PRACTICA DE LABORATORIO “PERDIDAS LOCALIZADAS O POR ACCESORIOS”JUAN MANUEL CUEVAS ANA MARIA QUIROGA JUAN SEBASTIAN RODRIGUEZ UNIVERSIDAD SANTO TOMAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL TUBERIAS Y CANALES BOGOTA 2013 .............................................................................................................................................................. 3 Equipos..................................................... 18 1|Página ........................................ 9 Análisis de resultados .Contenido Introducción .................................................. 17 Bibliografía............................................................................................... 2 Objetivo ..................................................... 15 Conclusiones ................................................................................................................................................................ 13 Banco de pruebas para perdidas por accesorios: ............................................................................................ 16 Apéndices o Anexos ................................................................................................. 15 Síntesis .......................................... 3 Marco teórico ........................................ instrumentos y materiales utilizados ................................................................................................ 14 Fórmula General ............................................................................................... 8 Tablas de resultados .................................. 5 Resumen de la práctica ..................................................................... 12 Daniel Bernoulli: ....................................................................................................................................................................................................................................... 14 Formula de Darcy –Weisbach: ............................................................................................................................................................. se han construido complejos sistemas de redes de tuberías. ocurren pérdidas de energía expresadas como perdidas de resistencia al flujo por fricción en las paredes internas o perdidas localizadas con accesorios y válvulas. tubo o algún otro dispositivo. yees. Dichas energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo o caída de altura por contracción o ganancia de altura por expansión. localizada inmediatamente aguas abajo del sitio donde se produjo la perdida. y a pesar de todas las medidas de precaución que se tomen.Introducción Actualmente existe una gran diversidad de procesos industriales que emplean grandes sistemas de tuberías. En este laboratorio se propone calcular las magnitudes de las pérdidas antes mencionadas. En consecuencia consideramos los distintos dispositivos utilizados para el control de flujo como son las válvulas y los accesorios como codos. mediante datos experimentales. siempre existe la posibilidad de pérdidas por diversos factores. permite determinar la magnitud de dicha perdida como una fracción de la carga o cabeza de velocidad. Debido a ello. reducciones. Sin embargo. El hecho de que una perdida localizada se presente en el mismo lugar de cambio de geometría o alteración de flujo. La operación segura de estos sistemas es primordial debido a que se trata de un elemento vital y valioso. que han crecido y se han automatizado cada vez más en los últimos años. uniones tees. 2|Página . de las cuales podemos destacar el transporte de agua. y demás accesorios que generan pérdidas de energía. diferentes y complementarias a las ocasionadas por los efectos de la fricción. A medida que un fluido es transportado por medio un conducto. uniones tees. Se aplica en este caso la ecuación de Bernoulli: Obteniendo: Como vemos. instalados en una conducción. yees. a su vez entender y comprobar como varían dichas pérdidas a lo largo de una