LABORATORIO HIDRULICA I

LABORATORIO 4 HIDRULICA IPERDIDAS POR ACCESORIOS

Presentado por:Ascencio Silva Jonathan Ricardo - 200820118Montero Fiallo Joan Sebastian- 200821474Numpaque Otlora Luis Alejandro - 200820031

Presentado a:Ing. Edisson Ramiro Cepeda.Monitora: Ana Cristina Moreno Becerra

Universidad pedaggica y tecnolgica de ColombiaFacultad de ingenieraEscuela de ingeniera civilTunja, Boyac20131. INTRODUCCION.

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algn otro dispositivo, ocurren prdidas de energa expresados como perdidas de altura debido a la friccin o accesorios; dichas energas traen como resultado una disminucin delapresinentredospuntosdelsistemadeflujoocadadealturapor contraccin o ganancia de altura porexpansin.

2. OBJETIVOS.

Determinar en forma experimental los coeficientes de prdidas para diferentes tipos de accesorios a lo largo de una tubera.

Comparar valores tericos con experimentales.

3. MARCO TERICO

Las tuberas de conduccin que se utilizan en la prctica estn compuestas, generalmente, por tramos rectos y con cambios de alineamiento para ajustarse a los accidentes topogrficos del terreno, as como a los cambios que se presentan en la geometra de la seccin y de los distintos dispositivos para el control del flujo en la conduccin. Estos cambios originan prdidas de energa, distintas a las de friccin, localizadas en el sitio mismo del cambio de geometra o de la alteracin del flujo. Tal tipo de prdida se conoce como prdida local o por accesorios.

En la grfica se muestra el flujo de agua con una velocidad Vu a lo largo del tubo deDimetro Du hacia una tubera con contracciones, dobleces, cambios de direccin o vlvulas etc.

Figura 1. Representacin esquemtica de prdidas por accesorios a lo largo de una tubera.Las prdidas que ocurren a travs de estos accesorios es lo que se conoce como perdidas menores debido al cambio en la geometra o en la alteracin del flujo; esta magnitud se expresa como una fraccin de carga de velocidad inmediatamente aguas abajo del sitio donde se produce la perdida. Para el anlisis el flujo pasa a una tubera de dimetro Dd con una velocidad Vd, donde las prdidas son tomadas como:

Dependiendo del tipo de prdidas que se trate esta expresin puede darse en funcin de la velocidad afectada por un coeficiente a dimensional K.

Para Du = Dd entonces:

Siendo h=cada de la lnea piezomtricas.

Para cambios de curvatura. Si se visualiza el flujo en un cambio de direccin, se observa que los filetes tienden a conservar su movimiento rectilneo en razn de su inercia. Estomodifica la distribucin de velocidades y produce zonas de separacin en el lado interior y aumentos de presin en el exterior, con un movimiento espiral que persiste en una distancia de 50 veces el dimetro. Si el cambio de direccin es gradual con una curva circular de radio medio R y rugosidad absoluta , para obtener el coeficiente de prdida K se usa para la grfica de Hoffman que, adems toma en cuenta la friccin en la curva.

Figura 2. Codo 90.

Donde K est en funcin de la geometra de la seccin R/D

Para perdidas por ampliacin. Esta se origina al producirse una ampliacin de la seccintransversal del tubo. El coeficiente K depende de la brusquedad de la ampliacin y paraencontrarlo se usa la frmula de Borda Carnot

Figura 2. Ampliacin Brusca.

El valor de la constante k se determina como:

Dnde:

Para reduccin brusca. En este caso se produce un fenmeno de contraccin semejante alde entrada a la tubera, el cual tambin conviene que sea gradual. Si bien en este caso laprdida es inferior a la de la ampliacin, dependiendo de la brusquedad con que se efectela contraccin, el coeficiente de prdida est supeditado al ngulo al cual esta se produzca.

Figura 3. Contraccin Brusca.

Coeficiente de prdida

4. EQUIPOS.

Banco Hidrulico Tablero de prdidas por accesorios. Pesas. Cronometro.

5. PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO Conecte el aparato al banco hidrulico por la unidad de entrada. Anote los dimetros de los tubos y las dimensiones de los ajustes mostrados en el diagrama. Abra la vlvula de salida cuidadosamente, para establecer un flujo a travs del sistema. Nivele los manmetros de agua, evitando que queden con burbujas de aire. Tome las medidas de caudales en el banco hidrulico. Registre las diferencias de la lectura de los manmetros en la tabla anexa. (La vlvula debe ser utilizada para regular el flujo de agua en el aparato).

[LABORATORIO HIDRULICA I]11 de mayo de 2013

Escuela Ingeniera CivilPgina 4

6. CALCULOS Y RESULTADOS LECTURA DE DIFERENCIA PIEZOMETRICA (mm)

No.m (kg)t (seg) Q (l/seg)Codo recto 90Codo (R.C)Ampliacin ContraccinCurva

(1-2)(3-4)(5-6)(7-8)(9-10)

11,537,760,11917379346331316314317318302304290

22340,17647394344316287283289289256260229

32,531,860,23540410344310273265274274230236199

4331,820,28284423340297250244255255197204153

53,537,350,28112425335292244235247247190195142

6433,150,36199445335286227217233233164170113

74,534,920,3866045933527921220021921914014781

85350,4285747533727420219020920912513361

95,537,30,4423648133627819017720020010811635

LECTURA DE DIFERENCIA PIEZOMETRICA (m)

No.m (kg)t (seg) Q (m3/seg)Codo recto 90Codo (R.C)AmpliacinContraccinCurva

(1-2)(3-4)(5-6)(7-8)(9-10)

11,537,760,00011920,3790,3460,3310,3160,3140,3170,3180,3020,3040,29

22340,00017650,3940,3440,3160,2870,2830,2890,2890,2560,260,229

32,531,860,00023540,410,3440,310,2730,2650,2740,2740,230,2360,199

4331,820,00028280,4230,340,2970,250,2440,2550,2550,1970,2040,153

53,537,350,00028110,4250,3350,2920,2440,2350,2470,2470,190,1950,142

6433,150,00036200,4450,3350,2860,2270,2170,2330,2330,1640,170,113

74,534,920,00038660,4590,3350,2790,2120,20,2190,2190,140,1470,081

85350,00042860,4750,3370,2740,2020,190,2090,2090,1250,1330,061

95,537,30,00044240,4810,3360,2780,190,1770,20,20,1080,1160,035

PERDIDAS TOTALES (m)

NoQV1V2V12/2*gV22/2*gCodo Recto 90Codo Curva

(m3/seg)(m/s)(m/s)(m)(m)(1-2)(3-4)(9-10)

10,00011920,2997261220,29972610,00458070,0045810,0330,0150,014

20,00017650,443829740,44382970,01004320,0100440,050,0290,031

30,00023540,59205160,59205160,01787140,0178730,0660,0370,037

40,00028280,7113550210,71135500,02579950,0258020,0830,0470,051

50,00028110,7070380070,70703800,02548730,025490,090,0480,053

60,00036200,910419980,91042000,04225930,0422630,110,0590,057

70,00038660,9723074210,97230740,04819980,0482040,1240,0670,066

80,00042861,0778722261,07787220,05923420,059240,1380,0720,072

90,00044241,1125490811,11254910,06310690,0631130,1450,0880,081

|PERDIDAS TOTALES (m)

NoQV1V2V12/2*gV22/2*gAmpliacin

(m3/seg)(m/s)(m/s)(m)(m)(5-6)

10,00011920,2997261220,1731830,004580650,001529295,13597E-05

20,00017650,443829740,2564470,01004410,003353310,000690784

30,00023540,59205160,3420910,017872990,005967060,00290593

40,00028280,7113550210,4110250,025801850,008614180,00618767

50,00028110,7070380070,408530,025489640,008509950,004979689

60,00036200,910419980,5260460,042263130,014109930,0121532

70,00038660,9723074210,5618050,048204250,016093430,013110821

80,00042861,0778722260,62280,059239680,019777710,020461971

90,00044241,1125490810,6428370,063112660,021070740,019041923

PERDIDAS TOTALES (m)

NoQV1V2V12/2*gV22/2*gContraccin

(m3/seg)(m/s)(m/s)(m)(m)(7-8)

