perdidas de cargas locales

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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES INGENIERIA CIVIL

“UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES”

Escuela profesional de ingeniería civil

CARRERA: INGENIERÍA CIVIL UNIDAD DE EJECUCION

CURRICULAR: Laboratorio de fluidos e hidráulica

TEMA: perdida de cargas locales por ecuación de darcy

Catedrático: ING, HUATUCO GONZALES, MARIO

Alumno:

CUADROS SUEREZ, PERCY DIAS ALEJO , JORGE DE LA CRUZ FERNÁNDEZ , EDUARDO ESCOBAR EGOAVIL.WILMER HUATUCO LIZANO,ERICK MELO HINOSTROZA,YONEL MOLINA QUISPE,ANGEL PUCCLLAS QUISPE ,EBER ROJAS CARHUALLANQUI,TEMERSON ROMERO HILARIO,GIANFRANCO

NIVEL: vii AULA: a1

Huancayo – Perú 2015

PERDIDA DE CARGAS LOCALES POR ECUACION DE DARCY

ING CIVIL

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1. APLICACIÓN : La aplicación de la “ECUACION DE BERNOULI”para fluidos reales, entre 2 secciones de un mismo tramo de tubería es

2.

PÉRDIDA EN UNA EXPANSIÓN SÚBITA

Un ensanchamiento súbito en la tubería provoca un incremento en la presión de P1 a P2 y un decrecimiento en la velocidad de V1 a V2 (figura 1).

Figura 1. Pérdida en una expansión súbita.

Separación y turbulencia ocurre cuando el flujo sale del tubo más pequeño y las condiciones normales del flujo no se restablecen hasta una cierta distancia aguas abajo. Una presión P0actúa en la zona de remolinos y el trabajo experimental ha demostrado que P0 = P1. Aislando el cuerpo del fluido entre las secciones (1) y (2), las fuerzas que actúan sobre el fluido son las que se muestran en la figura 2.

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Figura 2. Volumen de control para una expansión súbita.

3. ENSACHAMIENTO GRADUAL:Si la transmisión de un conducto a una mayor puede hacerse menor abrupta que la dilatación súbita de bordes cuadrados, la perdida de energía se reduce. Esta normalmente se hace colocando una sección cónica entre los dos conductos como se hace en la siguiente figura.

Figura 3. Ensanchamiento gradual

4. CONTRACCION SUBITA:La pérdida de energía debido a una contracción súbita, como la esbozada en la figura se calcula a partir de:

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Figura 04, contracción súbita

5. PERDIDAS LOCALES EN :

5.1. CODOS DE 90°Un cambio de dirección significa una alteración en la distribución de velocidades.

Fig.: 05, codo de 90°

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5.2. EN CODO DE 45° :Un cambio de dirección significa una alteración en la distribución de velocidades

FIG. 06, en codo de 45°

5.3. PARA EL CODO DE CURVATURA FUERTE : Un cambio de dirección significa una alteración en la distribución de velocidades

FIG. 06, para codo de curvatura fuerte

5.4. PARA EL CODO DE CURVATURA SUAVE:

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Un cambio de dirección significa una alteración en la distribución de velocidades

FIG:07, para codo de curvatura suave

6. COEFICIENTE DE PERDIDA:

COEFICIENTE

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TIPO DE ACCESORIO DE PERDIDAD (K)

GRAFICO

ENTRADA

BORDES AGUDOS K=0.5

BORDES LIGERAMENTE REDONDEADOS

K=0.26

BORDES ACAMPANADOS K=0.04

BORDES ENTRANTES K?1

ENSANCHAMIENTO

V1:VELOCIDAD AGUAS ARRIBA

K=1

V2:VELOCIDAD AGUAS ABAJO

GRAFICO DE GIBSON

CAMBIO DE DIRECCION

CODO DE 90 K=0.90

CODO DE 45 K=0.42

CODO DE CURVA FUERTE K=0.75

CODO DE CURVA SUAVE K=0.60

VALVULAS

VALVULA DE GLOBO K=10.0

VALVULA DE COMPUERTA K=0.19

VALVULA CHECK K=2.5

CONTRACCIONTABLA DE WEISBACHBRUSCA

GRADUAL K=0

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7. EQUIPOS Y MATERERIALES

7.1. FME 05

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Este módulo puede trabajar con el banco hidráulico (FME00) Cuenta con 12 tubos manométricos de agua presurizada Dispone de tomas de presión a lo largo de todo el sistema, lo

que permite la medición de las pérdidas de cargas locales en el sistema.

