Mecánica de Fluidos : Perdidas por Fricción en Accesorios

Noviembre del 2015

Fundación Universidad de América

Karent Daniela Tarquino Nieto

Código. 5131648

Informe, Practica de laboratorio N°4

Perdidas por Fricción en Accesorios

MARCO TEÓRICO

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, ocurren perdidas de energía debido a la fricción que hay entre el líquido y la pared de la tubería; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo.

Las pérdidas de energía son proporcionales a la carga de velocidad del fluido, conforme pasa por un codo, expansión o contracción de la sección de flujo, o por una válvula. Por lo general los valores experimentales de las pérdidas de energía se reportan en términos de coeficiente de resistencia K.

Para determinar la perdida que se genera o (h_L) se necesita K que es el coeficiente de resistencia y v que es la velocidad promedio del flujo en el tubo.

El coeficiente de resistencia K, es adimensional porque este representa una constante de proporcionalidad entre la perdida de energía y la carga de velocidad.

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA

Para el desarrollo de la práctica se utilizó un banco de fluidos, que cuenta con los distintos accesorios ya sean codos, tés, válvulas, diferentes tipos de tuberías (variando diámetro y material), lo que permitió desarrollar y observar de forma lúdica como los distintos accesorios generaban perdidas por fricción.

La práctica consistió en medir la presión de perdida que se generaba cuando un flujo pasaba a través de un accesorio, controlando el caudal que pasaba por el tramo que se deseaba analizar.

Banco de fluidos utilizado en la practica.

Banco de fluidos utilizado, parte de atrás.

DATOS TOMADOS EN LA PRÁCTICA

Accesorio	diferencia de alturas (Tubo en U) (cmHg)	Medida digital (KPa)	Caudal
Accesorio	diferencia de alturas (Tubo en U) (cmHg)	Medida digital (KPa)	Tiempo (s)	Volumen (L)
Válvula de bola	1,6	2,3	5,69	1
Válvula de retención	1,6	2,4	5,69	1
Válvula de compuerta	2,5	3,0	4,86	1
Válvula de globo	2,6	3,1	4,86	1
Tee de ½”	2,7	3,2	5,54	1
Codo 90°	2,7	3,2	5,54	1
Tubo de Venturi	2,8	3,2	4,56	1
Tubo de Pitot	2,8	3,3	4,71	1
Placa orifico	3,2	3,4	5,06	1

Tubería	diferencia de alturas (Tubo en U) (cm)	Medida digital (KPa)	Caudal
Tubería	diferencia de alturas (Tubo en U) (cm)	Medida digital (KPa)	Tiempo (s)	Volumen (L)
Galvánica ¾”	4,4	3,5	6,21	1
PVC ¾”	4,7	3,5	5,32	1
CPVC ¾”	4,7	3,5	5,16	1
Cobre ¾”	4,8	3,6	5,55	1
Cobre ½”	4,3	4,1	5,83	1
CPVC ½”	5,5	4,2	5,54	1
PVC ½”	5,2	4,3	5,31	1
Galvánica ½”	5,5	4,4	5,47	1

Tubería	P entrada (psi)	P salida (psi)	Caudal
			Tiempo (s)	Volumen (L)
Manguera	2,1	7,5	7,22	1

CÁLCULOS REQUERIDOS

Los demás cálculos se realizaron con la misma metodología mostrada anteriormente

Perdidas en accesorios

	Tubo en U			Digital
Accesorios	hl en cmhg	hl en Pa	hl en m	hl en KPa	hl en Pa	hl en m	V (m³)	T (seg)
válvula de bola	1,6	2133,1584	0,21766922	2,3	2300	0,23469388	0,001	5,69
Válvula de retención	1,6	2133,1584	0,21766922	2,4	2400	0,24489796	0,001	5,69
válvula de compuerta	2,5	3333,06	0,34010816	3	3000	0,30612245	0,001	4,86
Válvula de globo	2,6	3466,3824	0,35371249	3,1	3100	0,31632653	0,001	4,86
Tee de ½”	2,7	3599,7048	0,36731682	3,2	3200	0,32653061	0,001	5,54
Codo 90°	2,7	3599,7048	0,36731682	3,2	3200	0,32653061	0,001	5,54
Tubo Venturi	2,8	3733,0272	0,38092114	3,2	3200	0,32653061	0,001	4,56
Tubo de Pitot	2,8	3733,0272	0,38092114	3,3	3300	0,33673469	0,001	4,71
Placa orificio	3,2	4266,3168	0,43533845	3,4	3400	0,34693878	0,001	5,06

