practica accesorios 2
TRANSCRIPT
Carrera: Ing. química
Asignatura: Laboratorio integral I
Contenido:
Practica: perdida de carga en accesorios
Maestro:
Norman Edilberto rivera pasos
Alumno (a):
Sthefanie Alonso Zavala
Amanda Paulina Acosta Orozco
24 de mayo de 2010
2
Índice
Objetivo……………………………………………………………………………………………………...3
Motivación.………………………………………………………………………………………………….3
Fundamento teórico……………………………………………………………………………………..3
Diseño de la practica……………………………………………………………………….……………9
Equipo………………………………………………………………………………………….……………10
Modelo matemático……………………………..………………………………………………….….11
Variables y parámetros…………………………………..…………………………………………..11
Mediciones y resultados………………………………………………..…………………………….12
Bibliografía…………………………………………………………………………………………………19
Conclusión………………………………………………..……………………………………………….20
3
Objetivo Calcular las perdidas de carga en tuberías debido a la fricción en accesorios codos ensanchamientos y reducciones. Motivación Es de suma importancia que un ingeniero químico sea capaz de seleccionar los accesorios adecuados, y determinar el lugar punto adecuado en el cual se deban de colocar en el sistema de tuberías, esta es una herramienta muy utilizada en la industria y nos es de utilidad para el diseño, instalación y selección de un sistema de tuberías.
Fundamento teórico
Los acoplamientos o accesorios de para conexión se clasifican en: de derivación,
reducción, ampliación y desviación. Los conectores de ampliación o reducción son
aquellos que cambian la superficie de paso de un fluido. El uso de este tipo de
accesorios genera una perdida de energía en el sistema de tuberías por lo su
estudio es de suma importancia.
Pérdidas de carga
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubería o algún otro
conducto, ocurren pérdidas de energía debidas a la fricción; tales pérdidas de
energía se llaman pérdidas mayores. Las pérdidas debidas a cambios puntuales en
las condiciones del flujo, por ejemplo: cambios de dirección, reducciones o
expansiones en el área de paso del flujo, elementos externos como válvulas,
filtros, etc., se conocen como pérdidas menores. Tales pérdidas de energía traen
como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de
flujo.
Las pérdidas de presión en un sistema de tuberías se deben a varias características
del sistema.
4
Rozamiento en la paredes de la tubería, que es función de la rugosidad de
la superficie interior de la misma, el diámetro interior de la tubería y de la
velocidad, densidad y viscosidad del fluido.
Cambios en dirección del flujo.
Obstrucciones en el paso del flujo.
Cambios repentinos o graduales en la superficie y contorno del paso del
flujo.
Pérdidas mayores:
La pérdida de energía debida a la fricción corresponde a la energía que se utiliza
en vencer los esfuerzos de corte existentes en el sistema. La fricción es
proporcional a la cabeza de velocidad del flujo (v2
/ 2g) y al cociente entre la
longitud y el diámetro de la corriente de flujo. Para el caso del flujo en tuberías, las
pérdidas mayores se expresan según la Ecuación de Darcy:
El fluido en un sistema de tubería típico pasa a través de varias uniones, válvulas,
flexiones, codos, ramificaciones etc. Dichos componentes (accesorios)
interrumpen el suave flujo del fluido y provocan perdidas adicionales debido al
fenómeno de separación de mezcla del flujo que producen. En un sistema típico,
con tubos largos, estas perdidas son menores en comparación con la perdida de
carga por fricción en los tubos (perdidas mayores) y se llaman perdidas menores.
Pérdidas menores:
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.
5
Las pérdidas menores se expresan en términos del coeficiente de perdida (K)
también llamado coeficiente de resistencia y se define como:
)2/(2 gv
hK L
L
Donde hL es la perdida de carga irreversible adicional en el sistema de tuberías
provocado por la inserción del accesorio.
Las pérdidas de energía menores son proporcionales a la cabeza de
velocidad del fluido cuando éste pasa a través de un codo, de una contracción o
expansión súbita, de una bifurcación, válvula, etc.
Cuando esta disponible el coeficiente de pérdida para un accesorio, la pérdida de
carga para este accesorio se determina a partir de:
g
vKh LL
2
2
En genera el coeficiente de perdida depende de la geometría del accesorio y del
numero de Reynolds, tal como el factor de fricción.
Con frecuencia los sistemas de tuberías incluyen secciones de ensanchamiento o
contracción repentinas o graduales para ajustar los cambios en las razones de flujo
o propiedades como la densidad y la velocidad. Las pérdidas usualmente son mas
grandes en el caso de los ensanchamientos y contracciones repentinos debido a la
separación de flujo.
