INTRODUCCIN

Los fluidos lquidos para ser transportados deun lugar a otro, y sea el flujo de rgimen forzado o debido a la pendiente que tenga el conducto siempre el sistema tendr una prdida de carga, sea por friccin o locales.

En el presente trabajo de laboratorio tratamos de encontrar experimentalmente las prdidas de carga o energa existentes cuando un conducto se ensancha o cuando se estrecha adems, encontraremos tambin la energa que se disipa al momento que un conducto atraviesa por un codo en sus diferentes presentaciones, finalmente encontraremos la perdida de carga en un inglete. La prdida de carga de este tipo es denominada PERDIDA DE CARGA LOCALES.

El tener el conocimiento del valor de la perdida de carga local e incluso el coeficiente de perdida de carga local (K) para cada uno de los accesorios incluidos dentro de un sistema del fluido es de vital importancia para llevar a cabo la ejecucin de obras hidrulicas;

Esto nos ayudara enormemente en el conocimiento experimental y terico de encontrar cuanta energa se pierde al tratar de acomodar al fluido de acuerdo a las condiciones o caractersticas que deseamos para de ese modo realizar conexiones, tomas, con mucha mayor eficiencia.

OBJETIVOS GENERALES Poner de manifiesto las prdidas de carga y los caracteres de una corriente que circula por un sistema hidrulico en el que existen cambios de seccin, de direccin y vlvulas. Comprobar que con el paso de un flujo por los accesoriosexistir una prdida de carga local Estudiar y sintetizar los datos obtenidos en el ensayo delaboratorio con los datos que obtenemos apoyndonos enreferencias bibliogrficas, libros que usualmente utilizamos paraestos ensayos

ESPECIFICOS. Estudiar las prdidas de cargas debido a los accesorios que se instalan en un tramo de la tubera, como codos, ensanchamiento, contraccin, etc. Encontrar la perdida de carga de una corriente que circula por un sistema hidrulico donde existe un ensanchamiento. Encontrar la perdida de carga de una corriente que circula por un sistema hidrulico donde existe un estrechamiento. Encontrar la perdida de carga de una corriente que circula por un sistema hidrulico donde existe un codo largo. Encontrar la perdida de carga de una corriente que circula por un sistema hidrulico donde existe un codo medio. Encontrar la perdida de carga de una corriente que circula por un sistema hidrulico donde existe un codo corto. Encontrar la perdida de carga de una corriente que circula por un sistema hidrulico donde existe un inglete. Encontrar el coeficiente de perdida de carga local promedio (K), para cada uno de los accesorios antes mencionadoMARCO TEORICOLos fluidos en movimiento o flujo interno forman parte bsica para la produccin de servicios dentro de las actividades industriales, residenciales y comerciales. Al Ingeniero en Energa le compete el tratamiento adecuado de la conduccin de flujos bajo conceptos de optimizacin econmica, tcnica, ambiental y de esttica.La aplicacin de la Ecuacin de Bernoulli para fluidos reales, entre 2 secciones de un mismo tramo de tubera es :

Donde :

Donde :hfp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales.hfs = Perdidas secundarias o, locales por accesorios.Al hablar de prdidas en tuberas, lleva a estudiar los flujos internos que sean completamente limitados por superficies slidas con un grado de rugosidad segn el material del cual estn fabricadas.Este flujo es muy importante de analizar ya que permitir disear las redes de tuberas y sus accesorios ms ptimos.Las prdidas de energa que sufre una corriente cuando circula a travs de un circuito hidrulico se deben fundamentalmente a :Variaciones de energa potencial del fluido.Variaciones de energa cintica.Rozamiento o friccin.