Dispone de dos válvulas de membrana, una que permite la regulación del caudal y la otra dispuesta en serie con el resto de accesorios del circuito hidráulico.

7.1.1. ELEMENTOS :

Dos codos de 90°

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Un codo largo de 90°

Un ensanchamiento

Dos manómetros

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8. DATOS TECNICOS Rango de los dos manómetros de 0 a 2.5 bar. Rango de los manómetros diferenciales de 0 a 500mm Numero de tubos manométricos 12 Tubería rígida de PVC Tuberías flexibles

9. PROCEDIMIENTO:

Montar el equipo sobre el Banco Hidráulico (FME 00) Conectar el equipo a un toma corriente para impulsar el

líquido. Conectar el tubo de entrada del aparato a la impulsión del

banco. Empalmar un conducto flexible a la salida de aquel, para que

pueda desaguar en el tanque volumétrico. Abrir completamente la válvula de control de salida del

aparato. Abrir la válvula del suministro del Banco Hidráulico para

permitir que el agua circule por el interior del aparato evacuando todas las bolsas o burbujas de aire que existen.

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A continuación y una vez comprobado que aire ha sido desalojado, cerrar la válvula de control de salida y desconectar, con cuidado la válvula anti retorno hasta conseguir que los finos conductos de tomas de presión y los tubos manométricos del panel estén llenos de agua.

Nivele los manómetros de agua, evitando que queden con burbujas de aire.

Tome las medidas de caudales en el banco hidráulico. Registre las diferencias de la lectura de los manómetros en la

tabla anexa. (La válvula debe ser utilizada para regular el flujo de agua en el aparato).

Se prosigue con la medición de Altura de entrada (He) y la Altura de salida (Hs), cada medición va a tener diferente caudal, la cual se calculó en una cantidad de 5 litros por medida.

Durante el ensayo se pueden ajustar a voluntad los niveles de los tubos manométricos, presurizando lentamente aire con ayuda de la bomba manual si se desea bajarlos liberando aire a través de la válvula anti retorno, si se quiere subirlos.

Luego de obtener los seis datos diferentes experimentales en el laboratorio, se procede a realizar los cálculos correspondientes.

10. DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO:

A) CODO DE RADIO LARGO

N° TIEMPO VOLUMEN CAUDAL

1 28.59 0.005 0.0001749

2 34.67 0.005 0.0001442

3 39.94 0.005 0.0001252

4 40.65 0.005 0.000123

5 61.20 0.005 0.0000817

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6 62.42 0.005 0.0000801

DONDE:He= altura de entradaHs= altura de salida

Hps = 0.233-0.421=-0.188Hps = 0.222-0.4545=-0.2325Hps = 0.198-0.351=-0.153Hps = 0.182-0.3495=-0.1675Hps = 0.152-0.3455=-0.1935Hps = 0.136-0.332=-0.196

K= 0.014

211611(0.0001749)2 =2.2

K= 0.061

211611(0.0001442)2 =13.9

ING CIVIL

Hps= he – hs

K= HPS

211611(Q)2

Nº he (m) hs (m) hps (m) Caudal K1 0.233 0.421 -0.188 0.000272 -12.12 0.222 0.4545 -0.2325 0.000273 -14.73 0.198 0.351 -0.153 0.000244 -12.14 0.182 0.3495 -0.1675 0.000256 -12.15 0.152 0.3455 -0.1935 0.000201 -22.66 0.136 0.332 -0.196 0.000128 -56.6

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K= 0.009

211611(0.0001252)2 =2.7

K= 0.01

211611(0.000123)2 =3.1

K= 0.005

211611(0.0000817)2 =3.5

K= 0.004

211611(0.0000801)2 =2.9

B) ENSANCHAMIENTO:

N° Q

1 0.00017492 0.00014423 0.00012524 0.0001235 0.00008176 0.0000801

DONDE:

De= diámetro menor.Ds= diámetro mayor.

