Informes De Perdida De Carga.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFORME DE LABORATORIO: PERDIDAS POR RESISTENCIA EN TUBERIAS Y ACCESORIAS Docente : Ing. Huaman Alfaro Juan Carlos Integrantes: Bacilio Olazabal Luis Miguel Valverde Chauca Juan

Bellavista-Callao

I.

MARCO TEORICO

PERDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS Se distinguen dos tipos de flujos completamente desarrollados en conductos: -

Flujo en conductos cerrados. Caso de una tubería. Flujo en conductos abiertos. Caso de un canal (A veces se denominan canal abierto)

En el primer caso de flujo el fluido llena toda la sección del conducto. En el segundo caso el fluido no llena toda la sección del conducto, presentando una superficie libre que suele estar a la presión atmosférica. En estas circunstancias la fuerza de gravedad, aunque actúa sobre todas las partículas del fluido no afectan al patrón de flujo Se puede dar el caso de que en una tubería el fluido que pasa no llene completamente; es decir se comporte como un canal (canal cerrado)

Flujo Incompresible: La incompresibilidad es una aproximación y se dice que el flujo es incompresible si la densidad permanece aproximadamente constante a lo largo de todo el flujo. En esencia, las densidades de los líquidos son constantes y así el flujo de ellos es típicamente incompresible.

Perdidas de Carga Primaria: Tal vez la cantidad que más se calcula en flujos en tuberías sea la perdida de carga primaria. Si conocemos dicha perdida en un flujo desarrollado podemos calcular el cambio de presión. La pérdida de carga causada por el esfuerzo cortante en la pared para un flujo desarrollado se relaciona con el factor de fricción por la ecuación de Darcy – Weisbach:

h  h  h  1 2

f  L V 2 2g  d

El factor de fricción f determina básicamente la influencia que tiene la rugosidad e de las paredes de la tubería sobre las pérdidas de carga, así como la corrección a aplicar con respecto a un flujo totalmente turbulento. Donde e/d es la aspereza relativa Se han obtenido datos experimentales que relacionan el factor de fricción con el número de Reynolds de diferentes fluidos en tuberías con una amplia gama de asperezas de pared. Estos datos se presentan en un diagrama el cual es conocido como Diagrama de Moody. El cual relaciona el número de Reynolds, la rugosidad relativa y el factor de fricción. Se ha demostrado que la rugosidad relativa no influye sobre f en Régimen laminar (Re < 2000), ya que el rozamiento se debe fundamentalmente a la fricción de unas capas de fluido sobre otras y no de éstas sobre las paredes de la tubería. Sin embargo, para Re > 2000 las cosas cambian y la rugosidad relativa adquiere notable importancia, en nuestra experiencia trabajaremos con un Re>2000 puesto que el material de la tubería es de hierro galvanizado Numero de Reynolds:

Re 

V *D



Pérdidas de carga secundarias: Estas pérdidas surgen del accesorio que se le adicionen a las tuberías para cumplir funciones diversas como la reducción de presión, caudales, aumento de velocidad, cambio de dirección, etc. Existen diversos tipos de accesorios como son: -

Válvula de retención Válvula de bola Codo de radio largo Codo de radio largo Codo de radio cortó Codo de radio cortó Válvula de bola Válvula de globo

La fórmula para calcular las perdidas secundarias viene a ser la siguiente:

hPS  

KV 2 2g

ESQUEMA DEL EQUIPO Banco de pruebas de laboratorio en el cual se utilizaron los siguientes dispositivos: -

Bomba de impulsión Manómetro de columna de mercurio Válvula de compuerta Recipiente para la medición del caudal (probeta) Cronometro

II.

PROCEDIMIENTO

i. ii.

