Informe: Banco de Prdida en Tuberas

CURSO: Mecnica de Fluidos.

DOCENTE: CHUQUILIN DELGADO MARIA

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ALUMNOS: CASTAEDA GUZMAN, HUGO ALEXANDER HUAMAN CHAVEZ, CLINTON ENER PORTAL SANDOVAL, GUILLERMO RENGIFO MARTOS, EDUAR SAENZ AREVALO, DANNY OMAR IZQUIERDO ORTIZ, WILSON ALBERTO GAONA SALDAA, BRYAN STEVE

PRDIDAS DE ENERGA EN TUBERAS Y ACCESORIOS.

INTRODUCCIN Sistemas de bombeo estn presentes en la industria minera con actividad subterrnea cuando el agua de mina, producto de las excavaciones, debe ser bombeada hacia superficie para garantizar la continuidad de la produccin. La seleccin de estos sistemas de bombeo precisa del correcto establecimiento del equilibrio hidrulico del sistema.

Las prdidas de energa se deben principalmente a turbulencia y friccin. Estas han sido ampliamente estudiadas y contabilizadas en la prdida de carga total del sistema. Los mtodos de Darcy-Weisbach y Hazen-Williams son los ms aplicados para el clculo de prdida de carga en tuberas, tenindose el segundo mtodo como el ms usado en el sector industrial y el primero como el ms preciso.

OBJETIVOS Visualizar los diferentes instrumentos y procedimientos de clculo que permiten la obtencin de las variables del campo de flujo interior en tuberas. Determinar las prdidas por friccin en tubera y por forma (prdidas menores) en las vlvulas. Indicar la relacin entre el caudal y las prdidas por friccin. Indicar la influencia de la rugosidad de la tubera en las prdidas por friccin. Demostrar la relacin entre las prdidas de energa y el gradiente de presin.

MARCO TEORICO En el laboratorio de la Universidad Jos Antonio Pez se elabor un experimento sobre Prdidas de energa en tuberas y accesorios en un banco de ensayos clasificado que dispone de una tubera de hierro galvanizado (=0.15mm) y conectada a continuacin una tubera de Policloruro de vinilo (PVC) (=0.20 mm) Se estudiar lo referente a las prdidas de energa que produce la tubera por la friccin y las que generan los diversos accesorios conectados a las tuberas mencionadas anteriormente.

Tipos de prdidas en sistemas de tuberas

Tipos de prdidas en sistemas de tuberas Prdidas por friccin - prdida de carga prdida continua Las tuberas de acuerdo al material del que estn hechas poseen cierta rugosidad () la cual se determina experimentalmente y que se mide por la altura de las pequeas irregularidades en la superficie interna del tubo.

Prdidas por accesorios prdidas localizadas prdidas menores

En las tuberas se colocan accesorios como llaves y vlvulas para regular o restringir el flujo, codos para cambiar la direccin del flujo y las bifurcaciones para dividir el caudal en dos direcciones diferentes. A este tipo de prdidas se le denomina a veces prdidas menores debido a que en algunos casos son pequeas en comparacin con las prdidas por friccin, sin embargo, se debe tener cuidado al llamarlas as, porque existen tuberas de corta longitud donde hay muchos accesorios instalados y podra ser que las prdidas por accesorios supere a las prdidas por friccin. Si un sistema de tuberas tiene una longitud muy grande podra darse el caso de que las prdidas localizadas sean despreciables

Vlvula de retencin (Asiento y resorte) Vlvula de retencin (Asiento y resorte) Vlvula de bola

Las prdidas por accesorios se determinan por las siguientes ecuaciones:

La ecuacin (1) se usa en los casos donde la velocidad promedio antes y despus del punto donde ocurre la prdida del accesorio son distintas y la ecuacin (2) se usa para hallar la prdida en puntos donde la velocidad promedio no cambia antes y despus del punto donde est el accesorio.

A continuacin se muestra el concepto de prdida localizada geomtricamente.

Observe que la lnea de energa va decreciendo gradualmente por la friccin en la tubera a medida que el fluido turbulento va avanzando y cuando se encuentra con un accesorio la lnea de energa cae cierta longitud y luego contina con la pendiente anterior. Esa prdida de altura en la lnea de energa que ocurre sobre el accesorio es la prdida localizada que produce el accesorio.

Principales prdidas locales en flujo turbulento Se pueden usar esos valores para clculos rpidos, pero en la prctica es recomendable usar valores suministrados por los fabricantes de los accesorios.

MATERIALES PARA EL EXPERIMENTO (EQUIPOS)El equipo a usar para este experimento se denomina Banco de Tuberas para flujo turbulento. El cual tiene como finalidad el estudio de las prdidas de carga en tres tuberas de diferentes, a travs de los cuales escurre el agua preferentemente en flujo .El equipo est formado por: Un banco de 4 tuberas

Un reservorio metlico con un controlador de nivel con un difusor en la parte superior, que alimenta las tuberas con un caudal constante.

Accesorios para medir las prdidas de carga locales que sern acoplados al conducto (codo, ensanchamiento, vlvula,).