ING CIVIL DeDs

=2540=0.625

Nº De/Ds (De/Ds)^2 K1 0.625 0.39 0.372 0.625 0.39 0.373 0.625 0.39 0.374 0.625 0.39 0.375 0.625 0.39 0.376 0.625 0.39 0.37

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C) CONTRACCION:

Nº De/Ds (De/Ds)^2

[1-(De/Ds)^2]^2

1 1.6 2.56 2.432 1.6 2.56 2.433 1.6 2.56 2.434 1.6 2.56 2.435 1.6 2.56 2.436 1.6 2.56 2.43

Donde:

ING CIVIL

(0.625)^2=0.39

k= (1-(De/Ds)^2)^2=0.37

DsDe

=4025 =1.6 K= [1-(40/25)^2]^2

=2.43(40/25)^2

=2.56

N° Q

1 0.00017492 0.00014423 0.00012524 0.0001235 0.00008176 0.0000801

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D) CODO RADIO MEDIO

Nº he (m) hs (m) hps (m) K1 0.262 0.238 0.024 3.72 0.275 0.258 0.017 3.93 0.288 0.269 0.019 5.74 0.304 0.288 0.016 5.05 0.317 0.303 0.014 9.96 0.332 0.323 0.009 6.6


E) CODO DE RADIO CORTO

ING CIVIL

Hps= he – hs

K= HPS

211611(Q)2

N° Q

1 0.00017492 0.00014423 0.00012524 0.0001235 0.00008176 0.0000801

N° Q

1 0.00017492 0.00014423 0.00012524 0.0001235 0.00008176 0.0000801

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Nº he (m) hs (m) hps (m) K1 0.063 0.021 0.042 6.52 0.106 0.066 0.04 9.13 0.134 0.103 0.031 9.34 0.174 0.149 0.025 7.85 0.203 0.184 0.019 13.56 0.253 0.237 0.016 11.8


F) INGLETE:

ING CIVIL

Hps= he – hs

K= HPS

211611(Q)2

N° Q

1 0.00017492 0.00014423 0.00012524 0.0001235 0.00008176 0.0000801

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Nº he (m) hs (m) hps (m) K1 0.067 0.035 0.032 44.62 0.084 0.067 0.017 34.93 0.087 0.081 0.006 16.34 0.107 0.088 0.019 53.65 0.109 0.098 0.011 70.36 0.108 0.089 0.019 126.3


11. HOJA DE CALCULO DE PERDIDAS LOCALESA) CODO RADIO LARGO

Nº he (m) hs (m) hps (m) Caudal K1 0.247 0.233 0.014 0.000175 2.22 0.283 0.222 0.061 0.000144 13.93 0.204 0.195 0.009 0.000125 2.74 0.191 0.181 0.01 0.000123 3.15 0.157 0.152 0.005 8.17E-05 3.56 0.14 0.136 0.004 8.01E-05 2.9

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Hps= he – hs

K= HPS

23450.56 (Q)2

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B) ENSANCHAMIENTO

Nº De/Ds (De/Ds)^2

K Q (m3/s)

1 0.625 0.39 0.37 0.000242 0.625 0.39 0.37 0.0002243 0.625 0.39 0.37 0.0002144 0.625 0.39 0.37 0.0001885 0.625 0.39 0.37 0.0001836 0.625 0.39 0.37 0.000133

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C) CONTRACCION

Nº De/Ds (De/Ds)^2

[1-(De/Ds)^2]^2

Q (m3/s)

1 1.6 2.56 2.43 0.0001749

2 1.6 2.56 2.43 0.0001442

3 1.6 2.56 2.43 0.0001252

4 1.6 2.56 2.43 0.000123

5 1.6 2.56 2.43 0.0000817

6 1.6 2.56 2.43 0.0000801

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D)CODO RADIO MEDIO

Nº he (m) hs (m) hps (m) Caudal K1 0.262 0.238 0.024 0.0001749 3.72 0.275 0.258 0.017 0.0001442 3.93 0.288 0.269 0.019 0.0001252 5.74 0.304 0.288 0.016 0.000123 5.05 0.317 0.303 0.014 0.0000817 9.96 0.332 0.323 0.009 0.0000801 6.6

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E) CODO RADIO CORTO

Nº he (m) hs (m) hps (m) Caudal K1 0.063 0.021 0.042 0.0001749 6.52 0.106 0.066 0.04 0.0001442 9.13 0.134 0.103 0.031 0.0001252 9.34 0.174 0.149 0.025 0.000123 7.85 0.203 0.184 0.019 0.0000817 13.56 0.253 0.237 0.016 0.0000801 11.8

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F) INGLETE

Nº he (m) hs (m) hps (m) Caudal K1 0.067 0.035 0.032 0.000175 44.62 0.084 0.067 0.017 0.000144 34.93 0.087 0.081 0.006 0.000125 16.34 0.107 0.088 0.019 0.000123 53.65 0.109 0.098 0.011 8.17E-05 70.36 0.108 0.089 0.019 8.01E-05 126.3

12.ANALISIS DE RESULTADOS.