10,00011920,17318340,29972610,001530,004580,01294864

20,00017650,25644720,44382970,003350,010040,026309216

30,00023540,34209060,59205160,005970,017870,03209407

40,00028280,41102480,7113550,008610,02580,04081233

50,00028110,40853040,7070380,008510,025490,040020311

60,00036200,52604560,910420,014110,042260,0408468

70,00038660,56180450,97230740,016090,04820,046889179

80,00042860,62280041,07787220,019780,059240,044538029

90,00044240,64283691,11254910,021070,063110,049958077

7. ANALISIS DE RESULTADOS. Se puede observar que unos accesorios generan ms perdidas que otros, por ejemplo los codos generan ms perdidas que las expansiones, a su vez las contracciones bruscas generan ms perdidas que las expansiones. Realizando un paralelo con la prctica de prdidas por friccin se puede deducir que las prdidas de diferentes tipos sumadas afectan de forma significativa la energa del fluido, por lo cual es imperante tener en cuenta ambos aspectos. La mejor forma de determinar la cada de energa del flujo es realizar una lnea de energa piezomtricas y total con el in de determinar que accesorios generan mayores prdidas, con el fin de tomar acciones para poder mitigar o controlar dichas perdidas. Teniendo en cuanta los resultados, las prdidas de carga generadas por los accesorios se pueden dedicar al aumentar; las prdidas se hacen mayores, establecindose una relaciones directamente proporcional.PREGUNTAS.

Consultar y exponer la expresin terica para las prdidas de energa en: Ampliacin brusca de una conduccin. Reduccin brusca.La formula general de perdida local es :

expresin terica de una ampliacin brusca:

donde: Ca= 1(solo en ampliacin brusca) A1= rea inicial A2= rea de ampliacin Para una contraccin brusca se usan los coeficientes de Weisbach mostrados en la figura en la que aparece tambin la curva de Kisieliev la cual pretende dar los valores medios de todos los autores que han estudiado el problema.

Analizar la prdida de energa por entrada de depsito a conduccin teniendo en cuenta la forma de la entrada.A la entrada de tuberas se produce perdidas por la contraccin que sufre la vena liquida. K depende de la brusquedad con que se efectu la contraccin del chorro.Las figuras muestran los diferentes valores de K, en la figura del codo recto se tienen perdidas relativamente grandes pues el agua sufre un estrangulamiento y tiende a formar una vena contracta que generan presiones negativas que incrementan las perdidas.

Por el contrario en la figura del codo (R.C) las prdidas son menores pues la geometra suaviza la entrada del agua que evita la formacin de la vena contracta.

En la figura de contraccin las prdidas son aun menores pues el elemento en el centro tiende a romper el agua para que no se produzcan venas contractas.

En la figura de la curva se muestra la entrada que genera las mismas perdidas pues el agua tiende a estrangularse bastante, para ingresar al tubo; por lo contrario la entrada de forma elptica es la que genera menores perdidas, pues la geometra facilita la entrada.

Consultar y establecer la expresin de prdidas en Venturmetro, orificio, boquillas y vlvulas.

Venturmetro:Debido a que el venturmetro consta de un estrangulamiento y una ampliacin, las prdidas que se generan en el venturmetro sern la sumatoria de las prdidas que se produzcan en estos dos accesorios.Hf= (h1-h2)+(V22/2*g)((D2/D1)-1)2

Orificios.La expresin general para determinar las perdidas en un orificio, se establece a partir de la ecuacin de la energa.hf= (V2/2g)*Kdonde K depende de las condiciones del depsito o de orificio, que puede ser de pared delgada, de pared gruesa, de grandes dimensiones, de contraccin incompleta, etc.

Vlvula.Al igual que los orificios las prdidas que se generan por vlvulas se determinan con la expresin hf= (V2/2g)*K donde K es generalmente proporcionado por el fabricante.Estos coeficientes dependen del tipo de vlvula y de las distintas posiciones, generalmente se recure a tablas para determinar los coeficientes.

Hacer una clasificacin aproximada de las vlvulas de acuerdo con la magnitud de las prdidas.

Para clasificar las vlvulas dependiendo de sus prdidas, se determin que todas las prdidas para vlvulas es igual a hf= (V2/2g)*K , por lo cual se compararon los valores de dichos coeficientes, para dimetros semejantes.