										Tubo U		Digital
Accesorios	Q (m3/s)	D (in)	D (m)	A (m2)	v (m/s)	Re	ft	Le/D	Kteor	K exp 1	% ERROR 1	K Exp 2	% ERROR 2
válvula de bola	0,00017575	0,5	0,0127	0,00012668	1,38736397	16298058,2	0,027	150	4,05	2,21878495	45,2151863	2,3923237	40,930279
Válvula de retención	0,00017575	0,5	0,0127	0,00012668	1,38736397	16298058,2	0,027	2,7	0,0729	2,21878495	2943,60076	2,49633777	3324,33165
válvula de compuerta	0,00020576	0,5	0,0127	0,00012668	1,62430061	19081471,4	0,027	8	0,216	2,52920041	1070,92612	2,27646704	953,919927
Válvula de globo	0,00020576	0,5	0,0127	0,00012668	1,62430061	19081471,4	0,027	340	9,18	2,63036843	71,3467491	2,35234928	74,3752802
Tee de ½”	0,00018051	0,5	0,0127	0,00012668	1,42492797	16739341,4	0,027	60	1,62	3,5493922	119,098284	3,15527402	94,7700013
Codo 90°	0,00018051	0,5	0,0127	0,00012668	1,42492797	16739341,4	0,027	30	0,81	3,5493922	338,196568	3,15527402	289,540003
Tubo Venturi	0,0002193	0,5	0,0127	0,00012668	1,73116249	20336831,4	0,027	2,560386	0,06913042	2,49378158	3507,35768	2,13770236	2992,27443
Tubo de Pitot	0,00021231	0,5	0,0127	0,00012668	1,67602993	19689161,6	0,027	-	-	2,66054459	-	2,35192424	-

Perdidas por friccion en tuberías

	Tubo en U			Digital
tubería	hl en cmhg	hl en Pa	hl en m		hl en KPa	hl en Pa	hl en m	V (m3)	T (seg)
Galvánica ¾”	4,4	5866,1856	0,59859037		3,5	3500	0,35714286	0,001	6,21
PVC ¾”	4,7	6266,1528	0,63940335		3,5	3500	0,35714286	0,001	5,32
CPVC ¾”	4,7	6266,1528	0,63940335		3,5	3500	0,35714286	0,001	5,16
Cobre ¾”	4,8	6399,4752	0,65300767		3,6	3600	0,36734694	0,001	5,55
Cobre ½”	4,3	5732,8632	0,58498604		4,1	4100	0,41836735	0,001	5,83
CPVC ½”	5,5	7332,732	0,74823796		4,2	4200	0,42857143	0,001	5,54
PVC ½”	5,2	6932,7648	0,70742498		4,3	4300	0,43877551	0,001	5,31
Galvánica ½”	5,5	7332,732	0,74823796		4,4	4400	0,44897959	0,001	5,47

