

0,0006

0,0007

Q vs K (ensancham iento brusco) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 K 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,0001

0,0002

0,0003

0,0004 Q (m 3/s)

0,0005

0,0006

0,0007

Comparando con el dato bibliogrfico: Coeficiente de perdida de carga terico: S 2 D22 0.02132 = = = 0.416 S1 D12 0.0332 S K = 0.4 1.25 2 = 0.4 ( 1.25 0.416 ) S1 K teo = 0.33 Coeficiente de perdida de carga experimental: Kexp = 0,123 dif = K teo K exp dif = 0.333 0.316 dif = 0.017 SISTEMA DE MEDIDORES:

Tubera Fe galvanizado 1 L1 = 31 cm. L2 = 287 cm. D = 3.3 cm.

Q (gal/min) 3 4 5 6 7 8 9 10

Q (m3/s) 0,00018945 0,0002526 0,00031575 0,0003789 0,00044205 0,0005052 0,00056835 0,0006315

f (Tub 1 1/2") 0,03544 0,03533 0,03553 0,03926 0,03791 0,03785 0,03888 0,03755

V1(m/s) h1 (mH2O) h2 (mH2O) 0,22150159 0,223 0,242 0,29533545 0,244 0,279 0,36916932 0,266 0,325 0,44300318 0,297 0,38 0,51683704 0,332 0,437 0,59067091 0,338 0,499 0,66450477 0,387 0,564 0,73833863 0,412 0,634

( total) ( accesorio) 0,019 0,017393447 0,035 0,03215277 0,059 0,054526019 0,083 0,07588112 0,105 0,095643601 0,161 0,148798738 0,177 0,161137554 0,222 0,203086634 K (prom) =

K 6,94136119 7,21771808 7,83367021 7,57064236 7,01069925 8,35065947 7,1451812 7,2942869 7,42052733

L (eq) 6,46345709 6,74171233 7,27585468 6,36350478 6,10269257 7,28062781 6,06458281 6,41042524

Q vs H (sistema de m edidores)0,25

0,2

0,1 5

0,1

0,05

0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 Q ( m3/ s) 0,0005 0,0006 0,0007

Re vs H (sistem a de m edidores) 0,12

0,1

0,08 H (m)

0,06

0,04

0,02

0 8000

9000

10000

11000

12000

13000 Re

14000

15000

16000

17000

18000

Q vs K (sistema de medidores) 8,5 8,3 8,1 7,9 7,7 7,5 7,3 7,1 6,9 6,7 6,5 0,0001 K

0,0002

0,0003

0,0004 Q (m 3/s)

0,0005

0,0006

0,0007

Re vs K (sistem a de medidores) 8,6 8,4 8,2 8 7,8 7,6 7,4 7,2 7 8000 K

9000

10000

11000

12000

13000 Re

14000

15000

16000

17000

18000

BRIDA CON PLACA DE ORIFICIOS:

Tubera Fe galvanizado 1 D = 2.13 cm.Q (gal/min) 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (m3/s) 0,00018945 0,0002526 0,00031575 0,0003789 0,00044205 0,0005052 0,00056835 0,0006315 f 0,03249 0,02988 0,02971 0,02927 0,02937 0,02854 0,02859 0,02844 V(m/s) h1 (mH2O) h2 (mH2O) 0,53167412 0,637 0,653 0,70889883 0,631 0,659 0,88612353 0,624 0,668 1,06334824 0,617 0,676 1,24057295 0,605 0,686 1,41779765 0,594 0,697 1,59502236 0,58 0,71 1,77224707 0,567 0,722

( acceso rio) 0,016 0,028 0,044 0,059 0,081 0,103 0,13 0,155 K (prom) =

K 1,10825992 1,090943359 1,097177321 1,021677114 1,030512094 1,003278268 1,000512428 0,966264118 1,039828078

L (eq) 0,72656006 0,77768051 0,78659969 0,74348215 0,74735811 0,74876759 0,74539751 0,72367882

Q vs H (Brida con placa de orificios)0,1 8

0,1 6 0,1 4

0,1 2 0,1

0,08 0,06

0,04 0,02

0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 Q ( m3/ s) 0,0005 0,0006 0,0007

