perdidas de carga locales 2014 - nolber.docx

8/17/2019 PERDIDAS DE CARGA LOCALES 2014 - nolber.docx

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INTRODUCCIÓN

En este ensayo de laboratorio el problema a resolver específicamente es evaluar

la perdida de energía que ocasiona un fluido al pasar a través de un tubo y variosaccesorios, todas estas pérdidas llamadas locales.

El análisis del comportamiento que presentará el fluido puede ser calculado; conerrores muy insignificantes, y por ello es la necesidad de hacer los ensayos delaboratorio para verificar la teoría con la práctica.

Gracias a este ensayo se podrán visualizar las pérdidas de energía que se vieronte ricamente lo que es de gran importancia, pues nos permitirá desarrollar en el

futuro obras hidráulicas en las que tendremos que tomar muy en cuentas estaspérdidas de carga.

Es de gran interés que el profesional egresado de la escuela profesional de!ngeniería "ivil, esté en la capacidad de conocer las características del fluido y delos accesorios utilizado en obras hidráulicas para realizar traba#os seguros y ser un profesional capaz.

OBJETIVOS

a. Estudiar las pérdidas de cargas debido a los accesorios que se instalanen un tramo de la tubería, como ensanchamiento, contracci n, válvula,etc.

b. "alcular el margen de error entre la constante del accesorio calculadoe$perimentalmente y el te rico.

c. E$perimentar y calcular las pérdidas de carga de corriente que circulaen un sistema hidráulico para los casos de ensanchamiento,estrechamiento, codo corto, codo medio, codo largo e inglete.

d. Encontrar el coeficiente de perdida de carga local promedio %&', paracada uno de los accesorios antes mencionados.

MARCO TEÓRICO

PÉRDIDADAS LOCALES


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PERDIDA DE CARGAS LOCALES

(e considera que tales pérdidas ocurren localmente en el disturbio del flu#o. Estasocurren debido a cualquier disturbio del flu#o provocado por curvaturas o cambiosen la secci n.(on llamadas pérdidas menores porque pueden despreciarse en tuberías largas,donde las pérdidas debidas a la fricci n son altas en comparaci n con las pérdidaslocales. (in embargo en tuberías cortas y con un considerable n)mero deaccesorios, el efecto de las pérdidas locales será grande y deberán tenerse encuenta

FÓRMULA GENERAL

*as pérdidas menores son provocadas generalmente por cambios en la velocidad,sea magnitud o direcci n. E$perimentalmente se ha comprobado que estaspérdidas son apro$imadamente proporcionales al cuadrado de la velocidad.

h L= K V

2

2 g

+ ndeh L - pérdida de carga local, en m. K - coeficiente de perdida, que depende, del n)mero de eynolds y de la

rugosidad del tubo.V

2 /2 g - la carga de velocidad, aguas aba#o, de la zona de alteraci n del flu#o

en m.

Cuando se experimenten y comprueben todos los coefcientesde pérdida, la pérdida de carga total en un sistema de tuberíase determina de la siguiente manera:

Pérdidadecargatotal :

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htotal = hf + h L= ∑i

f i Li Di

V i2

2 g+ ∑

j K L, j

V j2

2 g

+onde i representa cada tramo de tubería con diámetro constante y # representécada accesorio que provoca una pérdida menor. (i todo el sistema de tubería por analizar tiene un diámetro constante, la ecuaci n anterior se reduce a

Pérdidadecargatotal ( D= constante ) :

htotal =(f L D +∑ K L) V 2

2 g

+onde / es la velocidad de flu#o promedio a través de todo el sistema %note que/- constante pues + - constante'.

COEFICIENTES DE PÉRDIDA REPRESENTATIVOS K *a siguiente tabla da algunos de los valores de K para diferentes tipos de puntosingulares

Tipo de singularidad K Válvula de compuerta totalmente abierta 0,2Válvula de compuerta mitad abierta 5,6

Curva de 90º 1,0Curva de 45º 0,4Válvula de pie 2,5Emboque (entrada en una tuber a! 0,5"alida de una tuber a 1,0En#anc$amiento bru#co (1%(& 1'& 2!2!2

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educci)n bru#ca de #ecci)n (Contracci)n! 0,5(1%(& 1'& 2!2!2

EQUIPOS Y MATERIALES

BANCO HIDRAÚLICO

Descripción:

Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teoríahidráulica y las propiedades de la mecánica de fluidos."ompuesto por un banco hidráulico m vil que se utiliza para el laboratoriose e$perimentara con el equipo para 01 +!+2( +E "2 G2 *3"2*E(,que permiten e$perimentar las pérdidas de carga con accesorios./álvula de desag4e fácilmente accesible.+ispone de un dep sito escalonado %volumétrico' para medir caudales altosy ba#os, además de una probeta de un litro de capacidad para caudales a)nmás ba#os."audal regulado mediante una válvula de membrana.5omba centrífuga.