tubería. Marco teórico Las pérdidas de carga o de cabeza de presión que ocurren en tuberías debido a los accesorios ya mencionados se llaman perdidas menores o localizadas. Estas pérdidas por accesorios ocurren de una manera puntual (mientras que la fricción y viscosidad ocurren de una manera distribuida). destacando y reconociendo que estas pérdidas son más significativas cuando los tramos de conducción son cortos y disminuyen en su magnitud cuando las conducciones o tramos de tuberías son largos. Así como también dar a conocer el comportamiento variable de los fluidos a través de las tuberías. sin embargo el término de perdidas menores no es muy apropiado por cuanto en muchas ocasiones estas pérdidas localizadas pueden llegar a ser mayores a las debidas a la fricción en el tubo en el tubo o conducto.Objetivo El objetivo principal de esta práctica es poder puedan visualizar la importancia de las pérdidas localizadas o por accesorios en el diseño de una conducción. por tal motivo se conocen también como perdidas localizadas y se calculan o determinan en forma experimental como es el caso de la práctica que nos ocupa. reducciones etc. Para cumplir con este objetivo buscamos específicamente determinar las pérdidas de carga generadas por accesorios como codos. la pérdida depende de la Velocidad del Flujo (V[m/s]) y de un coeficiente de pérdida localizada (K) que es dependiente principalmente de la 3|Página .. resultante de pruebas en laboratorio. como la relación entre el diámetro inicial y el final en el caso de reducciones y expansiones.usta.edu. El valor del Coeficiente de Pérdida Localizada es un valor empírico.co 4|Página . Valores que encontraremos en las siguientes tablas: 1 1 Tabla tomada de http://moodle20131. Por lo general dependerá no sólo del tipo de pieza sino también de su diámetro y otros parámetros geométricos.forma geométrica de la pieza o accesorio y secundariamente del número de Reynolds el cual deja de tener influencia cuando sus valores son muy altos. usta. Codo de radio corto 2 Tabla tomada de http://moodle20131.edu. instrumentos y materiales utilizados Para la práctica nos dispondremos a utilizar un sistema de tuberías en PVC con los accesorios para los cuales se van a efectuar las mediciones de pérdida a saber: Codo de radio medio Codo de radio largo.co 5|Página .2 Equipos. ws 6|Página .solostocks.geocities.com Imagen tomada de www.3 Ensanchamiento súbito Contracción súbita 4 3 4 Imagen tomada de www. com 7|Página . Imagen tomada de www.5 Los piezómetros están colocados a la entrada y a la salida de cada accesorio y se encuentran numerados secuencialmente. 5 TQ H34 Pipework energy losses.tecquipment. Resumen de la práctica Comenzamos por colocar la unidad sobre el banco hidráulico y nivelarla.tecquipment. 6 Igualmente tuvimos que hacer uso de un vaso de precipitado y un cronometro. Para proceder fue necesario accionar el interruptor que pone en marcha la motobomba y el circuito cerrado del banco hidráulico volumétrico y así verificar que todos los piezómetros estuvieran marcando la misma altura (Presión). Ya con estas condiciones listas dimos inicio a la práctica dela siguiente manera: 6 TQ H1D Volumetric Bench. Este banco se utiliza además como equipo de aforo.El agua la suministra un banco hidráulico volumétrico. Imagen tomada de www. Luego procedimos cerrando la válvula de compuerta que se encuentra a la salida del sistema.com 8|Página . Ya con los datos tomados nos es posible realizar los cálculos respectivos de la práctica. Tablas de resultados Tabla 1: Datos obtenidos en la práctica 9|Página . Continuamos cerrando la válvula de control aproximadamente una vuelta para cada lectura y repetir el procedimiento por múltiples oportunidades o hasta que prácticamente la válvula quede cerrada. Procedemos a abrir totalmente la válvula de compuerta para obtener el máximo caudal posible y efectuar la lectura de cada uno de los piezómetros conectados a la entrada y a la salida de cada accesorio. a la vez que se volumen de agua en el vaso de precipitado tomando la medición del tiempo. 