1. vlvula esfrica con rosca2. vlvula en ngulo con rosca3. vlvula esfrica con bridas 4. vlvula en ngulo con bridas5. vlvula pichancha6. vlvula de Check7. vlvula de die.8. vlvula de compuerta

Sealar los factores que se deben considerar para hallas los coeficientes K de prdidas para codos y curvas.

En realidad las prdidas por cambios de direccin dependen de:Geometra de la seccin, angula de variacin, radio de curvatura y dimetro de la seccin, rugosidad absoluta. Y si el cambio es muy brusco la velocidad a la que entre.

Procedimientos prcticos para determinar las prdidas en rejillas.

cuando estn parcialmente sumergidas y sobresalen del nivel de la superficie del agua, el coeficiente K puede calcularse con la formula de Kirschmer:

en la siguiente figura se indica el significado de cada termino

Cuando la direccion del flujo no es normal al plano de rejillas, la prdida es mayor y el coeficiente K se calcula con la formula de Mosonyi :

donde: K* = coeficiente de perdida para el flujo normal al plano de reja = coeficiente que depende de el cociente (s/b) y del ngulo de inclinacin del flujo.

Como se desconoce el grado de aplicacin de las formulas anteriores a rejillas completamente sumergidas, se puede obtener una aproximacin media con la formula de Creager.

donde: An= rea neta de paso entre rejillas Ab = rea bruta de estructura de rejillas

Elaborar las grficas de prdidas de energa total vs. carga de velocidad (H vs V2/2g) (en mm), para cada uno de los accesorios encontrados. Ignorando el clculo de prdidas por friccin, ya que para este caso no son representativas.

codo Recto de 90

H (mm)V2/2g (mm)

334,580652068

5010,04409741

6617,87299085

8325,80185423

9025,48963608

11042,26313176

12448,20424843

13859,23967654

14563,11265843

Codo (R.C)

H (mm)V2/2g (mm)

154,5806521

2910,044097

3717,872991

4725,801854

4825,489636

5942,263132

6748,204248

7259,239677

8863,112658

Curva

H (mm)V2/2g (mm)

144,580652068

3110,04409741

3717,87299085

5125,80185423

5325,48963608

5742,26313176

6648,20424843

7259,23967654

8163,11265843

Ampliacin

H (mm)V2/2g (mm)

0,0513596561,52929241

0,6907840093,3533134

2,9059300735,96706077

6,1876702048,61418403

4,9796889228,50994715

12,153200314,1099315

13,1108210716,0934274

20,4619709919,7777055

19,0419226121,0707358

Contraccin

H (mm)V2/2g (mm)

12,9486412,94864

26,30921626,309216

32,0940732,09407

40,8123340,81233

40,02031140,020311

40,846840,8468

46,88917946,889179

44,53802944,538029

49,95807749,958077

K promediados para cada accesorio

Nk(codo 90)k(codo RC)k(ampliacin)k(contraccin)k(curva)

17,2042144893,274642950,000816490,00081653,05633342

24,9785049872,8875328920,001790340,00179033,08667309

33,6930616752,0703527570,003185830,00318582,07035276

43,2171183141,8217416960,004599140,00459911,97678354

53,5311708641,8832911280,004543480,00454352,07946729

62,6029802171,3961439340,007533330,00753331,34881702

72,5726234681,3900465510,008592320,00859231,36929959

82,3297336141,215513190,010559370,01055941,21551319

92,2976897471,3944599840,011249720,01124971,28353703

Promedio3,6030108191,9259694540,0058744480,0058744481,94297521

5. CONCLUSIONES.

Analizando los resultados de las prdidas de carga generadas por los accesorios se concluye que al aumentar el caudal, las prdidas se hacen mayores, establecindose una relacin directamente proporcional. De igual manera es el comportamiento de las prdidas por unidad de longitud, respecto a la variacin del caudal. Del ensayo realizado se pudo conocer cules son los accesorios para tuberas que ocasionan mayores y menores diferencias piezomtricas. Tambin se pudo establecer cules son los materiales que generan mayores prdidas por unidad.

6. BIBLIOGRAFIA.

Hidrulica general volumen 1 fundamentos, SOTELO Gilberto vila, editorial limusa, ao 2010, Pag No 138. Mecanica de fluidos, STREETER Victor, editorial McGrawHill, ao 1998. Mecnica de tuberas, SALDARRIAGA Juan G,editorialMcGrawHill, ao 1997.