Practica #4
Perdidas por Fricción en Accesorios.
1. Marco Teorico.
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción que hay entre el liquido y la pared de la tubería; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo.
En estructuras largas, las pérdidas por fricción son muy importantes, por lo que ha sido objeto de investigaciones teórico y experimentales para llegar a soluciones satisfactorias de fácil aplicación.
Para estudiar el problema de la resistencia al flujo resulta necesario volver a la clasificación inicial de los flujos laminar y turbulento.
Las pérdidas de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del fluido que circula por él. Esto también se conoce como carga (h).
La ecuación de la energía, la cual se extiende del principio de Bernoulli, nos permite manejar sistemas a través del principio de la conservación de energía, donde es esencial que se describa la dirección de flujo del sistema.
Además de las pérdidas de energía por fricción, hay otras pérdidas "menores" asociadas con los problemas en tuberías. Se considera que tales pérdidas ocurren localmente en el disturbio del flujo.
Estas ocurren debido a cualquier disturbio del flujo provocado por curvaturas o cambios en la sección. Son llamadas pérdidas menores porque pueden despreciarse con frecuencia, particularmente en tuberías largas donde las pérdidas debidas a la fricción son altas en comparación con las pérdidas locales. Sin embargo en tuberías cortas y con un considerable número de accesorios, el efecto de las pérdidas locales será grande y deberán tenerse en cuenta.
Las pérdidas menores son provocadas generalmente por cambios en la velocidad, sea magnitud o dirección. Experimentalmente se ha demostrado que la magnitud de las pérdidas es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad. Es común expresar las pérdidas menores como función de la cabeza de velocidad en el tubo, V2 / 2*g.
Se propusieron diversas formulas para el calculo de diversas pérdidas de carga por frotamiento, cuando los fluidos circulan en curvas, accesorios, etc., pero el método más sencillo es considerar cada accesorio como equivalente a una longitud determinada e tubo recto. Esto permite reducir las pérdidas en los tubos, válvulas o accesorios en general a un denominador común: la longitud equivalente del tubo de igual rugosidad relativa.
- Revise si el nivel del agua en el depósito es el indicado para su correcta operación y verifique la instalación eléctrica.
- Determine los diferentes acoples para la instalación de las tomas de presión.
- Anote los datos iniciales de la columna de mercurio.
- Coloque en posición abierta todas las válvulas del sistema y prenda la bomba.
- Verifique la ausencia de aire en el sistema y elimine éste manteniendo el banco en funcionamiento durante varios minutos (5 a 6 minutos).
- Revise la buena operación del medidor principal de caudal.
- Considerando el tramo de tubería a utilizar, es decir aquella donde están ubicados los accesorios a usar, cierre una a una las válvulas de los tramos que no sean de interés.
- Espere que el sistema se estabilice.
- Tomar para cada sector del accesorio a medir los valores de presiones con los dos manómetros disponibles y varíe el caudal diez veces, tomando simultáneamente el aforo con el beaker y tome nota del tiempo.
- Inicie con flujos bajos y aumente éste o con flujos altos y luego disminuya el caudal, tomando para cada uno de ellos los datos de las presiones, caudales, volúmenes y tiempos.
- Cada vez que cambie el accesorio, cierre completamente la válvula que regula el flujo y apague la bomba.
- A continuación instale los medidores de presión en el nuevo accesorio a usar y repita el procedimiento descrito.
- Al terminar la práctica, cierre lentamente la válvula que controla el flujo y suspenda el circuito eléctrico.
3. Experimentación.
En estructuras largas, las pérdidas por fricción son muy importantes, por lo que ha sido objeto de investigaciones teórico y experimentales para llegar a soluciones satisfactorias de fácil aplicación.
Para estudiar el problema de la resistencia al flujo resulta necesario volver a la clasificación inicial de los flujos laminar y turbulento.
Las pérdidas de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del fluido que circula por él. Esto también se conoce como carga (h).
- hL: Pérdidas de energía del sistema por la fricción en las tuberías, o pérdidas menores por válvulas y otros accesorios.
La ecuación de la energía, la cual se extiende del principio de Bernoulli, nos permite manejar sistemas a través del principio de la conservación de energía, donde es esencial que se describa la dirección de flujo del sistema.
- Pérdidas Menores
Además de las pérdidas de energía por fricción, hay otras pérdidas "menores" asociadas con los problemas en tuberías. Se considera que tales pérdidas ocurren localmente en el disturbio del flujo.
Estas ocurren debido a cualquier disturbio del flujo provocado por curvaturas o cambios en la sección. Son llamadas pérdidas menores porque pueden despreciarse con frecuencia, particularmente en tuberías largas donde las pérdidas debidas a la fricción son altas en comparación con las pérdidas locales. Sin embargo en tuberías cortas y con un considerable número de accesorios, el efecto de las pérdidas locales será grande y deberán tenerse en cuenta.