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EQUIPO PARA PÉRDIDAS DE CARGA LOCALES FMR0

Descripción:

El m dulo consiste en un circuito hidráulico dotado de una sucesi n de elementosque provocan perturbaciones en el flu#o normal del fluido que circula por la tubería,debidas a variaciones bruscas de secci n y direcci n y rozamientos o fricci n.

Estos elementos son+os codos de 678, uno corto y uno medio.9na curva de 678 o codo largo.9n ensanchamiento brusco de secci n.9n estrechamiento brusco de secci n.9n cambio brusco de direcci n en forma de codo de inglete.El m dulo dispone de : man metros, tipo 5ourdon 7 :,< bar+oce tubos manométricos de agua presurizada.

*a presurizaci n del sistema se realiza con una bomba manual de aire.El circuito hidráulico dispone de tomas de presi n a lo largo de todo el sistema, loque permite la medici n de las pérdidas de carga locales en el sistema.

El m dulo dispone de dos válvulas de membrana que son*a primera válvula que permite la regulaci n del caudal de salida*a segunda está dispuesta en serie con el resto de accesorios delcircuito hidráulico.

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PROBE!A GRADUADA

(e observa en la figura la toma de vol)menes de agua en ml en la probeta.

CRON"ME!RO

(e utiliza para tomar el tiempo, para después calcular los respectivos caudales

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PROCEDIMIENTO• =ontar el quipo para 01 +!+2( +E "2 G2 *3"2*E(, sobre el 5anco

hidráulico.

• "onectar el tubo de entrada el aparato a la impulsi n del 5anco, yempalmar un conducto fle$ible a la salida de aquel, para que puedadesaguar en el tanque volumétrico.

• 2brir completamente la válvula de control de salida del aparato y la válvulade compuerta.

• 2 continuaci n, y una vez comprobado que el aire ha sido desalo#ado,cerrar la válvula de control de salida y desconectar, con cuidado, la válvulaanti etorno hasta conseguir que los finos conductos de tomas de presi ny los tubos manométricos del panel estén llenos de agua.

• +urante el ensayo se puede a#ustar a voluntad los niveles de los tubosmanométricos, presurizando lentamente aire con la ayuda de la bombamanual, si se desea ba#arlos liberando aire, a través de la válvula anti retorno, si se quiere subirlos.

• 2brir ligeramente la válvula de control de salida. >omar las lecturasindicadas en los tubos manométricos y determinar el caudal del agua,anotando todos esos valores.

• +e forma escalonada, en sucesivas etapas, a#ustar la válvula de control desalida en distintos grados de apertura e ir anotando, como se ha indicadoen el párrafo anterior, todas las lecturas correspondientes. ?asta cuando sehaya alcanzado la má$ima apertura de la válvula.

• 9na vez llegado a este punto se procederá a la segunda parte del ensayocon el fin de determinar el valor de la constante @&A para la válvula de lacompuerta.

• 2brir el má$imo posible la válvula de control de salida y abrir totalmente laválvula de compuerta. En sucesivas etapas y escalonadamente, proceder al

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cierre de dicha válvula anotando las lecturas manométricas y determinandoel caudal correspondiente a cada etapa.

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TOMA DE DATOSEn el laboratorio se tomaron los siguientes datos.