Pérdida en una expansión súbita
Un ensanchamiento súbito en la tubería provoca un incremento en la presión de P1
a P2 y un decrecimiento en la velocidad de V1 a V2 (figura 1).
6
Figura 1. Pérdida en una expansión súbita.
Separación y turbulencia ocurre cuando el flujo sale del tubo más pequeño y las
condiciones normales del flujo no se restablecen hasta una cierta distancia aguas
abajo.
Pérdida en una contracción súbita
Figura 4. Pérdida en una contracción súbita.
El flujo a través de una contracción súbita usualmente involucra la formación de
una vena contracta en el tubo pequeño, aguas abajo del cambio de sección. La
pérdida total de energía en una contracción súbita se debe a dos pérdidas menores
separadamente. Éstas son causadas por:
7
1. La convergencia de las líneas de corriente del tubo aguas arriba a la sección
de la vena contracta.
2. La divergencia de las líneas de corriente de la sección de la vena contracta
al tubo aguas abajo.
El proceso de convertir carga de presión en carga de velocidad es bastante eficaz,
de ahí que la pérdida de carga de la sección (1) hasta la vena contracta (sección
de mayor contracción en el chorro) sea pequeña comparada con la pérdida de la
sección de la vena contracta hasta la sección (2), donde una carga de velocidad se
vuelve a convertir en carga de presión. Por esto una estimación satisfactoria de la
pérdida total hL , puede establecerse considerando únicamente la pérdida debida a
la expansión de las líneas de corriente.
Coeficiente de resistencia K
El coeficiente de resistencia K en la ecuación
g
vKh LL
2
2
Se define como la perdida de altura de velocidad para una válvula o accesorio.
As perdidas por fricción a lo largo de la longitud real del flujo; son mínimas. Por lo
que el coeficiente de resistencia K se considera independientemente del factor de
fricción y del numero de Reynolds
Para calcular el valor del coeficiente de fricción en válvulas o junturas se obtiene
con la fórmula:
K = (Le/d)ft
8
Los valores de K o Le/d varían según el accesorio que se este utilizando.
9
Diseño de la práctica
Conectar las mangueras a la mesa hidrodinámica el tubo ubicado en la parte
más posterior de la mesa, asegurándose de que estén bien colocadas,
evitando así la salida de flujo.
Conectar primero las 2 mangueras a cualquiera de los codos (90 o codo
curvo). Conectar las mangueritas para medir el diferencial de presión en los
puertos de medición.
Conectar en el resto de los codos, donde no se este midiendo la presión,
una manguera en cada codo para que sirva como tapón
Encender la mesa hidrodinámica para iniciar con la purga, y abrir la válvula
para asegurase que no quede nada de aire dentro de las mangueras, con la
finalidad de que no altere la lectura de la diferencia de presión.
Una vez purgadas las mangueras se desconectan las mangueritas de los
puertos, para poder calibrar y verificar a cero el medidor de flujo.
Volver a conectar las mangueritas en los puertos y abrir más o menos 3
vueltas cada valvulita de los puertos de medición de presión.
Abrir la válvula de la mesa hidrodinámica gradualmente para tener distintas
mediciones en cada accesorio, y empezar la toma de las medidas de flujo y
diferencial de Repetir el procedimiento para el resto de los accesorios.
10
Equipo
Mesa hidrodinámica
11
Modelo Matemático:
Dividiendo entre
Pero
Entonces tenemos para un calcular conociendo :
Y para calcular experimentalmente con :
Se utilizara la ecuación 1 y 2 para obtener hL
Variables y parámetros
Presión (mbar)
Flujo de agua (l/min)
Temperatura (°C)
12
Mediciones y resultados
13
Ensanchamiento
14
Codo de 90
15
Codo curvo
16
Codos curvos externos
17
18
19
Bibliografia
Mecánica de fluidos Robert l. mott
Flujo de fluidos CRANE
Mecánica de fluidos Victor L. Streeter E. Benjamnin Wyle 9na ed.
20
Conclusión Considero que el calculo de hL es de gran utilidad ya que nos permite determinar las perdidas que hay en nuestro sistema de tuberías las cuales pueden ser perdidas mayores o menores según sea el caso, lo cual nos ayuda a hacer mas eficiente nuestro sistema, este tema es de gran utilidad ya que en la practica este es uno de los problemas a resolver, y el determinar hL nos ayuda a mejorar los sistemas hidráulicos.