Verificar que los equipos a usar se encuentren en buen estado. Abrimos las válvulas de entrada y salida del sistema con la intención de purgar el sistema: Es decir eliminar las bolsas de aire que existen a los largo del sistema y que perjudicarían en cierta forma los cálculos, del ensayo. Encendemos el electro bomba. Esta bomba extrae agua del depósito y envía a una presión determinada a las diferentes tuberías. Se abre la válvula de entrada y salida a la tubería. Se cierran las entradas restantes excepto la entrada (válvula del electro bomba) y la salida (válvula del final del recorrido). En los extremos del trecho de tubería se encuentran 2 aberturas. Conectándose estas aberturas con unos tubos que contienen mercurio y cuya diferencia, de altura provocada por el gradiente de presión, será la presión manométrica de ese punto. Medimos las alturas de mercurio de los extremos del trecho de tubería.

iii. iv. v. vi.

vii.

viii. ix. x. xi. xii.

A la vez tomarnos una cantidad de flujo de agua en un instante de tiempo controlado, cuyo fin es el cálculo del caudal. Giramos ligeramente la manilla de la válvula con el propósito de variar el caudal Q. Repetimos el mismo procedimiento con las tuberías que tiene accesorios como codos y empalmes para hallar sus pérdidas secundarias. Anotamos los resultados. Se apaga el equipo.

Tabla de datos Los datos registrados durante el ensayo, se observan en las siguientes 2 tablas. TUBERIA PUNTO Δh(mm𝑯𝟐 𝑶) V(ml) T(s) 1 580 1300 13.51 2 99.5 1880 15.05 3 158.5 1795 10.8 4 230.6 1640 8.59 Tabla 1. Pérdidas primarias VÁLVULA (1/2”) PUNTO Δh(mm𝑯𝟐 𝑶) V(ml) 1 17 1600 2 10 1550 3 3 1670 4 3 1640 Tabla 2. Pérdidas secundarias VÁLVULA (1”) PUNTO Δh(mm𝑯𝟐 𝑶) V(ml) 1 7 1960 2 3.5 1740 3 3 1570 4 2 1470

T(s) 5.9 5.91 16.28 20.92

T(s) 6.93 8.96 12.29 20.09

III. MODELO DE CÁLCULO En la Tubería (Perdidas primarias) -

Hallando el caudal promedio para la primera toma de datos Q=

-

1300 𝑥 10−6 13.51

= 0.0000962 𝑚3 /𝑠

la diferencia de presiones ΔP = 0.58 mH2O

-

Hallando la velocidad del agua

Considerando que la tubería de 1” es calibre 40 de Hierro Galvanizado D = 1” --> D = 30 mm = 0.03 m 𝑉= -

4∗𝑄 4 ∗ 0.0000962 = = 0.1361𝑚/𝑠 2 𝜋∗𝐷 𝜋 ∗ 0.032

Hallando el factor de fricción experimental

L = 2.5m 𝑓= -

2 ∗ 𝑔 ∗ 𝛥𝑃 ∗ 𝐷 2 ∗ 9.81 ∗ 0.58 ∗ 0.03 = = 4083.9 𝐿 ∗ 𝑉2 2.5 ∗ 0.13612

Hallando el Reynolds 𝑅𝑒 =

𝑉 ∗ 𝐷 0.1361 ∗ 0.03 = = 7.369 𝜈 10−6

En la Válvula (Perdidas Secundarias) -

Del mismo modo que para pérdidas primarias Q=

1600 𝑥 10−6 5.9

= 0.00027119 𝑚3 /𝑠

-

Hallando la diferencia de presiones a temperatura 21°C : ΡH2O = 998 kg/m3 ΡHg = 13540 Kg/m3 𝜌𝐻𝑔 𝛥ℎ𝐻20 = 𝛥ℎ𝐻𝑔 ( − 1) 𝜌𝐻2𝑂 𝛥ℎ𝐻20 = 0.0897 𝑚 𝐻2𝑂 -

Hallando la velocidad del agua

Considerando que la tubería de 1” es calibre 40 de Hierro Galvanizado D = 1/2” --> D = 12.7 mm = 0.0127 m 𝑉= -

