Pre-Informe Batería de Pérdidas

Pre-Informe BATERÍA DE PÉRDIDAS Nuncira Jesús, Triana Patricia, Valcárcel Lorena Grupo O2 – Subgrupo # 3 Universidad Industrial de Santander Dirigido a: Duban F. García N. 

Resumen—En

la siguiente práctica se determinaran experimentalmente las pérdidas de carga, estas pueden ser primarias cuando se trata del rozamiento de las capas de fluido y contacto del fluido con la tubería, y secundarias cuando se tiene en cuenta las pérdidas debidas a toda clase de accesorios de la tubería; codos, válvulas, estrechamiento y expansiones de la corriente del fluido. Finalmente se comparan estos valores experimentales con los calculados a partir de las ecuaciones de la mecánica de fluidos. Índice de Términos—Mecánica de Fluidos, pérdida de carga, caída de presión.

general a través de tuberías, el flujo de un fluido en una tubería viene acompañado de una pérdida de energía, esta suele expresarse en términos de energía por unidad de peso de fluido circulante, dimensiones de longitud, y se denomina pérdida de carga. La pérdida de carga se relaciona con variables fluido dinámicas según sea el tipo de flujo, laminar o turbulento, además otros factores como la rugosidad de la tubería juegan un papel importante en la determinación de las pérdidas de carga. La determinación de las pérdidas de carga constituye un objetivo básico, pues de ellas dependerá la energía que se deba proporcionar al fluido con un equipo apropiado, y también el caudal que realmente vaya a circular por la tubería instalada.

OBJETIVOS— 

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GENERAL o Determinar y evaluar experimentalmente la pérdida de carga de un fluido que pasa a través de ciertos tramos de tubería instalada. ESPECÍFICOS o Medir las pérdidas de carga generadas en cierto tramo lineal de tubería. o Calcular los parámetros característicos, tales como coeficiente de fricción, rugosidad relativa. o Determinar la caída de presión secundaria en ciertos tramos de tubería, que presentan accesorios como válvulas, codos, etc. o Comparar las relaciones y los valores obtenidos experimentalmente con los calculados mediante expresiones de la mecánica de fluidos.

I. INTRODUCCIÓN La mecánica de fluidos, es la parte de la física que estudia el movimiento de los fluidos en reposo o en movimiento, así como las aplicaciones o mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. En la gran mayoría de los procesos industriales se lleva a cabo el transporte de fluidos, por lo

II. MARCO TEÓRICO El flujo de un líquido en una tubería viene acompañado de una pérdida de energía la cual es expresada en dimensiones de longitud y es conocida como pérdida de carga, cuando la tubería es horizontal la pérdida de carga se ve reflejada en una disminución de presión en el sentido del flujo. El cálculo de la pérdida de carga varía según el tipo de fluido, laminar o turbulento. Existen dos clases de pérdidas, las pérdidas de cargas lineales o primarias y las pérdidas de cargas singulares o las secundarias. Las pérdidas primarias son aquellas se generan a lo largo de ducto ante el contacto del fluido con la superficie de la tubería además del rozamiento de unas capas de fluidos con otras para el régimen Laminar o de las partículas de fluido entre sí para el turbulento. Las pérdidas secundarias se dan debido al cambio de la forma de la tubería, estrechamiento o expansión de la corriente, y tienen lugar en transiciones, codos, válvulas y toda clase de accesorios para tuberías. Para el cálculo de las pérdidas de carga es importante establecer si la tubería es lisa o rugosa, y que tipo de fluido se va a utilizar laminar o turbulento. Las pérdidas primarias se generan por tensiones cortantes de origen viscoso que aparecen entre el fluido y las paredes de la tubería. Considerando flujo estacionario en una sección constante de la tubería, ver figura 1, las

pérdidas de carga se pueden calcular con un balance de fuerzas en la dirección del flujo.

Para calcular el coeficiente de fricción para un flujo turbulento se puede usar la ecuación de Colebrook y White.

Haciendo las debidas simplificaciones, se obtiene que:

La ecuación anterior, también puede ser representada mediante una gráfica conocida como diagrama de Moody. Las pérdidas de presión o de carga secundaria (hf2) se determinan mediante la siguiente ecuación:

Este valor varía dependiendo del tipo de régimen del fluido, ya que los esfuerzos cortantes son diferentes para cada uno de estos. De esta forma para el régimen laminar se obtiene la ecuación de Hagen-Poiseuille

Dónde KL es un parámetro que depende del accesorio, elemento o fenómeno que está presente en el tramo de tubería instalada.

Y de forma más general se tiene la ecuación de DarcyWeisbach.

Siendo f un parámetro adimensional, denominado coeficiente de fricción o coeficiente de Darcy, el cual es función del número de Reynolds y de la rugosidad relativa de la tubería. El número de Reynolds relaciona las fuerzas de inercia y viscosas, y es una manera para determinar si el movimiento del fluido es laminar o turbulento, éste se calcula de la siguiente manera: Diagrama de Moody.

III. EQUIPO A UTILIZAR Donde D es el diámetro de la tubería, V la velocidad, ρ la densidad y µ la viscosidad del fluido. Para Re < 2000 define el régimen laminar, 2000 < Re < 4000 uno de transición, y Re > 4000 el régimen turbulento.

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Fluido de trabajo: Se emplea agua como fluido de trabajo. Por lo general, en la batería de pérdidas, se utiliza cualquier tipo de fluido incompresible, con el fin de calcular las pérdidas de presión en las tuberías.

Aunque para un flujo laminar también es válida la ecuación de Darcy-Weisbach que depende solo del número de Reynolds. 