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Se puede observar que unos accesorios generan más perdidas que otros, por ejemplo los codos generan más pérdidas que las expansiones, a su vez las contracciones bruscas generan más perdidas que las expansiones.

Realizando un paralelo con la práctica de pérdidas por fricción se puede deducir que las pérdidas de diferentes tipos sumadas afectan de forma significativa la energía del fluido, por lo cual es imperante tener en cuenta ambos aspectos.

La mejor forma de determinar la caída de energía del flujo es realizar una línea de energía piezométricas y total con el in de determinar que accesorios generan mayores pérdidas, con el fin de tomar acciones para poder mitigar o controlar dichas perdidas.

Teniendo en cuanta los resultados, las pérdidas de carga generadas por los accesorios se pueden dedicar al aumentar; las pérdidas se hacen mayores, estableciéndose una relaciones directamente proporcional

13. COCLUSION: las pérdidas locales son determinantes en el diseño de

redes de tubería las pérdidas de cargas locales son diferentes para cada

tipo de accesorio.

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, ocurren pérdidas de energía expresados como pérdidas de altura debido a la fricción o accesorios; dichas energías traen como resultado una disminución dela presión entre dos puntos del sistema de flujo o caída de altura por contracción o ganancia de altura por expansión

Analizando los resultados de las pérdidas de carga generadas por los accesorios se concluye que al aumentar el caudal, las pérdidas se hacen mayores, estableciéndose una relación directamente proporcional. De igual manera

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es el comportamiento de las pérdidas por unidad de longitud, respecto a la variación del caudal.

Del ensayo realizado se pudo conocer cuáles son los accesorios para tuberías que ocasionan mayores y menores diferencias piezométricas. También se pudo establecer cuáles son los materiales que generan mayores pérdidas por unidad.

Las pérdidas locales manifiesta el comportamiento del flujo del líquido al transportarse por diferentes conductos.

Las pérdidas locales simulas las pérdidas reales de una red de tubería.

Los accesorios determinan la intensidad del flujo Cada tipo de accesorio tiene su coeficiente de perdida El valor del coeficiente de perdida de carga local son

teórico /experimental codo radio largo k=6/4.71 Ensanchamiento K=0.3713/0.37 Contracción K= 0.2716/0.24 Radio medio K=0.75/0.58 Radio corto K=0.9/0.97 Inglete K=1.1/5.8

14. RECOMENDACIONES Y SUGERENCIAS :

Se recomienda, antes de realizar el ensayo verificar el funcionamiento óptimo de la maquina (FME 05).

La variación de caudal debe de ser constante para cada medición y variable para cada medida.

Tener en cuenta que un ensanchamiento súbito provoca un incremento en la presión y decrecimiento en la velocidad.

Tener en cuenta que un cambio de dirección significa una alteración en la distribución de velocidades.

La mejor forma de determinar la caída de energía del flujo es realizar una línea de energía piezometrica y total con el

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fin de determinar que accesorios generan mayores pérdidas, en el fin de tomar acciones para poder mitigar o controlar dichas perdidas.

Tener en cuenta que las pérdidas de cargas generadas por los accesorios se pueden dedicar al aumentar; las pérdidas se hacen mayores, estableciéndose una relación directamente proporcional.

Tener en cuenta que los codos generan más pérdidas que las expansiones, a su vez las contracciones bruscas generan más pérdidas que las expansiones.

Para una contracción brusca se debe tener en cuenta el uso de los coeficientes de weisbach.

15. ANEXOS

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16. BIBLIOGRAFIA:

Hidráulica general volumen 1 fundamentos, SOTELO Gilberto Ávila, editorial limusa, año 2010, Pág. No 138.

Mecánica de fluidos, STREETER Víctor, editorial McGraw-Hill, año 1998.

Mecánica de tuberías, SALDARRIAGA Juan G, editorialMcGrawHill, año 1997.

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perdidas de cargas locales

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