Re vs H (brida con placa de orificios)0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 9000

1 000 1

1 3000

1 5000

1 7000 Re

1 9000

21 000

23000

25000

Q vs K (brida con placa de orificios)1 2 ,1

1 ,1 1 ,08

1 ,06 1 ,04

1 ,02 1

0,98 0,96

0,94 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 Q ( m3/ s) 0,0005 0,0006 0,0007

Re vs K (brida con placa de orificios)1 2 ,1

1 ,1

1 ,08

1 ,06

1 ,04

1 ,02

1 1 0000 1 2000 1 4000 1 6000 1 8000 Re 20000 22000 24000 26000

CONTRACCIN BRUSCA: Tubera Fe galvanizado 11/2 a 1 L1 = 25.6 cm. L2 = 32.2 cm. D1 = 3.3 cm. D2 = 2.13 cm.

Q (gal/min) 3 4 5 6 7 8 9 10

Q (m3/s) 0,00018945 0,0002526 0,00031575 0,0003789 0,00044205 0,0005052 0,00056835 0,0006315

f (Tub 1 1/2") 0,03544 0,03533 0,03553 0,03926 0,03791 0,03785 0,03888 0,03755

f (Tub 1") 0,03249 0,02988 0,02971 0,02927 0,02937 0,02898 0,02878 0,02877

V1(m/s) 0,22150159 0,29533545 0,36916932 0,44300318 0,51683704 0,59067091 0,66450477 0,73833863

V2(m/s) 0,53167412 0,70889883 0,88612353 1,06334824 1,24057295 1,41779765 1,59502236 1,77224707

h1 (mH2O) 0,387 0,402 0,416 0,434 0,455 0,472 0,492 0,514

h2 (mH2O) 0,409 0,442 0,478 0,523 0,578 0,624 0,696 0,758

1 0,0004198 0,000744 0,00116908 0,00186021 0,00244489 0,00318827 0,00414496 0,00494219

2 0,00563752 0,00921715 0,01431986 0,02031522 0,02774574 0,03575811 0,04494403 0,05546718

v 0,01193128 0,02121116 0,03314244 0,04772511 0,06495918 0,08484464 0,1073815 0,13256975

( acceso ( total) rio) K 0,022 0,004011395 0,27785428 0,04 0,008827687 0,34394667 0,062 0,013368619 0,33335784 0,089 0,019099464 0,33073704 0,123 0,027850198 0,35432057 0,152 0,028208979 0,27477141 0,204 0,04752951 0,36579897 0,244 0,051020885 0,31806226 K (prom) = 0,32485613

Q vs H (contraccion brusca) 0,06

0,05

0,04 H (m)

0,03

0,02

0,01

0 0,0001

0,0002

0,0003

0,0004 Q (m3/s)

0,0005

0,0006

0,0007

Q vs K (contraccion brusca) 0,39 0,37 0,35 0,33 k 0,31 0,29 0,27 0,25 0,00014

0,00024

0,00034

0,00044 Q (m3/s)

0,00054

0,00064

0,00074

Comparando con el dato bibliogrfico: Coeficiente de perdida de carga terico: S 2 D22 0.02132 = = = 0.416 S1 D12 0.0332 S K = 0.4 1.25 2 = 0.4 ( 1.25 0.416 ) S1 K teo = 0.33 Coeficiente de perdida de carga experimental: Kexp = 0,123 dif = K teo K exp dif = 0.333 0.325 dif = 0.008 CONCLUSIONES:

Despus de haber realizado la practica podemos llegar a la conclusin de: Se cometieron errores en la medida de las alturas manomtricas puesto que el fluido no se mantena esttico y dificultaba la medicin. Despus de realizar el tratamiento de datos y los respectivos clculos algunos de ellos no salieron como se esperaba, pero despus de analizar y buscar el error observamos que tomamos varias medida errneamente, luego procedimos a repetir estas mediciones que nos llevaron a un resultado mas acertado. Analizando los resultados observamos que estos muestran datos bastante cercanos a los resultados tericos, confirmando as que el experimento fue correctamente realizado

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