PERDIDAS PRIMARIAS:

Llamadas perdidas longitudinales o prdidas por friccin, son ocasionadas por la friccin del fluido sobre las paredes del ducto y se manifiestan con una cada de presin.Empricamente se evala con la frmula de DARCY - WEISBACH:

Donde :L = longitud de la tubera.D = Dimetro de la tubera.V = velocidad media del flujo.f = factor de friccin de la tubera.De donde el factor de friccin de la tubera depende del Nmero de Reynolds ( Re ) y de la rugosidad relativa ( / D ) . Para esto se hace uso del Diagrama de Moody. Bsicamente las Prdidas primarias son directamente proporcionales a la longitud de la tubera.

PRDIDA DE CARGA LOCALES o PRDIDAS SECUNDARIAS

Tambin conocidas como perdidas locales o puntuales, las cuales son originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema de tuberas , como por ejemplo : Vlvulas. Codos. Niples. Reducciones. Ensanchamientos. Uniones universales.

Las prdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los elementos expresada en metros del fluido, puede calcularse con la siguiente expresin :

Donde K es la constante para cada accesorio y depende del tipo de accesorio , material y dimetro.

Donde :K = coeficiente de prdidas de carga.V= velocidad del fluido.h = diferencia de altura manomtrica.g= gravedad.

ENSANCHAMIENTO SUBITO:

Al fluir un fluido de un conducto de menor a uno mayor a travs de una dilatacin sbita, su velocidad disminuye abruptamente, ocasionando una turbulencia que genera una prdida de energa. La cantidad de turbulencia, y por consiguiente, la cantidad de prdida de energa, depende del cociente de los tamaos de los dos conductos.La prdida menor se calcula de la ecuacin:

Donde v1 es la velocidad de flujo promedio en el conducto menor que est delante de la dilatacin. Al hacer ciertas suposiciones de simplificacin respecto del carcter de la corriente de flujo al expandirse a travs de una dilatacin sbita, es posible predecir analticamente el valor de k a partir de la siguiente ecuacin: =

ENSANCHAMIENTO GRADUAL :

Si la transicin de un conducto menor a uno mayor puede hacerse menos abrupta que la dilatacin sbita de bordes cuadrados, la perdida de energa se reduce. Esto normalmente se hace colocando una seccin cnica entre los dos conductos, como se muestra en la siguiente figura. Las paredes en pendiente del cono tienden a guiar el fluido la desaceleracin y expansin de la corriente de flujo.

La prdida de energa para una dilatacin gradual se calcula a partir de:

Donde v1 es la velocidad del conducto menor que est delante de la dilatacin. La magnitud de K depende tanto de la proporcin de dimetro D2 / D1 como del ngulo de cono, y D2 / D1.

CONTRACCION SUBITA :

La prdida de energa debido a una contraccin sbita, como la esbozada en la figura se calcula a partir de:

Donde v2 es la velocidad en la corriente hacia abajo del conducto menor a partir de la contraccin. El coeficiente de resistencia K depende de la proporcin de los tamaos de los dos conductos y de la velocidad de flujo, como se muestra en la figura.

CONTRACCION GRADUAL :

La prdida de energa en una contraccin puede disminuirse sustancialmente haciendo la contraccin ms gradual. La figura muestra una contraccin de este tipo, formada mediante una seccin cnica entre los dos dimetros con cambios abruptos en las junturas. El ngulo se denomina ngulo de cono.

COEFICIENTE DE RESISTENCIA PARA JUNTAS Y VALVULAS :

Se dispone de muchos tipos diferentes de vlvulas y juntura de varios fabricantes para especificaciones e instalacin en sistemas de flujo de fluido. Las vlvulas se utilizan para controlar la cantidad de flujo y pueden ser vlvulas de globo, de ngulo, de mariposa, otros varios tipos de vlvula de verificacin y mucha ms.El mtodo para determinar el coeficiente de resistencia k es diferente. El valor de k se reporta en la forma:

El valor de , llamado la proporcin de longitud equivalente, se reporta en la siguiente tabla y se considera que es una constante para un tipo dado de vlvula o juntura. El valor de mismo se denomina la longitud equivalente y es la longitud del conducto recto del mismo dimetro nominal como la vlvula que tendra la misma resistencia que esta. El termino D es el dimetro interno real del conducto.El trmino es el factor de friccin en el conducto al cual est conectada la vlvula o juntura, tomado en la zona de turbulencia completa.

PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN ACCESORIOS COMUNES

TIPO DE ACCESORIOCOEFICIENTE DE PERDIDA (K)

EJEMPLO GRAFICO

ENTRADA: Formula = KV2/2gBordes agudosBordes ligeramente redondeados.Bordes acampanadosBordes entrantesK = 0.5K = 0.26K = 0.04K = 1

ENSANCHAMIENTO: Formula:K(V1-V2)2/2g = K(A2/A1 1)2*V22/2g(V1 : velocidad aguas arriba ; V2 : velocidad aguas abajo)BruscoGradual.

K = 1Grafico de Gibson

CONTRACCION: Formula:(1/CC 1)2*V22/2g = K V22/2g (V2 : velocidad aguas abajo )BruscaGradual.

tabla de weisbachK = 0

CAMBIO DE DIRECCIN K V2/2g (V : velocidad media)Codo de 90Codo de 45Codo de curva fuerte.Codo curva suave..

K = 0,90K = 0,42K = 0.75K = 0.60

VALVULAS ( V : velocidad media)Vlvula de globo (totalmente abiertas).Vlvula de compuerta (totalmente abierta) Vlvula check (totalmente abierta)K = 10,0K = 0,19K = 2,5

MECNICA DE FLUIDOS IIMATERIALES Y EQUIPOS

EQUIPO FME 05; DE PERDIDA DE CARGA LOCALES:

Este accesorio del Banco de servicios comunes permite demostrar prdidas en diferentes curvas, contraccin sbita, expansin sbita y una vlvula de control tpica. Este equipo puede trabajar con el Banco Hidrulico (FME00) Se incorporan para su estudio los siguientes acoplamientos tpicos: codo de inglete, codo de 90, curvas (radio grande y pequeo), contraccin sbita y expansin sbita. Todos llevan instrumentacin con puntos de muestreo de presin aguas arriba y aguas abajo. Estos puntos estn conectados a doce tubos manomtricos y dos manmetros tipo Bordn de 0 a 2,5 bares Para controlar el caudal se utiliza una vlvula de compuerta. Otra vlvula de compuerta est conectada a puntos de muestreo de presin aguas arriba y aguas abajo, conectados a su vez a un indicador diferencial situado en el borde del marco. El circuito hidrulico tiene tomas de presin a lo largo de las tuberas, lo que permite medir la prdida de energa en distintos elementos.

BANCO HIDRAULICO

El banco hidrulico est diseado como mesa de trabajo, cuenta con dos depsitos volumtricos de diferentes tamaos, para la medida de pequeos y grandes caudales con gran exactitud. El banco cuenta con conexiones mediante tuercas de unin y un enchufe rpido (suministrado con 2 metros de manguera flexible), de forma que la instalacin de los diferentes equipos de trabajo es gil y sencilla. Cuenta adems con un tramo intercambiable, donde se pueden acoplar gran cantidad de equipos.

Para el caso de la prctica, dotara de agua al conducto de entrada del Dispositivo experimental, as como tambin tendr la funcin de depsito de desage del Dispositivo.

PROBETAInstrumento que nos servir para calcular el caudal, mediante la medicin del volumen que ingresa en un determinado tiempo

CRONOMETROAyudar a determinar el tiempo requerido para que ingrese cierto volumen de agua en la probeta.

