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PERDIDAS POR PERDIDASS DE ACCESORIOS
Tipo: Apuntes
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Para el desarrollo de la práctica de laboratorio sustentada en el presente informe correspondiente a pérdidas de energía por accesorios (aditamentos), se considera necesario abordar los conceptos de pérdidas de energía primarias y secundarias en tuberías.
Se conoce que cuando un fluido se encuentra en movimiento presenta resistencia debido a la fricción al momento de fluir por alguna red o tubería. A medida que el fluido se desplaza por los conductos, ocurren pérdidas de carga o de energía debido a la fricción, las cuales traen como consecuencia la disminución de la presión entre los dos puntos de algún sistema de flujo generando la reducción de su capacidad.
Las pérdidas de carga o pérdidas de energía primarias, son las “pérdidas de superficie” en el contacto del fluido con la superficie (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme y por lo tanto, principalmente se producen en tramos de tuberías de sección constante (Universidad Iberoamericana, 2011).
Ahora, respecto a las pérdidas secundarias, son las “pérdidas de forma’’ que tienen lugar en las transiciones(estrechamiento o expansiones), en codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tuberías (Universidad Iberoamericana, 2011).
Pérdidas Primarias: Ecuación de Darcy Si se supone una tubería horizontal de diámetro constante, D, por la que circula un fluido cualquiera entre dos puntos 1 y 2, se cumple la ecuación de Bernoulli con pérdidas: ( P ρ g^^1 + V 2^ g^1 1) a 2)
2
2
Al ser la tubería de sección constante y horizontal (v1=v2) y (z1=z2), se tiene que: h a =^ P^ 1−γ P^^2
La pérdida de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad media en la tubería y a la longitud de la misma, e inversamente proporcional al diámetro de la tubería. La relación mencionada anteriormente se puede observar y expresar en la ecuación de Darcy: h l = f * (^) DL * 2 vg^2
Donde: hl= Pérdidas de carga por fricción (m) L=Longitud de la tubería (m) D= Diámetro del conducto (m) V= Velocidad promedio en la sección del conducto (m/s) f= Factor de fricción (Adimensional)
Pérdidas secundarias: Las pérdidas de carga localizadas se determinan de forma experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente de proporcionalidad empírico
Volumen (L)
Tiempo (s)
Presión 1 (cmca)
Presión 2 (cmca)
Presión 1 (cmca)
Presión 2 (cmca)
1 5 8,44 74,5 45,5 72,0 43,
2 5 8,46 74,8 46,1 68,0 46,
3 5 8,72 75,0 46,8 67,0 48,
4 5 9,16 75,4 49,1 66,0 51,
5 5 9,34 75,7 51,5 66,5 53,
6 5 9,65 76,0 54,4 67,0 56,
7 5 10,61 76,6 58,5 66,5 59,
8 5 11,62 76,7 62,0 66,0 63,
9 5 12,52 77,0 65,5 66,5 66, Tabla1. Datos tomados en laboratorio fuente: los autores
γ (N/m^3 ) 9788
D (m) 0,
A (m^2 ) 0,
m(ס^2 /s) 0,
g (m/s^2 ) 9,
Rugosidad pvc (m) 0,
Longitud tubería(codos 45) (m) 0, Tabla 2. Datos de referencia fuente: los autores
Volumen (m^3)
Tiempo (s)
Presión 1 (Pa)
Presión 2 (Pa)
Presión 1 (Pa)
Presión 2 (Pa)
1 0,005 8,44 7305,8 4461,9 7060,6 4216,
Tabla3. Datos en las unidades necesarias. fuente: los autores
N° DATOS Caudal (m^3/s) velocidad (m/s) NR V^2/2*g (m) f
1 0,000592 3,3524 50538,6151 0,5752 0,
2 0,000591 3,3445 50419,1384 0,5724 0,
3 0,000573 3,2447 48915,8155 0,5388 0,
4 0,000546 3,0889 46566,1475 0,4883 0,
5 0,000535 3,0294 45668,7271 0,4697 0,
6 0,000518 2,9320 44201,6488 0,4400 0,
7 0,000471 2,6667 40202,2536 0,3639 0,
8 0,000430 2,4350 36707,9097 0,3034 0,
9 0,000399 2,2599 34069,1622 0,2614 0, Tabla 4. Datos calculados para Caudal, velocidad, Número de Reynolds, Cabeza de velocidad y factor de fricción para ambos accesorios (codo 45° y 90°)
El factor de fricción se halló con la siguiente ecuación la cual es usada específicamente para flujos turbulentos:
f =
0,
DE
5,
2
Promedio 0,13088 0, Tabla 6. Datos calculados para el codo de 90° fuente: los autores
Para hallar las pérdidas de energía para cada caso se usó la siguiente ecuación:
ha =^ P^^1 γ− P^2
Donde: P 1 y P 2 Son las presiones en Pa. γ es el peso específico del fluido en N/m^3 Para el caso de los codos de 45° fue necesario determinar las pérdidas por fricción ya que en este caso estas eran significativas, se hallan con la siguiente ecuación: hf = f (^) * (^) DL * 2 v (^) *^2 g
Donde: f es el factor de fricción. L es la longitud de la tubería en m. D es el diámetro de la tubería en m. V es la velocidad en m/s. g es la gravedad local m/s^2 Y se halla las pérdidas totales en el codo de 45° la cual será: hT = ha + hf
Para el caso de la tubería de 90° las pérdidas por fricción no se tienen en cuenta ya que no son significativas ya que la longitud de la tubería es pequeña. Por último el valor obtenido de ha en cada caso se divide por dos ya que en cada línea son dos codos y se desea hallar la pérdida que genera cada codo. Se calcula la constante del accesorio despejandola de la siguiente ecuación:
ha = K (^) * 8 * Q^
2 π (^2) * * g D 4 Quedando:
K = ha (^) * π^8 * g DQ 2
(^2) * * 4
Finalmente se calcula la longitud equivalente para cada accesorio a partir de la siguiente ecuación: Le = K Df *
Gráfica 1. fuente: los autores
Gráfica 2. fuente: los autores
La pendiente en cada gráfica significa el valor de la cte K para cada accesorio la cual es: Codo 45°=0, Codo 90°=0,
● Facultad de Estudios Superiores de Aragón. (2014). Laboratorio de Mecánica de Fluidos. Obtenido de Pérdidas secundarias: https://es.slideshare.net/20_masambriento/perdidas-secundarias
● Universidad Iberoamericana. (2011). Fluidos. Obtenido de Determinación de pérdidas primarias y secundarias en tuberías: https://es.scribd.com/document/205725340/Perdidas-Primarias-y-Secundarias-en-tub erias
Anexo 1.
Imagen 2. Factor K para diferentes accesorios fuente : http://hidraulica.umich.mx/users/juanpablo/AP%C3%89NDICE.pdf
Anexo 3. Imágenes tomadas en laboratorio
Fuente. Autores