Hallamos la constante de pérdidas por accesorios experimental 𝐾=

-

4∗𝑄 4 ∗ 0.0000326 = = 2.1408𝑚/𝑠 2 𝜋∗𝐷 𝜋 ∗ 0.01272

2 ∗ 𝑔 ∗ 𝛥𝑃 2 ∗ 9.81 ∗ 0.0897 = = 0.9328 𝑉2 2.14082

Hallando el Reynolds 𝑅𝑒 =

𝑉 ∗ 𝐷 2.1408 ∗ 0.0127 = = 54375.5 𝜈 10−6

Análisis de resultados 5.1 Tabla de resultados PÉRDIDAS PRIMARIAS TUBERIA PUNTO

Q(m3/s)

V(m/s)

Re

f(friccion real)

1 2 3 4

9.6225E-05

0.1361

7.369

4083.9

0.000124917

0.1767

0.750

5301.6

0.000166204

0.2351

0.675

7053.9

0.00019092

0.2701

0.744

8102.9

Tabla 3. Resultados de Pérdidas primarias PÉRDIDAS SECUNDARIAS PUNTO 1 2 3 4

Q(m3/s) 0.00027119 0.00026227 0.00010258 7.8394E-05

VÁLVULA (1/2”) V(m/s) Δh(mm𝑯𝟐 𝑶) 2.1408 2.0704 0.8098 0.6188

0.218 0.128 0.038 0.038

Re Kaccesorios real 54375.5 0.9328 52587.1 0.5866 20568.3 1.1504 15718.7 1.9698

Tabla 4. Resultados de Pérdidas secundarias

PUNTO 1 2 3 4

Q(m3/s) 0.00028283 0.0001942 0.00012775 7.3171E-05

VÁLVULA (1”) V(m/s) Δh(mm𝑯𝟐 𝑶) 0.5582 0.3833 0.2521 0.1444

0.0897 0.0449 0.0384 0.0256

Re

Kaccesorios real

14177.5 9734.6 6403.6 3667.9

5.6498 0.4675 0.9261 1.8818

5.2 Gráfica de resultados

f vs Reynold 0.043 0.0425 0.042 0.0415 0.041 0.0405 0.04 0.0395 0.039 0

100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000

Gráfica 1: Reynolds vs factor de fricción

De la grafica 1: Haciendo una interpolacion lineal alos puntos en la grafica podemos observar que la curva tiende a crecer por lo que podemos decir que a mayor reynolds mayor sera su factor de friccion y viceversa.

Gráfica 2: constante de pérdidas por accesorios vs Reynolds

De la grafica 2: Haciendo una interpolacion lineal alos puntos en la grafica podemos observar que la curva tiende a crecer por lo que podemos decir que a mayor reynolds mayor sera el K de perdidas secundarias y viceversa.

6 Conclusiones 

El coeficiente de fricción aumenta conforme aumenta el número de Reynolds



Con esta grafica podemos calcular las pérdidas que ocurren en una tubería a diferentes caudales y diámetros



La constante de pérdidas por accesorios aumenta conforme aumenta el número de Reynolds



Se presenta una diferencia en las graficas debidas a factores de perdida de energia por la turbulencia

7 Recomendaciones 

Realizar un mantenimiento adecuado y periódico al equipo y sus accesorios (manómetros, válvulas, etc.) para obtener resultados precisos.



Para empezar a subir el caudal se debe de realizar lentamente, de lo contrario generaría mucho error a la hora de cálculo.



Manipular el equipo con mucho cuidado para así evitar algún accidente.



Reemplazar el material de las tuberías y codos con acero inoxidable, pues se realizaría una mejor experiencia además de evitar filtraciones.



Recomendamos en este experimento que los aparatos de medición como el manómetro, vacuómetro, voltímetro y amperímetro, tengan más divisiones para poder evitar errores de medición.