10 | P á g i n a . 908 4.93196639 27.00315311 7.15 31.57 46.0225 m y D2=0.06 16.06333333 Q prom 12.2 19.93018542 4.76 17.2810237 17.06 54.004082 0.4965398 10.082 10. puede presentar un error de la válvula del control de caudal.15311111 0. o de calibración.23 3.0296 m Toma 1 2 3 4 5 Volumen (L) 5 5 5 5 5 5 10 5 10 15 tiempo (s) 60.4340039 15.166 3.010908 0.83 21.54 24.212 10.952 3.9715675 6.Tabla 2: Velocidades y Caudales Por la ley de la conservación de la materia podemos hallar las velocidades con las dos áreas transversales con las que cuenta el sistema.914 4.8515162 11. 11 | P á g i n a . Vemos que en la toma 1 se presentó un caudal de 10 L/s.04 4.566 4.76 Q (m/s) 0.606 3. por lo tanto deberían haber mayores pérdidas.95 Caudal (L/s) 12. Dónde: D1= 0.91723665 3.01204 0.66 45.2663737 5.04 3. ya que no se presentó un cambio de valor grande en los piezómetros.58210414 Tabla 3: Perdidas Para hallar las pérdidas totales restamos la altura del piezómetro número 1 menos el piezómetro número 10: H1-H2 (mm) 9 124 34 102 196 Toma 1 2 3 4 5 Volumen( L) 5 5 5 5 5 Nota: Podemos observar que la primera toma.908 4.00476 Vel (m/s) Vel 2 (m/s) 30. 096 vel (m/s) 30.00265483 0.08970989 0.2663737 27.01697077 k2 0. Toma 1 2 3 4 5 Hf (m) 0.4965398 5. Gráfica de Caudales vs coeficientes de pérdidas 12 | P á g i n a .0418248 0.009 0.0230827 0.91723665 4.00088634 0.4340039 11. para el promedio de coeficientes. para las diferentes velocidades y diferentes pérdidas obtenidas. en los piezómetros Donde (V) es la velocidad Donde (g) en la gravedad Elaboramos una tabla en Excel.2810237 10.02995046 0.9715675 7.124 0.Análisis de resultados Calculo del coeficiente K: Para calcular el coeficiente K utilizaremos la siguiente ecuación: Donde (Hf) son las pérdidas totales.00057682 0.58210414 promedio k1 0.01396359 0.102 0.034 0.05083214 Nota: No se tomó en cuenta el dato de la toma 1.8515162 6.00019258 0.93018542 vel 2 (m/s) 17. por lo mencionado anteriormente acerca del error de manipulación.93196639 15.06913904 0. entre 1725 y 1749. Como trabajo más importante se destaca el realizado en hidrodinámica que consideraba las propiedades más importantes del flujo de un fluido. dos investigadores que hicieron aportaciones importantes al primitivo desarrollo del cálculo. Daniel y su hermano Nicolás fueron invitados a trabajar en la Academia de Ciencias de St. Le concedieron. la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial igualmente por unidad de volumen". botánica.04 0. él como profesor de matemáticas. En su libro también da una explicación teórica de la presión del gas en las paredes de un envase: "A lo largo de toda corriente fluida la energía total por la unidad de masa es constante.08 0.02 0 0 -0. la presión. Holanda.02 2 4 6 8 10 12 14 Coeficiente K Caudal (L) k1 k2 Daniel Bernoulli: Nació el 29 de enero de 1700 en Groningen. Petersburgo. estando constituida por la suma de la presión. la densidad y la velocidad y dio su relación fundamental conocida ahora como El Principio de Bernoulli o Teoría Dinámica de los fluidos. Dos años después regresó a Basilea donde enseñó anatomía.Caudal vs K 0. Aunque consiguió un título médico en 1721.1 0. 13 | P á g i n a . filosofía y física. Hijo de Jean Bernoulli y sobrino de Jacques Bernoulli.06 0. Fue allí donde entró en colaboración con Euler. diez premios por su trabajo en astronomía. En 1731 comenzó a extender sus investigaciones para cubrir problemas de la vida y de la estadística de la salud. Además. Los manómetros pueden montarse en dos posiciones en la pared posterior. Formula de Darcy –Weisbach: La ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación ampliamente usada en hidráulica. Es una de las pocas expresiones que agrupan estos factores. en la pared posterior se han fijado dos manómetros de nivel con tuercas moleteadas en cruz. amiento y principio de diferentes procedimientos de medición de caudales. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería llena. En 1845 fue refinada por Julius Weisbach. magnetismo.gravedad. En concreto pueden examinarse los siguientes temas: de presión en tuberías y accesorios. desarrollada por el francés Henry Darcy. El equipo está compuesto de un bastidor de tubo de acero cuadrado con una pared posterior recubierta de polvo. de Sajonia. mareas. bloqueo. Sobre esta pared se ha montado el trayecto de tubo con trozos parciales bloqueables individualmente. corrientes del océano y el comportamiento de una embarcación en el mar.com/bios/biografia/verDetalle/2109/Daniel%20Bernoulli 14 | P á g i n a . La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony.buscabiografias.7 Banco de pruebas para perdidas por accesorios: El banco básico permite realizar experimentos para la medición de caudal y de presión y cálculos de pérdidas de corriente y transcursos de presión en tubos y elementos de tubería especiales. El trayecto de medición desplazable sirve como alojamiento para los diferentes objetos de medición. 7 http://www. Esta fórmula permite la evaluación apropiada del efecto de cada uno de los factores que inciden en la pérdida de energía en una tubería. Previo al desarrollo de la computación otras aproximaciones como la ecuación empírica de Prony eran preferibles debido a la naturaleza implícita del factor de rozamiento.La ventaja de esta fórmula es que puede aplicarse a todos los tipos de flujo hidráulico (laminar. por lo que la ecuación de Darcy-Weisbach es la preferida. principalmente la ecuación de Hazen-Williams . Fórmula General La forma general de la ecuación de Darcy-Weisbach es: Donde: = pérdida de carga debida a la fricción. ya que causan un cambio brusco del vector de velocidades. = aceleración de la gravedad ≈ 9.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Darcy-Weisbach 15 | P á g i n a . = velocidad media del fluido. ya que son valores muy bajos comprados con los caudales.wikipedia. transicional y turbulento). 8 http://es. = longitud de la tubería. Ecuaciones empíricas. en la mayoría de los casos. Con un caudal grande y la debida energía aplicada a un sistema de tuberías.80665 m/s2 1 . también existen perdidas por fricción pero estas se pueden despreciar ya que trabajamos con tuberías lisas. se puede decir que las pérdidas localizadas no afectan mayormente a las pérdidas totales de un sistema. No obstante. lo que causa pérdidas. según corresponda.8 Síntesis Las pérdidas están causadas mayormente por los accesorios que encontramos en el sistema de tuberías. = factor de fricción de Darcy. son ecuaciones que. = diámetro de la tubería. desde la llegada de las calculadoras la facilidad de cálculo no es mayor problema. debiendo el coeficiente de fricción tomar los valores adecuados. eran significativamente más fáciles de calcular. ya que conocemos todos los métodos para saber las perdidas. Ya que se usaron diferentes accesorios. 16 | P á g i n a . y por lo mencionado en el párrafo anterior se pueden tomar como despreciables. se puede concluir que.A medida de que un caudal aumente. Con esta práctica se puede decir que ya estamos listos para afrontar problemas reales de sistemas de tuberías. los cambios suaves de inclinación en los accesorios y grandes caudales pueden ayudar a que las pérdidas sean menor magnitud. las perdidas localizadas disminuyen. Conclusiones El coeficiente K de una tubería nos proporciona o nos da una idea del porcentaje. sabemos cuáles son las diferencias entre ellos y como ingenieros la importancia de saber cuáles accesorios se deben usar para cada ocasión que lo necesite y evitar la mayoría de las pérdidas. de una tubería especifica o sus accesorios para saber las pérdidas que se tienen en un sistema de tuberías. La tubería lisa. para luego saberlas minimizar como ingenieros para los proyectos que se afronten. Apéndices o Anexos 17 | P á g i n a . buscabiografias.pdf http://es.com/doc/23931304/Perdidas-de-Energia-de-Accesorios http://www.wikipedia.scribd.uv.com/bios/biografia/verDetalle/2109/Daniel%20B ernoulli http://es.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Darcy-Weisbach 18 | P á g i n a .mx/bitstream/123456789/31205/1/RiosyParedes.Bibliografía http://cdigital.