Perdidas menores en el flujo dentro de una red de tuberías

    UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

Facultad de Ingeniería Mecánica

Licenciatura en Ingeniería Aeronáutica

Laboratorio de Mecánica de Fluidos II

Instructor Gabriel Ayú Prado

Informe de Laboratorio N° 1

Perdidas menores en el flujo dentro de una red de tuberías

ABREGO, Isaac        8-910-975

LEE, Javier        8-910-183

OJO, David        8-906-1713

VEGA, José         8-917-1731

1AA-131 (B)

Fecha (29/08/2017)

Marco Teórico

En la actualidad, el transporte de fluidos por lo general se da en tuberías de sección transversal circular. En este caso hablaremos de fluidos incomprensibles. Si vemos la gráfica velocidad vs tiempo podemos determinar si el flujo es estable y tiene pequeñas perturbaciones que se moderan rápidamente (laminar), si el flujo estable y tiene abruptos momentos de turbulencia (transitorio) o si el flujo varía constantemente(turbulento). Este comportamiento puede ser cuantificado de cierta manera con el número adimensional conocido como número de Reynolds.

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 p = densidad V= velocidad promedio d = diámetro =viscosidad cinemática[pic 6]

Esta ecuación de número de Reynolds es para uso en tuberías, por ende estamos hablando de un flujo interno. Esto quiere decir que está restringido por paredes. La región de entrada es por donde el flujo converge  y entra a la tubería. Las capas en los bordes crecen a lo largo de la tubería, retrasando el flujo axial en las paredes, por consiguiente, acelerando el flujo central manteniendo el requerimiento de continuidad de flujo incomprensible

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A una distancia finita de la entrada las capas en los bordes se mergen y flujo central desaparece. El flujo dentro de la tubería se convierte totalmente viscoso y el flujo central desaparece. La velocidad axial varía levemente hasta que se mantiene estable. Cuando esto ocurre se dice que el flujo está totalmente desarrollado. En este punto el perfil de velocidad es constante y la presión se comporta linealmente con la distancia x. El análisis dimensional nos dice que el número de Reynolds es el único parámetro que afecta la longitud de entrada si

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Como estamos trabajando con flujo laminar la relación aceptada es

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En una tubería circular si hacemos un análisis de volumen de control podemos ver que

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Asumiendo que el área transversal de la tubería no varía y que no hay efectos por trabajo de ejes o de la transferencia de calor, entonces la ecuación de energía de flujo estable nos da la ecuación de pérdidas por fricción

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Este valor puede variar si tomamos en cuenta la rugosidad de la tubería. Este se conoce por análisis adimensional agregando el efecto crea un nuevo elemento conocido como el factor de fricción Darcy ( ).[pic 12][pic 13]

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Este factor lo podemos determinar con la tabla de Moody o con la ecuación Darcy-Weichbach. Esta versión de Haaland evita las iteraciones.

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Además de estas pérdidas por fricción, también se encuentran las pérdidas menores causadas por: entrada o sálida a una tubería, expansión o contracción repentina, codos, ingletes, tes u otros accesorios, válvulas abiertas o parcialmente cerradas, expansiones o contracciones graduales. Estas pérdidas no son siempre menores; una válvula parcialmente cerrada causa más pérdidas que la fricción de una tubería larga. Esta pérdidas se rigen por un coeficiente experimental de  pérdida K

=K[pic 16][pic 17]

Las pérdidas totales en un sistema de tuberías son definidas por

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El valor de K puede ser obtenido experimentalmente o utilizando tablas ya pre-establecidas.[1]

Procedimiento Experimental

La experiencia trata sobre conocer las perdidas dentro de una tubería dependiendo de cada accesorio presente en este sistema. Iniciamos utilizando un equipo el cual cuenta con un tanque lleno de agua y esta agua por medio de una bomba movía el agua atreves de una tubería con distintos accesorios y el cual al final del ciclo regresa el agua al tanque.

Este tanque se le denomina banco hidráulico(FME00/B) de EDIBON y el modelo de tuberías para el estudio de pérdidas se denomina FME05 de EDIBON. Para Iniciar se revisa el equipo se cerciora de que el sistema FME05 este correctamente ubicado con el banco hidráulico luego en teoría se debe sangrar la bomba además de revisar todas las conexiones, entradas y salidas del modelo.

Lo que se busca como primera parte es normalizar el sistema, así que abrimos la válvula por completo e iniciamos la bomba luego de 2 o 3 minutos se apaga por completo el sistema. Para regular la altura de los tubos se regula mediante una válvula de aire y se vuelve y se abre la válvula del banco hidráulico y así poco a poco regular el sistema al final de este proceso de normalización se apaga la bomba. Para iniciar con el experimento se inicia la maquina girando un botón rojo, se abre la válvula del sistema, se inicia la bomba. Con ayuda de la válvula se deja pasar cierta cantidad de caudal con un valor de 600 L/h luego de dejar pasar este caudal por todo el sistema y los manómetros se estabilicen se procede a establecer las mediciones de estos. Cada accesorio tendrá una medición distinta relacionada con su forma y caídas de presión que se da en cada una. Se debe marcar la presión de entrada y la de salida, pero este paso no se hará por deficiencias de la maquina utilizada, así como no se medirá uno de los manómetros por fallos, este correspondía al inglete. Luego se repetirá cada proceso de medición para los caudales de 800 L/h, 1000 L/h, 1200 L/h y 1400 L/h, sin pasar los 1500 L/h porque estamos trabajando con flujos laminares y al pasar esta barrera se convertiría en un flujo turbulento. Al final se apaga la maquina presionando el botón que al inicio se giró y el laboratorio se da por concluido.

Resultados

Datos obtenidos durante la experiencia

Tabla 1. Elevaciones en mm registradas por los manómetros diferenciales ante diferentes caudales de operación.

Cálculos Experimentales

1. Utilizando los datos obtenidos en la experiencia y considerando las dimensiones presentadas en la guía de laboratorio, se calcularon los coeficientes de perdida para distintos accesorios como se presentan en la tabla 1-2 y utilizando el siguiente procedimiento para los distintos caudales.

Ejemplo:

Accesorio: codo corto de 90 grados

Caudal Q: 1.67E-4 [pic 20]

Diámetro: 20mm

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*NOTA: Las formulas anteriores se utilizaron en cada accesorio presentado en la tabla 1-2 para hallar su coeficiente de pérdida correspondiente. Cabe destacar que las pérdidas en el accesorio de inglete no pudieron ser calculadas debido a que no se tomaron mediciones para este accesorio

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