!OMA DE DA!OS EN LOS !UBOS MANOMÉ!RICOS

ELEMENTOS ALTURAS !!" SERIE N#$ SERIE N#2 SERIE N#3 SERIE N#4E%&'%()'!*+%,-

hB :CC :6C DB< D Bh: :67 D77 DB6 DF:

C-%,.'((*/% hB :C6 D77 DBC DF7h: :CC :6 D7C D C

C-0- 1'. - hB :CC :6F DB D 7h: :C :6 D76 D <

C-0- !+0*- hB :C< :6: D7 D Bh: :CD :C D7: DD

C-0- (-.,- # hB :C: :FC :6C D:h: :FF :F6 :C< :66

I% 1+,+hB : :DD B6F B7h: : D :: BC F7

!OMA DE CAUDALES

SERIEN# VOLUMEN !1"

TIEMPO&" CAUDAL !3 &" CAUDAL PROMED !3 &"

F7


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DATOS DE TUBERIA

DATOS DE LA V LVULA DELA COMPUERTA

+.0*0' 1-('1!" 9-1:!+% !3" ,*+! - &" (':0'1 !3 &"

9+1-(*0'0! &" V"

2

7.

SERIEN#

CAUDALPROMED

!3 &"B 6.:CBE 7<

: B.:D E 7D B. 66E 7

:.


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CONTRACCION

D$?3 4@@ D2?$ 2@@

PARAMETROS

SERIE N#$ SERIE N#2SERIE N#3 SERIE N#4

(m) 7.77B 7.77 7.7B7 7.7::1 (m/s) 7.D: 7. D 7.


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D?$ 2@@ PARAMETR

OS SERIE N#$ SERIE N#2 SERIE N#3SERIE

N#4 (m) 7.77: 7.77C 7.77 7.77<

(m/s) 7.FDD 7.6F B.D : :.7 :( ) 2/2g (m) 7.7:F 7.7 6 7.76: 7.:B:

+ 7.7FD 7.B < 7.7 7.7:K PROM 0&0(+

CODO CORTO #

D?$ 2@@

PARAMETROS

SERIE N#$ SERIE N#2SERIE N#3

SERIEN#4

(m) 7.77< 7.77B 7.7BD 7.7:F (m/s) 7.FDD 7.6F B.D : :.7 :

( ) 2/2g (m) 7.7:F 7.7 6 7.76: 7.:B:+ 7.BCD 7.7:B 7.B : 7.B:F

K PROM 0&'0,

INGLETE

INGLETE D?$ 2@@ PARAMETR

OS SERIE N#$ SERIE N#2 SERIE N#3

SERIE

N#4 (m) 7.77D 7.776 7.7BD 7.7D (m/s) 7.FDD 7.6F B.D : :.7 :

( ) 2/2g (m) 7.7:F 7.7 6 7.76: 7.:B:+ 7.BB7 7.BC< 7.B : 7.B 7

K PROM 0&'-.

SERIEN#

CAUDALPROMED

!3 &"

B 6.:CBE 7


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V LVULA

+.0*0' 1-('1!"

9-1:!+%!3"

,*+! -&"

(':0'1!3 &"

9+1-(*0'0! &" V"

2 2

7.


14/27

" """" ""2" ""$" """ """ "1"" "12

-(x) . "x * "

ENSANC;AMIENTO

0 0C3 45 0678inear( 0 0C3 45 067)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.77:6o >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" V ! &" V 27.77: 7. 7F 7.77D<7.77: 7.< : 7.77 F

7.77 7.F < 7.777.7BB B.BD 7.776C

PROMEDIO 7.77 B

o 0ara el ensanchamiento la pendiente de la e$presi n ∆ h - f %/', nose comprueba lo anteriormente planteado.

0&00*. / 0&00+'


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" """" ""&" "1"" "1&

" "2"" "2&

-(x) . " "1x * " "1

CONTRACCION

C7069 CC5708inear (C7069 CC570)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o endiente de la ecuaci;n de la recta . " "" !o 6abla de


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" """" ""2" ""$" """ """ "1"" "12" "1$" "1

-(x) . "x * "

CODO LARGO

C7=7 8 9>78inear (C7=7 8 9>7)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.77 Bo >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" V ! &" V 2

7.77: 7.FDD 7.77:7.77D 7.6F 7.77D:

7.77< B.D : 7.77

7.7B< :.7 : 7.77 C

PROMEDIO 7.77 :

o 0ara el codo largo la pendiente de la e$presi n ∆ h - %! ', seapro$iman verificando la pendiente.