Equipo Technovate 9009:

Equipo utilizado a escala de laboratorio para determinar la influencia y el comportamiento de las variables de flujo sobre un fluido incompresible que circula a través de tuberías y accesorios que conforman el equipo.

44, 45, 48, 50, 52. Válvulas de control. 46 Tubería de descarga. 47. Visor de flujo. 49. Tubo de salida. 51. Codo.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Primera parte: Calibración de la platina de orificio. 1. Abrir las válvulas 11, 12, 16, 44, 52, todas las demás válvulas del sistema deberán permanecer cerradas. 2. Se procede a llenar el tanque de almacenamiento hasta su máxima capacidad 48 Litros. Equipo a utilizar.

Convenciones: 1. Tubería de 3/8 in. 2. Tubería de 1/2 in. 3. Tubería de 3/4 in. 4. Tubería de 1 in. 5. Bomba centrífuga con Motor de 0.25 HP. 6. Tanque de almacenamiento 14 galones de capacidad. 7. Venturímetro: Instrumento de medición de flujo de área fija, consta de 2 secciones cónicas, una entrada convergente y una salida divergente unidas por una garganta, el diferencial de presión se mide instalando tomas en la entrada y en la garganta. 8. Platina de orificio: Instrumento de medición de flujo de área fija, consiste en una placa delgada con abertura redonda y concéntrica, es utilizado debido a su sencillez, bajo costo y facilidad en su instalación. A diferencia del Venturímetro la caída de presión es mayor en este equipo debido al cambio abrupto en el flujo del fluido. 9. Medidor del volumen del tanque de almacenamiento; Unidad Litros y/o Galones. 10 – 19. Válvulas de compuerta.

3. Se debe verificar que las mangueras unidas a la platina y manómetro 42 se encuentren bien conectadas y no presenten burbujas dentro de las mismas. 4. Se procede a abrir la bomba (pasando el switch a on), además se empieza a abrir la válvula 10 lentamente permitiendo el flujo del fluido a través del sistema. 5. Se debe verificar en el visor de fluido si el flujo que está circulando a través de las tuberías es laminar. 6. Usando las válvulas 10 y 44 se nivela la presión requerida, posteriormente con la ayuda del manómetro se lee la diferencia de presión. 7. Cuando se alcance el diferencial de presión requerido, se cierra la válvula 52 y se abre la válvula 45 simultáneamente, con el fin de dejar salir el flujo por la tubería 46 hasta un volumen de 3 litros (revisando el tanque de almacenamiento), finalmente se toma el tiempo con ayuda de un cronometro que toma dejar salir 3 litros de agua del sistema. 8. Seguidamente se grafican los diferenciales de presión [in de C D] en contra del caudal en L/s.

Segunda parte: Toma de presiones a través de las tuberías y los accesorios. 1. Bifurcación T (20) y Codo (21). 

Conservando el circuito utilizado para la calibración de la platina de orificio, se debe conectar el manómetro 43 a los puntos 34 y 36 para hacer la medición a través de la T, para el codo en los puntos 36 y 37.

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Escoger una caída de presión en la platina que se encuentre dentro del rango graficado en la calibración.

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Se procede a leer la caída de presión en el manómetro 43.

20. Bifurcación en forma de T. 21. Codo. 22 – 41. Puntos para la toma de la presión estática. 42 – 43. Tubos manométricos.

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Repetir este procedimiento para dos caudales diferentes.

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http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia /_asignaturas/mecani ca_de_fluidos/07_08/MF07_Perdidasdecarga.pdf [consulta: 25 de noviembre de 2013]

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http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/5_reynolds.pdf [consulta: 25 de noviembre de 2013]

2. Tubería en los tramos 25-29, 29-33 y 25-33. 

Conservando el circuito utilizado para la calibración de la platina de orificio, se debe conectar el manómetro 43 a los puntos 25 y 29 para hacer la medición de las pérdidas de presión a lo largo de la tubería.

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Escoger una caída de presión en la platina que se encuentre dentro del rango graficado en la calibración.

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Se procede a leer la caída de presión en el manómetro 43.

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Repetir este procedimiento para dos caudales diferentes.

3. Perdida a través de la válvula 15. 

Conservando el circuito utilizado para la calibración de la platina de orificio, se debe conectar el manómetro 43 a los puntos 32 y contigua para hacer la medición de las pérdidas de presión a través de una válvula.

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Escoger una caída de presión en la platina que se encuentre dentro del rango graficado en la calibración.

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Se procede a leer la caída de presión en el manómetro 43.

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Repetir este procedimiento para dos caudales diferentes.

4. Bifurcación T medida a lo largo. 

Conservando el circuito utilizado para la calibración de la platina de orificio, se debe conectar el manómetro 43 a los puntos 35 y 36 para hacer la medición de las pérdidas de presión a lo largo de la T.

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Escoger una caída de presión en la platina que se encuentre dentro del rango graficado en la calibración.

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Se procede a leer la caída de presión en el manómetro 43.

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Repetir este procedimiento para dos caudales diferentes.

V. BIBLIOGRAFÍA 

BIRD, Robert. Fenómenos de transporte .2a. ed. México. Limusa Wiley, 2006. Pp 366 – 375, 992 -998.

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ÇENGEL, Yunus; CIMBALA, John. Mecánica de fluidos: fundamentos y aplicaciones. México: Editorial McGraw-Hill, 2006.

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HAESTAD Methods Engineering Staff, Computer Applications in Hydraulic Engineering, 5th Edition, 2002.