Una batera de piezmetros conectados al tablero de medicin con conductos flexibles

Cronmetro Digital

Agua

Cuaderno de Apuntes

PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO 1) Proceder a la apertura de la llave de desfogue y as circular agua a travs de las tuberas del conducto elegido para el experimento. Para verificar el buen funcionamiento de los medidores de presin se debe aplicar una carga esttica al equipo, cuando no exista flujo los piezmetros deben marcar la misma carga.

2) Realizar la medicin del caudal que fluye por la tubera con el vertedero triangular calibrado.

3) Sealizar los tramos de tuberas en estudio entre 2 piezmetros consecutivos, medir la longitud del tramo. En este caso se utilizaran 5 tramos de medicin, tres para definir las prdidas de friccin y dos para las prdidas de carga local.

4) Tomar nota de las mediciones de nivel en los cinco piezmetros instalados en la tubera.

5) Cambiar el caudal utilizando la vlvula general instalada al final de la tubera y repetir un nmero de veces tal que asegure buenos resultados.

6) Medir la temperatura promedio del agua.

Aplicamos una carga esttica al equipo con el fin de garantizar el ptimo funcionamiento de nuestros piezmetros, cerciorndonos que para este caso estos estn al mismo nivel.

Se procedi con el dimensionamiento de la tubera, as como la distancia entre piezmetros.

Una vez empez a circular el agua se midi la temperatura para conocer la viscosidad cinemtica (). T=25 CSe midi el caudal en la tubera con la ayuda del vertedero. Se midi las presiones que indica cada piezmetro con la regla

Se cambi el caudal usando la vlvula reguladora instalada al final de la tubera.

Se efectuaron ocho mediciones

CLCULOS REALIZADOS A continuacin presentamos el banco de ensayos donde se realiz la experiencia, la llave reguladora de flujo principal (2) se control para cuatro tuberas de flujo:

En las siguientes dos pginas se muestran los valores obtenidos en el ensayo.

Clculos Caudal Q [ m/s]:

Ejemplo del clculo: Para la tubera 1, el tiempo que se tard en llenar el nivel del recipiente fue 5 min: 300 s

Clculos Velocidad promedio de flujo V [m/s] Ejemplo de clculo: para la condicin 1.

Calculando para el resto de las condiciones se obtuvieron los siguientes resultados:

- Clculos del nmero Reynolds NR [Adimensional]: Ejemplo de clculo: para la condicin 1.

Para el resto de las condiciones, siguiendo el procedimiento el resultado es:

Determinacin del factor de friccin de Darcy usando el diagrama de Moody. Para las cuatro condiciones en ambas tuberas siempre el rgimen es turbulento ya que todos los nmeros de Reynolds son mayores a 4000. En caso de un rgimen laminar por supuesto el factor de Darcy se puede obtener de , o como este no es el caso ser calculado del diagrama de Moody sabiendo que . El diagrama de Moody usado estar anexado a este informe.

Determinacin del factor de friccin de Darcy usando las ecuaciones explicitas de (3.5), (3.6) y (3.7). Ecuacin de Colebrook-White

los errores al obtener el factor de friccin de Darcy siempre fueron menores de 1 %. Varios programas para el clculo de redes de distribucin de agua potable utilizan la ecuacin de Darcy con la ecuacin de Swamee-Jain que presentamos a continuacin: Ejemplo del clculo: Condicin 1, tubera de hierro galvanizado.

Los dominios de la rugosidad relativa y el nmero de Reynolds para todas las condiciones se encuentran dentro del rango aceptable para la aplicacin de la ecuacin de Swamee-Jain. Calculando de manera similar para ambas tuberas y sus cuatro condiciones:

-Determinacin de la prdida de carga en la tubera de hierro galvanizado y PVC y estimacin del factor de friccin de Darcy experimental usando la ecuacin (3.2).

En la tubera de hierro galvanizado la presin medida en los manmetros identificados como (3) y (5) fue la misma para todas las condiciones de flujo debido a que no se cuenta con instrumentos con mayor exactitud de medicin, sin embargo, en ese tramo de tubera debe existir alguna prdida por friccin y por ello se va a restar a la medida real del manmetro (3) la mitad de la apreciacin del instrumento 1psi/2 para realizar un clculo aproximado.

Se repetir este mismo procedimiento para las otras tres condiciones de flujo y as se encontrar un valor promedio del factor de friccin de Darcy.

Debido a que la tubera no cambia de dimetro, los dos tramos son del mismo material y la velocidad promedio es la misma en ambos tramos, la energa cintica se mantiene constante; entonces la lnea de energa (L.E) es paralela a la lnea piezomtrica (L.P).

Prdidas de carga localizadas Las prdidas de carga localizadas, debidas a elementos singulares, se expresan como una fraccin o un mltiplo de la llamada "altura de velocidad" de la forma:

V= velocidad media del agua, antes o despus del punto singular, conforme el caso; K= Coeficiente determinado en forma emprica para cada tipo de punto singular

29CONCLUSIONES Siempre va haber perdida de Energa en un fluido, a causa de longitudes significativas de tuberas o ha accesorios o cambios en dimensiones en la tubera.

En toda tubera, a mayor longitud de tubera mayor prdida de energa

En longitudes cortas en donde est ubicado un accesorio, la mayor prdida de energa se deber a la perdida local a causa del accesorio.

El resultado se aleja demasiado de lo esperado, para una tubera de acero galvanizado, el cual se debe al deterioro o antigedad de la tubera.

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