“INFORME DE LABORATORIO EN LÍNEA PÉRDIDAS DE CARGA”

UNIVERSIDAD ADOLFO IBAÑEZ PROCESOS INDUSTRIALES [pic 3]

SEMESTRE I 2020, SECCIÓN 1

LUIS CAMPOS GONZALEZ

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“INFORME DE LABORATORIO EN LÍNEA PÉRDIDAS DE CARGA”

Sebastián Ignacio Puelma Petignani

Martín Eduardo Balbi Valencia

Felipe Ignacio Higuera Lemus

Profesor: Luis Campos González

Fecha de entrega: sábado 16 de mayo de 2020

AÑO 2020

Resumen ejecutivo.

        En este laboratorio analizaremos las pérdidas de carga lineales que se generan en un sistema hidráulico para tuberías de diferentes materiales. Para esto utilizamos las instalaciones del laboratorio de procesos industriales de la universidad Adolfo Ibáñez. Los datos obtenidos fueron recopilados en plantillas y tablas de Excel, para su posterior análisis. A lo largo del trabajo se desarrollaron 3 actividades principales. La primera actividad consiste en medir las pérdidas de distintas tuberías. La segunda actividad consiste en calcular el valor de la rugosidad absoluta con los datos recopilados. Y, por último, la tercera actividad consiste en revalidar las fórmulas para el coeficiente de fricción con los datos y resultados obtenidos a lo largo del informe. Finalmente, a modo de conclusión, podemos decir que, mediante un análisis exhaustivo de los datos, utilizando estrategias matemáticas y gráficas, logramos encontrar diferencias un significativas, pero dentro del margen de error esperado entre los datos experimentales y los valores teóricos. Atribuimos estos resultados al desgaste propio de los materiales por su uso continuo en el tiempo.

Introducción.

        El presente informe tiene el objetivo de estudiar y analizar los diferentes tipos de pérdidas de carga que sufre un fluido al atravesar por los diferentes elementos que posee una instalación hidráulica, tales como tuberías de distintos materiales, aparatos de medición, piezas de redireccionamiento de fluido y otros accesorios. El ejercicio práctico del ejercicio fue llevado a cabo en las instalaciones de la facultad de ingeniería y ciencias de la universidad Adolfo Ibáñez, con un sistema hidráulico que trabaja principalmente con agua potable y a una temperatura aproximada de veinte grados Celsius.

        El análisis desarrollado en este informe consta de tres actividades principalmente. La primera consiste en estudiar las diferencias de presiones a lo largo de un sistema de tuberías de distintos elementos y aleaciones químicas. Repetir este procedimiento con caudales (Q) variados y con los resultados obtenidos, calcular para cada tramo de tubería, las respectivas perdidas de carga lineales. Una vez obtenidos los resultados experimentales de las pérdidas de carga lineal, mediante distintos cálculos, determinar las rugosidades absolutas de las tuberías analizadas. Por último, buscaremos revalidar las ecuaciones expuestas en la literatura de mecánica de fluidos y finalmente establecer conclusiones y contrastes entre los cálculos netamente teóricos y los cálculos basados en los resultados experimentales.

Metodología.  

Imagen referencial dispositivo experimental

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Diagrama sistema I

        Para este laboratorio fue necesario utilizar los implementos del laboratorio de procesos industriales de la universidad Adolfo Ibáñez, en especial, el banco de ensayos de este laboratorio en el cual medimos el caudal de fluido que circula por cada elemento de tubería y la diferencia de presión que se genera entre el inicio y el final del tramo. Los elementos e instrumentos utilizados en el proceso de medición son los siguientes:

1. Como podemos observar en el diagrama, El sistema está compuesto por válvulas de paso en cada inicio de tubería. Este dispositivo es de tipo “bola” o “macho troncónico” que como podemos inferir por el nombre, su mecanismo está formado por una esfera con un orificio en el centro. Esta llave se abre con un cuarto de vuelta dejando el orificio en dirección transversal a movimiento del fluido y se cierra hacia el lado contrario dejando el lado de la esfera interponiéndose al paso del fluido. Para identificar si la llave está abierta, la manilla debe ir en dirección del movimiento del fluido. (link de la imagen referencial en sección de referencias como [1]“válvula de bola”)[pic 6][pic 7]
2. A continuación de cada llave de paso, podemos encontrar tuberías de distintos materiales y diámetros. Entre ellos se encuentran una tubería de acero galvanizado con un diámetro externo de 33,52[mm] y un diámetro interior de 26,41[mm], una segunda tubería de cobre, con un diámetro externo de 22,4[mm] y un diámetro interno de 19,12[mm] y una tercera tubería compuesta de material PVC con un diámetro externo de 20,0[mm] y un diámetro interno de 16,64[mm].De cada una de ellas salen acoples rápidos que mediante una manguera se conectan a una tarjeta de medición de datos modelo “PASCO PS-2164”.
3. Como hemos mencionado, para medir las diferencias de presiones que se generan en el sistema, utilizaremos la tarjeta de medición modelo PASCO PS-2164. El sensor de presión de 4 puertos es capaz de registrar hasta 4 presiones absolutas o 2 presiones manométricas o 2 presiones diferenciales. El sobre muestreo variable dinámico reduce automáticamente el ruido de medición con bajas tasas de muestreo. Las frecuencias de muestreo de hasta 1000 Hz permiten realizar estudios de presión transitoria y de estado estacionario. Este dispositivo incluye tuberías de conexión rápida (Información obtenida del catálogo oficial, [6])[pic 8][pic 9]
4. Antes de la bomba centrifuga, se encuentra un estanque, que cumple con la función de abastecer de agua al sistema completo.
5. El sistema consta también de una bomba centrifuga eléctrica, esta tiene las características de una “bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor, el fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida.” (información obtenida de Maqpower Compressed Air systems, [4]).[pic 10][pic 11]
6. Para regular las frecuencias de esta bomba utilizaremos un dial de frecuencia de un potenciómetro que nos permitirá entregar los distintos valores de funcionamiento a la bomba.
7.  Por último, el sistema cuenta con un medidor de volumen modelo SENSUS 405-S” año 2009.Es un instrumento desarrollado para uso doméstico. Esta herramienta nos permitirá medir el volumen de fluido que pasa por la tubería. Con respecto a sus características técnicas, es considerado un medidor velocimétrico de chorro múltiple para agua fría de hasta 50 grados Celsius. Su cuerpo está hecho con una aleación de bronce C.84.400. Por último, para asegurar su correcto funcionamiento, es estrictamente necesaria su instalación en tuberías horizontales y con el registro orientado hacia arriba. (información obtenida de la página web oficial de Aguapurmedición, [3])[pic 12][pic 13]

Procedimiento experimental. 

Para comenzar con este laboratorio como grupo tuvimos que identificar los 3 tramos de tubería que utilizaríamos para obtener los datos de variación de presión entre el inicio de un tramo de tuberías y el final de este. Los 3 tramos eran de distinto material, el primer tramo de tuberías que debíamos analizar era el tramo compuesto por tuberías de acero galvanizado, el segundo tramo que analizamos estaba compuesto por tubería de cobre y el tercer tramo estaba compuesto por tuberías de PVC. Para habilitar cada tramo debíamos permitir el paso del agua en este mismo, por lo que tuvimos que abrir las válvulas de paso que se encontraban al inicio y al final de dichos tramos haciendo que las válvulas se encuentren en el mismo sentido horizontal que la tubería. Seguido de esto, debemos localizar los acoples rápidos que se encuentran al inicio y al final de cada tramo de tuberías, los cuales mediante una manguera se conectan a la tarjeta de adquisición de datos “PASCO PS-2164” Para la primera tubería se utilizaron los canales 1 y 2 que debimos configurar en el computador, para esto fuimos a la opción “setup” y en los recuadros emergentes deshabilitar los canales 3 y 4, luego seleccionar la unidad de medida de los canales 1 y 2 [N/m2*P]. Luego de esto abrimos la opción de graficar para los canales 1 y 2 y seleccionamos la opción de muestreo de estadísticas de datos.

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