Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Civil

Prctica No. 2: Prdida de Energa en Accesorios

1. Objetivos:

1.1 Estudiar las prdidas de carga que sufre el fluido al atravesar los diferentes elementos de una instalacin hidrulica, tales como tuberas, vlvulas, codos y piezas especiales.

1.2 Determinar experimentalmente el coeficiente de prdida (K) para diversos accesorios.

1.3 Comparar la prdida de energa que producen tres diferentes tipos de vlvulas reguladoras de caudal y tres codos de diversos ngulos.

1.4 Dibujar la lnea de carga piezomtrica y de carga total para el sistema hidrulico utilizado

2. Fundamentos Tericos

Las tuberas de conduccin que se utilizan en las instalaciones hidrulicas estn formadas por tramos rectos de tuberas y accesorios, tales como; vlvulas, codos, tees, reductores de dimetros, etc. permitiendo que el sistema se adapte a la geometra horizontal y vertical de la instalacin. Estos accesorios, al igual que los tramos de tubera, tambin producen prdidas de energa. Tal tipo de prdida se conoce como prdida menor o prdida localizada. Su magnitud depende del tipo de accesorio y se expresa como una parte de la energa cintica, provocada por la velocidad del flujo al atravesar el accesorio. La frmula general de prdida menor es:

El coeficiente de prdida K, es un parmetro adimensional, que depende del tipo de accesorio, del nmero de Reynolds, de la rugosidad y de la configuracin geomtrica del accesorio. Su valor se determina en forma experimental.

En el Anlisis y Diseo de las instalaciones hidrulicas es necesario conocer los aumentos y disminucin de energa hidrulica que sufre el fluido al atravesar el elemento o componente con el caudal, siendo necesario aplicar el teorema de Bernoulli:

Vlvula

1P

2P

hf

Piezmetro

Q

g

VKacch f

2

2

Donde: hfacc = prdida de energa menor K = Coeficiente de prdida del accesorio. V = velocidad media del flujo g = Aceleracin de la gravedad

facchZP

g

VZ

P

g

V 2

2

2

21

1

2

1

22

hfac

c

Laboratorio de Hidrulica Instructores: Ing. Carlos Salvador Gordillo Ing. Luis Sandoval

21

2121 PPhh

PPfaccf

Ensanchamiento

Q

Codo

Q

Instructivo de Prctica:

3. Equipo:

- Aparato para prdida de energa en accesorios - Cronmetro y cubeta aforada

4. Procedimiento:

4.1 Abrir la vlvula reguladora provocando una diferencia de alturas en de 50 mm en el piezmetro 7, permitiendo que circule un caudal pequeo.

4.2 Utilizando la cubeta aforada mida el caudal en forma volumtrica, captando un volumen de 3 litros y tomando con el cronmetro el tiempo de llenado.

4.3 Lea en la escala la altura del menisco de agua en los piezmetros del 1 al 7, ellos marcan la

presin en columna de agua (h = P/), antes y despus de cada accesorio, provocada por el caudal que circula.

4.4 Repita los pasos anteriores el nmero de veces que permita la escala de los piezmetros.

5 Interpretacin de los resultados:

5.1 Calcule la diferencia de presiones registrada por cada accesorio, as: 21 hhh facc , este

valor representa la prdida de energa provocada por ese accesorio en particular.

5.2 Calcule los caudales aforados: Q = Vol/t, (cm3/seg).

5.3 Obtenga la velocidad del flujo: V = Q/A, en (cm/seg) el dimetro de la tubera es de .

Codo radio largo

Vlvula de paso Vlvula de compuert a

Vlvula de paso reguladora

Vlvula de globo

Codo radio corto

Codo de 45

Piezmet ro 1 Piezmet ro 2 Piezmet ro 3 Piezmet ro 4

Piezmet ro 5Piezmet ro 6

Piezmet ro 7

Q

5.4 Calcule la carga de velocidad, V2/2g en cm para cada caudal.

5.5 Determine el valor del coeficiente de prdida K para cada accesorio y para cada caudal, aplicando la frmula, luego obtenga el promedio:

K = hf/V2/2g

5.6 Encuentre el valor promedio con la frmula: n

KK

i donde n es el nmero de tomas.

5.7 Verifique el valor del coeficiente K para cada accesorio, por medio de una grfica, ploteando

la prdida de energa hf (en cm) sobre el eje vertical y la energa especfica V2/2g (en cm)

sobre el eje horizontal, resultar una serie de puntos dispersos, ajuste por el mtodo de mnimos cuadrados una recta y obtenga su ecuacin experimental, la pendiente de dicha ecuacin representar el valor del coeficiente de prdida de energa (K) para cada accesorio. En estas grficas debe incluir el punto (0,0), es decir, para caudal cero prdida de carga cero.

5.8 Agrupe en un mismo grfico las rectas para las tres vlvulas y en otro grfico las rectas para los tres codos. Compare los valores del coeficiente K para las vlvulas, as como para los codos.

5.9 Calcule el coeficiente Ks de prdida de energa de todo el sistema hidrulico, (incluye tubera y accesorios en conjunto), para ello plotee la prdida de energa total del sistema

71 hhh facc , en (cm), y proceda como se describe en los puntos 5.5 y 5.6 anteriores.

5.10 Empleando el caudal mximo del ensayo, dibuje la lnea de carga piezomtrica y de

carga total para el sistema ensayado, ploteando en el eje vertical (P/ + Z) y (V2/2g + P/ + Z), respectivamente, contra la posicin de cada piezmetro, stos estn separados uniformemente a cada 22 cm.

5.11 Analice los resultados y determine qu tipo de vlvula y qu tipo de codo produce mayor y menor prdida de energa hfacc, segn la velocidad del flujo, apyese en el cuadro de clculos y en las grficas.

5.12 Explique cmo afecta el caudal a la prdida de carga producida en los accesorios ensayados.

5.13 Describa qu factores influyen en la prdida de energa que un accesorio puede producir.

5.14 Incluya en su investigacin del marco terico, los valores del coeficiente de prdida K para diversos accesorios usados en las instalaciones hidrulicas.

5.15 Incluya un comentario sobre la importancia de la determinacin de las prdidas de

energa primarias y secundarias.

Cuadro para la toma de datos:

Caudal No.

h1 (mm)

h2 (mm)

h3 (mm)

h4 (mm)

h5 (mm)

h6 (mm)

h7 (mm)

Tiempo (seg)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Ejemplo de cuadro para clculos para cada accesorio:

No. Vlvula de paso

Q (cm/s)

h (cm)

V=Q/A (cm/s)

V/2g (cm)

K=hf/(v/2g)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Kpromedio =