INSTALACIN DEL EQUIPO

Conectar el tubo de entrada con la boquilla de impulsin del banco, e introducir en el tanque volumtrico el extremo del tubo de salida situado aguas debajo de la vlvula de control.En el circuito hidrulico del equipo se hallan instalados en serie, para poderlos comparar directamente, una sucesin de elementos singulares que provocan prdidas de carga localizadas en el lugar en donde se encuentran situados, a saber:

Un cambio gradual de direccin, en forma de codo largo. Un ensanchamiento brusco de seccin. Un estrechamiento brusco de seccin. Un cambio gradual de direccin, en forma de codo medio. Un cambio brusco de direccin, en forma de codo corto (a 90). Una vlvula de tipo compuerta. Un cambio brusco de direccin en forma de codo en inglete.

El caudal que circula se regula con la vlvula de control de salida.Se han establecido varias tomas de presin esttica, que se encuentran conectadas a los dos tubos manomtricos existentes en el panel. Estos tubos manomtricos estn comunicados por la parte superior de un colector, que lleva en uno de los extremos los elementos necesarios para conectar una vlvula anti - retorno con enchufes rpidos.

Mediante una bomba manual de aire conectada a la vlvula antirretorno, se puede presurizar el sistema con el objeto de medir diferencias de presiones cuando la presin esttica es elevada. Con la bomba manual se pueden ajustar adecuadamente los niveles inciales de los manmetros para efectuar el ensayo, mediante la presurizacin con aire a travs de dicha bomba. En caso de querer sacar aire de los tubos manomtricos, habr que desconectar el tubo de nylon de enchufe rpido del colector, hasta que el agua se situ en el nivel deseado. Existe una pieza estranguladora, destinada a interrumpir la circulacin por los finos conductos de tomas de presin correspondientes al codo en inglete, que debe utilizarse cuando se precise experimentar con la vlvula de compuerta.

En la parte inferior del panel estn instalados dos manmetros (14 , 15), con el objeto de leer las presiones de entrada y salida de la vlvula de compuerta (9), lo que permitir obtener las perdidas de carga en dicha vlvula.

PROCEDIMIENTO

Montar el aparato sobre el Banco hidrulico.Conectar el tubo de entrada el aparato a la impulsin del Banco, y empalmar un conducto flexible a la salida de aquel, para que pueda desaguar en el tanque volumtrico. Abrir completamente la vlvula de control de salida del aparato y la vlvula de compuerta.A continuacin, y una vez comprobado que el aire ha sido desalojado, cerrar la vlvula de control de salida y desconectar, con cuidado, la vlvula anti - Retorno hasta conseguir que los finos conductos de tomas de presin y los tubos manomtricos del panel estn llenos de agua. Durante el ensayo se puede ajustar a voluntad los niveles de los tubos manomtricos, presurizando lentamente aire con la ayuda de la bomba manual, si se desea bajarlos liberando aire, a travs de la vlvula anti - retorno, si se quiere subirlos. Abrir ligeramente la vlvula de control de salida. Tomar las lecturas indicadas en los tubos manomtricos y determinar el caudal del agua, anotando todos esos valores.

De forma escalonada, en sucesivas etapas, ajustar la vlvula de control de salida en distintos grados de apertura e ir anotando, como se ha indicado en el prrafo anterior, todas las lecturas correspondientes. Cuando se haya alcanzado la mxima apertura de la vlvula, repita el proceso anterior actuando la vlvula en sentido contrario hasta que sta quede totalmente cerrada. Una vez llegado a este punto se proceder a la segunda parte del ensayo con el fin de determinar el valor de la constante K para la vlvula de la compuerta.Utilizando la pinza, estrangular los conductos de las tomas de presin que corresponden al codo en forma de inglete. Abrir el mximo posible la vlvula de control de salida y abrir totalmente la vlvula de compuerta. En sucesivas etapas y escalonadamente, proceder al cierre de dicha vlvula anotando las lecturas manomtricas y determinando el caudal correspondiente a cada etapa. Una vez efectuadas varias medidas, repetir el proceso actuando sobre la vlvula e compuerta en sentido contrario hasta que, en varias etapas, se encuentre de nuevo totalmente abierta.