Perdidas De Cargas Primarias Y Secundarias En Tuberias (autoguardado) 3s4d31

PERDIDAS DE CARGAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS EN TUBERIAS

I. OBJETIVOS 1. Determinar las pérdidas de carga distribuidas en un tramo de tubería. 2. Determinar el factor de fricción de Darcy-Weisbach experimentalmente. 3. Determinar el número de Reynolds (Re). 4. Determinar las pérdidas de carga menores o localizadas en diversos rios.

II. MARCO TEORICO Las pérdidas por carga en las tuberías son de dos clases: primarias y secundarias. Las perdidas primarias son las pérdidas de superficie en el o del fluido con la tubería (capa limite), rozamiento de unas capas de fluidos con otra (régimen laminar) o las partículas de fluidos entre sí (régimen turbulento). Tiene lugar en flujo uniforme, por tanto principalmente los tramos de tuberías de secciones constantes. Las perdidas secundarias son las pérdidas de forma, que tiene lugar en las transiciones de (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas y en toda clases de rios en tuberías. a) Perdidas primarias: supongamos una tubería horizontal de diámetro constante D por la que circula un fluido constate, cuya velocidad media en la tubería es v. La energía en el punto 2 será igual a la energía en el punto 1 menos la energía pérdida (perdida de carga) entre los puntos 1 y 2, es decir, se cumple la ecuación de Bernoulli con pérdidas, expresadas en alturas equivalentes será:

Ecuación 1-1. Bernoulli modificada En el caso particular del ejemplo: Z1 = Z2 (tubería horizontal) V1 = V2 (sección transversal constante) Luego la pérdida de carga por roce será:

DONDE: 1-2 perdidas primarias entre 1 y 2.

b) Pérdidas secundarias o menores: Consideremos el esquema de conducción representado en el esquema siguiente, los tramos a-b, d-e, fg, h-i, j-k, l-m son tramos rectos de sección constante. En todos ellos se originan pérdidas primarias. En los tramos restantes se originan pérdidas secundarias: así F es un filtro, F-a desagüe de un depósito, b-c un codo, c-d un ensanchamiento brusco, k-l un medidor de caudal y m-n desagüe de un depósito.

Figura 1-2. Esquema explicativo de conducción de un fluido

En el caso particular la ecuación de Bernoulli quedará: P1 = P2 (presión atmosférica) V1 = V2 = 0 (depósitos grandes, velocidad de descenso del agua en 1 y de ascenso en 2, despreciables). Luego : El término H r 1-2 = H rp 1-2 + H rs 1-2 donde: H rp 1-2 = suma de pérdidas primarias entre 1 y 2. H rs 1-2 = suma de pérdidas secundarias entre 1 y 2. El término Hr1-2 de la ecuación 1.1 se conoce con el nombre de pérdida de carga y es el objeto de estudio del presente trabajo de titulación.

Pérdidas secundarias también conocidas como perdidas locales o puntuales , las cuales son originadas por una infinidad de rios que se ubican dentro de un sistema de tuberías , como por ejemplo :  Válvulas.  Ensanchamientos.  Codos.  Uniones universales.  Niples.  Etc.  Reducciones. La expresión para evaluar las perdidas secundarias ( en metros de columna del fluido) es la siguiente :

Donde K es la constante para cada rio y depende del tipo de rio, material y diámetro. Luego la longitud equivalente será:

La longitud equivalente se puede hallar en manuales y libros. En el equipo FME-05 de pérdidas de carga local estudia las pérdidas de energía cinética de un fluido que circula por una tubería. Estas se deben principalmente a variaciones bruscas de velocidad causadas por :  Cambios bruscos de sección.  Perturbación del flujo normal de la corriente , debido a cambios de dirección provocadas por la existencia de un codo , curva , etc.  Rozamiento o fricción. Las pérdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los elementos expresada en metros del fluido , puede calcularse con la siguiente expresión :

Dónde: K = coeficiente de pérdidas de carga. V= velocidad del fluido. ∆h = diferencia de altura manométrica. g= gravedad. 

ENSANCHAMIENTO SUBITA: Al fluir un fluido de un conducto de menor a uno mayor a través de una dilatación súbita, su velocidad disminuye abruptamente, ocasionando una turbulencia que genera una pérdida de energía. La cantidad de

turbulencia, y por consiguiente, la cantidad de pérdida de energía, depende del cociente de los tamaños de los dos conductos. La pérdida menor se calcula de la ecuación: (

)

Donde v1 es la velocidad de flujo promedio en el conducto menor que está delante de la dilatación. Al hacer ciertas suposiciones de simplificación respecto del carácter de la corriente de flujo al expandirse a través de una dilatación súbita, es posible predecir analíticamente el valor de k a partir de la siguiente ecuación: *

( )+ = [

( ) ]

FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México: Prentice Hall



ENSANCHAMIENTO GRADUAL: Si la transición de un conducto menor a uno mayor puede hacerse menos abrupta que la dilatación súbita de bordes cuadrados, la perdida de energía se reduce. Esto normalmente se hace colocando una sección cónica entre los dos conductos, como se muestra en la siguiente figura. Las paredes en pendiente del cono tienden a guiar el fluido la desaceleración y expansión de la corriente de flujo.

FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México: Prentice Hall La pérdida de energía para una dilatación gradual se calcula a partir de: (

)

Donde v1 es la velocidad del conducto menor que está delante de la dilatación. La magnitud de K depende tanto de la proporción de diámetro D2/D1 como del ángulo de cono, Ѳ y D2/D1. 

CONTRACCION SUBITA : La pérdida de energía debido a una contracción súbita, como la esbozada en la figura se calcula a partir de: (

)

Donde v2 es la velocidad en la corriente hacia abajo del conducto menor a partir de la contracción. El coeficiente de resistencia K depende de la proporción de los tamaños de los dos conductos y de la velocidad de flujo, como se muestra en la figura.

FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México: Prentice Hall



CONTRACCION GRADUAL : La pérdida de energía en una contracción puede disminuirse sustancialmente haciendo la contracción más gradual. La figura muestra una contracción de este tipo, formada mediante una sección cónica entre los dos diámetros con cambios abruptos en las junturas. El ángulo Ѳ se denomina ángulo de cono.

FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México: Prentice Hall

COEFICIENTE DE RESISTENCIA PARA JUNTAS Y VALVULAS : Se dispone de muchos tipos diferentes de válvulas y juntura de varios fabricantes para especificaciones e instalación en sistemas de flujo de fluido. Las válvulas se utilizan para controlar la cantidad de flujo y pueden ser válvulas de globo, de ángulo, de mariposa, otros varios tipos de válvula de verificación y mucha más. El método para determinar el coeficiente de resistencia k es diferente. El valor de k se reporta en la forma: ( )

El valor de ( ), llamado la proporción de longitud equivalente, se reporta en la siguiente tabla y se considera que es una constante para un tipo dado de válvula o juntura. El valor de mismo se denomina la longitud equivalente y es la longitud del conducto recto del mismo diámetro nominal como la válvula que tendría la misma resistencia que esta. El termino D es el diámetro interno real del conducto.

El término es el factor de fricción en el conducto al cual está conectada la válvula o juntura, tomado en la zona de turbulencia completa. Los valores de varían con el tamaño del conducto y de la válvula, ocasionando que el valor del coeficiente de resistencia K también varíe. La siguiente tabla enumera los valores de para tamaños estándar de conductos de acero comercial, nuevo y limpio. Factor de Fricción en Zona de Turbulencia completa para conductos de acero comercial nuevo y limpio. Tamaño de Factor de Tamaño de Factor de conducto conducto fricción, fricción, Nominal (pulg) Nominal (pulg) ½ 0.027 4 0.017 ¾ 0.025 5 0.016 1 0.023 6 0.015 1¼ 0.022 8-10 0.014 1½ 0.021 12-16 0.013 2 0.019 18-24 0.012 2 ½, 3 0.018 FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México: Prentice Hall

Consideraciones Teóricas:  Pérdidas de Carga en tuberías: es la pérdida de energía dinámica del fluido debida a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene.  Perdidas de carga primarias o distribuidas: son las pérdidas de superficie en el o del fluido con la tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección constante.  Perdidas de cargas menores o localizadas: rios, válvulas: son las pérdidas que tienen lugar en las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas, y en toda clase de rios de tubería.  Longitud de Tubería Equivalente (Le): consiste en considerar las pérdidas secundarias como longitudes en metros de un trozo de tubería del mismo diámetro que produciría las mismas pérdidas de carga que los rios en cuestión.

Tabla: Valores de de rugosidad para diferentes tipos de tuberías

Tipo de tubería Tubos de hierro estirado Tubos de chapa galvanizada Tubos de hierro laminados Tubos de acero nuevos Tubos de arrabio Tubos de cemento liso Tubos con enyesado grueso de cemento Tubos de cemento muy rugosos Tubos De hierro con muchos clavos Tubos de PVC



0.92 2.5 3.05 0.007

NUMERO DE REYNOLDS

Re  

Rugosidad ε (mm) 0.00046 0.015 0.046 0.046 0.26 0.28

vD vD 4 Q Q    1.2732    D. D.

Caída de Presión (ΔP): P  h   H 2O S Hg  1



Pa]

Pérdida de carga distribuida experimental (hfexp):

hf exp 

P

H O

[m]

2



Velocidad media en la tubería (V):

V 

4Q D 2

[m/s]

Factor de fricción experimental (fexp): f exp 

hf exp  2  g  D V2 L



Factor de fricción de Darcy-Weisbach teórico (fteo), Ec. de Swamee & Jain, 1976: f teo 



1.325    5.74  Ln 3.7  D  0.9 Re  

  

2

Pérdidas por fricción distribuida teórica (hfteo): hfteo  f teo 

L V2  D 2 g

[m]

BIBLIOGRAFIA:   

http://html.rincondelvago.com/diseno-de-un-modulo-de-perdidas-de-presionen-fluidos.html http://share.pdfonline.com/e804c0684838453ea060b5c87f36e663/PRACTICA%206 %20MEC.htm http://www.unioviedo.es/Areas/Mecanica.Fluidos/docencia/_asignaturas/mecanica_ de_fluidos/07_08/MF07_Perdidasdecarga.pdf