Las pérdidas menores son provocadas generalmente por cambios en la velocidad, sea magnitud o dirección. Experimentalmente se ha demostrado que la magnitud de las pérdidas es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad. Es común expresar las pérdidas menores como función de la cabeza de velocidad en el tubo, V2 / 2*g.
Se propusieron diversas formulas para el calculo de diversas pérdidas de carga por frotamiento, cuando los fluidos circulan en curvas, accesorios, etc., pero el método más sencillo es considerar cada accesorio como equivalente a una longitud determinada e tubo recto. Esto permite reducir las pérdidas en los tubos, válvulas o accesorios en general a un denominador común: la longitud equivalente del tubo de igual rugosidad relativa.
Con hL la pérdida menor y K el coeficiente de pérdida. Valores de K para todo tipo de accesorio, son encontrados en los textos de fluidos e hidráulica.
2. Descripción Practica.
- Equipo.
- Procedimiento.
- Revise si el nivel del agua en el depósito es el indicado para su correcta operación y verifique la instalación eléctrica.
- Determine los diferentes acoples para la instalación de las tomas de presión.
- Anote los datos iniciales de la columna de mercurio.
- Coloque en posición abierta todas las válvulas del sistema y prenda la bomba.
- Verifique la ausencia de aire en el sistema y elimine éste manteniendo el banco en funcionamiento durante varios minutos (5 a 6 minutos).
- Revise la buena operación del medidor principal de caudal.
- Considerando el tramo de tubería a utilizar, es decir aquella donde están ubicados los accesorios a usar, cierre una a una las válvulas de los tramos que no sean de interés.
- Espere que el sistema se estabilice.
- Tomar para cada sector del accesorio a medir los valores de presiones con los dos manómetros disponibles y varíe el caudal diez veces, tomando simultáneamente el aforo con el beaker y tome nota del tiempo.
- Inicie con flujos bajos y aumente éste o con flujos altos y luego disminuya el caudal, tomando para cada uno de ellos los datos de las presiones, caudales, volúmenes y tiempos.
- Cada vez que cambie el accesorio, cierre completamente la válvula que regula el flujo y apague la bomba.
- A continuación instale los medidores de presión en el nuevo accesorio a usar y repita el procedimiento descrito.
- Al terminar la práctica, cierre lentamente la válvula que controla el flujo y suspenda el circuito eléctrico.
3. Experimentación.
- Datos
ACCESORIO
|
VALVULA DE BOLA
|
VALVULA DE COMPUERTA
|
TEE 1/2"
|
PRESION (Kpa)
|
7,5
|
2,3
|
1
|
ACCESORIO
|
VALVULA DE
RETENCIÓN
|
VALVULA DE
GLOBO
|
CODO 90ͦ ͦ
|
PRESION (Kpa)
|
3,4
|
32,8
|
1
|
ACCESORIO
|
TUBO VENTURI
|
TUBO PITOT
|
PLACA
ORIFICIO
|
PRESION (Kpa)
|
1,8
|
23,6
|
1
|
4. Analisis de Resultados.
- Medición de caudal mediante tubo venturi
Al completar los cálculos y comparar los resultados entre las 3 mediciones, se pudo determinar que la energía total en los 6 puntos no es constante, y que disminuye a medida que el agua fluye a través del tubo, ya que mientras la velocidad a la que el agua fluye se mantiene constante entre los puntos de medición 1 y 6.
La presión total disminuye, lo que indica una pérdida de energía a lo largo del tubo y comparando la presión total en el punto 1 y el punto 6, esta pérdida de energía se da principalmente entre los puntos 3 y 5, y al consultar en la bibliografía se determinó que se debe a varios factores que se pueden agrupar en dos elementos, el primero es conocido como pérdida de energía por accesorios, y se debe a la configuración de la tubería, la cual hace cambiar la dirección de flujo y la velocidad del fluido, el segundo elemento es conocido como pérdidas por fricción las cuales se dan cuando el fluido entra en contacto con las paredes del tubo, esta energía puede ser calculada teniendo en cuenta la ecuación de Darcy-Weisbach, la cual es una ecuación empírica que a partir de los datos de longitud del tubo, diámetro de flujo, velocidad media, y coeficiente de fricción, logra determinar la cantidad de energía que se pierde a lo largo del recorrido.
5. Conclusiones.
- Se midió la presión estática en cada uno de los puntos del tubo de Venturi y se pudo determinar cómo esta cambia drásticamente, al cambiar el diámetro del tubo por el que el agua fluye, y que esto se debe al principio de conservación de la energía y la materia, que se ven reflejadas en el principio de Bernoulli.
- Se midió la velocidad en cada uno de los puntos y se determinó con ayuda de los resultados experimentales, que esta no es afectada por las pérdidas de energía.
- Se comprobó al medir la presión total en todos los puntos, que esta disminuía a lo largo del tubo de Venturi, lo que indica una nueva variable energética que no se había tenido en cuenta anteriormente, y que indica la pérdida de energía por fricción y por accesorios.
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