									Tubo en U		Digital
tubería	Q (m3/s)	D (m)	A (m2)	v (m/s)	Re	E (rugosidad)	f	hl teórica	hl exp 1	% ERROR 1		hl exp 2	% ERROR 2
Galvánica ¾”	0,00016103	0,02096	0,00034504	0,46669802	9048341,28	0,00024	0,03971544	0,0588978	0,59859037	916,320481		0,35714286	506,377283
PVC ¾”	0,00018797	0,0229	0,00041187	0,45638096	9667289,78	0,000002	0,01139148	0,01478628	0,63940335	4224,30202		0,35714286	2315,36674
CPVC ¾”	0,0001938	0,01817	0,0002593	0,74739564	12561665,4	0,000002	0,01177325	0,05165373	0,63940335	1137,86486		0,35714286	591,417387
Cobre ¾”	0,00018018	0,01892	0,00028115	0,64087727	11215993,2	0,000002	0,01171575	0,03629592	0,65300767	1699,12148		0,36734694	912,088822
Cobre ½”	0,00017153	0,01339	0,00014082	1,21809289	15086994,1	0,000002	0,01239363	0,19599168	0,58498604	198,474941		0,41836735	113,461793
CPVC ½”	0,00018051	0,01244	0,00012154	1,48511332	17089199	0,000002	0,01254626	0,31744753	0,74823796	135,704448		0,42857143	35,0054362
PVC ½”	0,00018832	0,0174	0,00023779	0,79198526	12747002,8	0,000002	0,01185819	0,06100457	0,70742498	1059,62612		0,43877551	619,250176
Galvánica ½”	0,00018282	0,01776	0,00024773	0,73796688	12123319,9	0,000240	0,04208981	0,1841903	0,74823796	306,230919		0,44897959	143,75854

tubería	Dife. de P (psi)	hl en Pa	V m3	T seg	Q (m3/s)	D (m)	A (m2)	v (m/s)	Re	E (rugosidad)	f	hl teo.	hl exp 1	% ERROR 1
manguera	5,4	37231,704	0,001	7,22	0,0001385	0,012700	0,00012668	1,09336578	12844314,6	0,0015	0,11172357	1,50082845	3,79915347	153,13709

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Como se puede evidenciar en todas las tablas el error obtenido al realizar los diferentes cálculos con los datos obtenidos a través del tubo en U son mayores a los que se realizan con la medida obtenida digitalmente, lo cual indica que esta medida se acerca mas a la realidad y es mas confiable; puesto que al realizar la medición a través del tubo en U se pueden presentar errores de observación.
El equipo utilizado para realizar la practica no cuenta con una exactitud importante, puesto que al comparar los datos obtenidos teóricamente con los experimentales varían mucho y se presentan grandes errores de calculo, esto puede ser debido a la falta de mantenimiento del equipo.
Durante el desarrollo de la practica se observa como cada accesorio o tubería genera una perdida importante en el el flujo del fluido, la cual se vio representada en la diferencias de alturas en el tubo en U y de la misma forma se vio digitalmente.
La obtención de errores tan altos, se puede deber a una mala calibración de los equipos de medición.
Teniendo en cuenta el numero de reynolds en cada uno de los procedimientos realizados, se puede determinar un flujo turbulento en todos los accesorios y tuberías trabajadas; este flujo va a generar mayores perdidas que si fuese un flujo laminar.

CONCLUSIONES

El análisis de las perdidas que se generan cuando un fluido pasa a través de una tubería o un accesorio son de vital importancia, puesto que estas permiten escoger y determinar de mejor forma el tipo, clase de accesorio a utilizar y el caudal que debo generar para que el fluido pase.
Las perdidas de presión de deben a la intervención de tensiones de corte que son provocadas por la viscosidad del fluido, la fricción que se genera entre las capas del fluido y las paredes de la tubería.
El coeficiente de fricción es mayor para flujos turbulentos, a su vez este depende del material en contacto con el fluido.
Cada tubería y accesorio generan una perdida diferente, puesto que varia su material, tamaño y función, lo que me afecta directamente el flujo que voy a tener.
La rugosidad es directamente proporcional a las perdidas que se generan, por esta razón las tuberías que tengan un valor menor en su rugosidad generaran menos perdidas.

UTILIDAD DE LA PRACTICA

Esta practica permite al estudiante observar de forma didáctica como al pasar un fluido a través de distintos accesorios se generan perdidas, de igual forma muestra que el material y tamaño de una tubería afectan de forma directa las perdidas que se generan en un sistema; permitiendole a si aplicar sus conocimientos e interactuar con los distintos accesorios y tuberías que se utilizan en la industria, brindándole de esta forma nuevos conocimientos y perspectivas de los usos adecuados para cada accesorio o tubería.

BIBLIOGRAFIA