0&00-' 0&00-*


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" """" ""1" ""2" ""#" ""$" ""&" ""

" ""!" """ ""%

-(x) . "x ? "

CODO MEDIO

C7=7 4 =578inear (C7=7 4 =57)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.777<o >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" V ! &" V 2

7.77: 7.FDD 7.77:C7.77C 7.6F 7.77DC7.77 B.D : 7.77


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*" ""&" """" ""&" "1"" "1&" "2"" "2&" "#"

-(x) . " "1x * " "1

CODO CORTO #

C7=7 C7967 %"@8inear (C7=7 C7967 %"@)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.77Co >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" V ! &" V 2

7.77< 7.FDD 7.77 7

7.77B 7.6F 7.77<

7.7BD B.D : 7.77F

7.7:F :.7 : 7.7BB:

PROMEDIO 7.77F7

o 0ara el codo corto de 67I la pendiente de la e$presi n ∆ h - %! ', seapro$iman, verificando la pendiente.

0&00, 0&00(0


19/27

" """" ""&" "1"" "1&" "2"" "2&" "#"" "#&" "$"

-(x) . " "1x * " "1

INGLETE

50>8 68inear (50>8 6 )

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o endiente de la ecuaci;n de la recta . " ""%!o 6abla de


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∆ h - %! 2 '; la pendiente en cualquier punto de la recta deberá comprobarse

con K 2 g

" """" ""2" ""$" """ """ "1"" "12

-(x) . "x * "

ENSANC;AMIENTO

0 0C3 45 0678inear( 0 0C3 45 067)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.77:6o >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" V2

('1(:1'0- 27.77: 7.B 7.77: 7.:6 7.77 7.


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" """

" ""&

" "1"

" "1&

" "2"

" "2&

-(x) . " "1x * " "1

CONTRACCION

C7069 CC5708inear (C7069 CC570)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.77 Fo >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" 2 ('1(:1'0- 2

7.77B 7.B 7.77 7.:6 7.7B7 7.


22/27

" """" ""2" ""$" """ """ "1"" "12" "1$" "1

-(x) . "x * "

CODO LARGO

C7=7 8 9>78inear (C7=7 8 9>7)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.77 Bo >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" V 2 ('1(:1'0- 2

7.77: 7.


23/27

" """" ""1" ""2" ""#" ""$" ""&" ""

" ""!" """ ""%

-(x) . "x ? "

CODO MEDIO

C7=7 4 =578inear (C7=7 4 =57)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o 0endiente de la ecuaci n de la recta - 7.777<o >abla de valores e$perimentados y calculados.

) !" V 2 ('1(:1'0- 2

7.77: 7.


24/27

*" ""&

" """

" ""&

" "1"

" "1&" "2"

" "2&

" "#"

-(x) . " "1x * " "1

CODO CORTO #

C7=7 C7967 %"@8inear (C7=7 C7967 %"@)

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o endiente de la ecuaci;n de la recta . " ""o 6abla de


25/27

" """" ""&" "1"" "1&" "2"" "2&

" "#"" "#&" "$"

-(x) . " "1x * " "1

INGLETE

50>8 68inear (50>8 6 )

V+1-(*0'0 ! &"

) !"

o endiente de la ecuaci;n de la recta . " ""%!o 6abla de


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CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

B. "on datos obtenidos en el laboratorio de hidráulica y los cálculosrespectivos se ha obtenido los siguientes coeficientes de pérdida para cadaaccesorioo El valor del coeficiente de perdida de carga local para el

Ensanchamiento K = 0.170

o El valor del coeficiente de perdida de carga local para el

"ontracci n & - 7.D7:

o El valor del coeficiente de perdida de carga local para el "odo *argocalculado es & - 7.7 <

o El valor del coeficiente de perdida de carga local para el "odo =ediocalculado es & - 7.7F

o El valor del coeficiente de perdida de carga local para el "odo "ortocalculado es & - 7.B7C.

o El valor del coeficiente de perdida de carga local para el !ngletecalculado es & - 7.B 6

o El valor del coeficiente de perdida de carga local para la válvula

calculada es & - B. B6:. *a determinaci n de los coeficientes de pérdidas de carga local, es de

suma importancia, ya que sabiendo la magnitud de las mismas, podremosobtener un buen criterio para diseJar las redes de tuberías con diversosaccesorios, por e#emplo en una ed de >uberías en una "asa, unapoblaci n , etc.

D. En la e$periencia de laboratorio realizada se pudo conocer cuáles son losaccesorios que ocasionan mayores y menores perdidas de carga.

. (e observa que ay diferencias entre los resultados, entre la teoría y lapráctica, ya que ay muchos aspectos que influyen en la práctica, los cualesen la teoría no se toman en cuenta.


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