Informe 3 Perdida de Carga 4.0

Laboratorio Nº 3Pérdidas de Carga en Tuberías

Profesor asignatura:Juan Pablo Hurtado

Ayudante de asignatura:Carla AvendañoJose Luis Llanca

Asignatura:Complementos de Mineria

Integrantes:Andrés Sánchez G.Claudio Tabilo C.

Fabián Tapia A.

Santiago, 25 de Septiembre de 2012

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN MINAS LABORATORIO DE COMPLEMENTOS DE

MINERIA

Universidad de Santiago de Chile Laboratorio de Hidrología

RESUMEN

Profesor: Juan Pablo Hurtado 2 Ayudantes: Carla AvendañoJosé Luis Llanca


INDICE



INTRODUCCIÓN



FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Medición de Caudales

En medios incompresibles, la ecuación de continuidad permite obtener un caudal de un

flujo al interior de una tubería cerrada, de la forma:

Q=V Flujo ∙ A

Q=VlT

Q: Caudal volumétrico (m3/s).

VFlujo: Velocidad del flujo en el área A (m/s).

A: Área del flujo (m2).

Vl: Volumen medido en un tiempo T (m3).

T: Tiempo en que se acumula el volumen Vl (s).

Pérdida de carga en Tuberías

Pérdidas de cargas lineales:

Régimen laminar (ecuación de Hagen-Poiseuille):

hpl . laminar=32 μLv

ρg D 2=128 μLQ

ρgπ D 4

Donde “μ” es la viscosidad dinámica o absoluta del fluido, “L” es el largo de la tubería,

“D” el diámetro de la tubería, “ν” es velocidad media, “ρ” es la densidad del fluido, “g” la

aceleración de gravedad y “Q” es el caudal circulante por la tubería.

Régimen turbulento (ecuación de Darcy-Weisbach):

hpl , turbulento= fL v2

D ∙2 g= 8 fLQ 2

g π2 D5

Donde “μ” es la viscosidad dinámica o absoluta del fluido, “L” es el largo de la tubería,

“D” el diámetro de la tubería, “ν” es velocidad media, “ρ” es la densidad del fluido, “g” la

aceleración de gravedad, “Q” es el caudal circulante por la tubería y el factor de

fricción o factor de Darcy.



La velocidad media del flujo para tuberías circulares y cerradas, está dada por la

expresión:

V= 4 Q

π D2

Pérdidas de carga Singulares:

La pérdida de energía en accesorios hidráulicos tales como; válvulas, tees, codos,

válvulas de retención, serpentines, etc. se les llama, habitualmente, pérdida de carga

singular.

La fórmula empírica usada es:

∆ hs=KV 2

2 g

Donde hs es la pérdida de carga singular (m), K el coeficiente singular y V la mayor

velocidad que interviene en la singularidad (m/s).

Número de Reynolds

Este parámetro nos determina si el tipo de flujo es laminar o turbulento. Depende del

valor de la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas de viscosidad.

ℜ= ρVDμ

=VDμρ

=(4 Q /π D2)D

v= 4 Q

πDv

Donde “ρ” es la densidad del fluido, “V” es la velocidad media, “D” es el diámetro de la

tubería, “μ” es la viscosidad dinámica o absoluta del fluido, “ν” es la viscosidad

cinemática del fluido y “Q” es el caudal circulante por la tubería.

•Si Re < 2000 el flujo es laminar.

•Si Re > 4000 el flujo se considera turbulento.

•Si está entre 2000 < Re < 4000 existe una zona de transición.



DESARROLLO DEL TEMA

Para llevar a cabo la experiencia se necesitan los siguientes materiales:

Tablero manométrico del equipo de pérdida de carga.

Probeta de 1 Litro.

Cronómetro.

Huincha de medir.

Termómetro.

Primeramente se hizo el reconocimiento previo de las instalaciones y equipos de

pérdida de carga. Equipo formado por un estanque de agua, una bomba, una válvula y

6 tuberías de distinto diámetro con sus válvulas y manómetros, un estanque de aforo y

un tablero manométrico. Equipos y funcionamientos instruidos por el profesor ayudante.

Para la primera parte de la experiencia calcularemos las pérdidas lineales de la tubería,

Reynolds, coeficiente de fricción y densidad absoluta y relativa. Verificamos que el

estanque de aforo estuviera vacío y las válvulas completamente cerradas. Se enciende

la bomba para que el agua fluya por las tuberías de las cuales se trabajará solo con las

2 primeras, las de diámetro 26,29 y 20,24. Se miden las tuberías y se abre la válvula de

la primera con el estanque abierto y una vez que se presume que el flujo cubre todo el

volumen dentro de la tubería y se eliminó el aire, se tapa el estanque se mide la altura

del nivel del agua en un tiempo determinado, se miden los niveles (hs y he) del

manómetro y la temperatura del agua registrándose todos estos datos. El proceso se

repite 7 veces obteniéndose una tabla de 7 mediciones. Este proceso se realiza

nuevamente para la segunda tubería.

Para la segunda parte de la experiencia el procedimiento es igual, pero esta vez el flujo

pasa por una tubería que presenta una singularidad. Los datos que obtenemos en esta

parte nos permiten obtener las pérdidas y los k de expansión y contracción súbita. Se

repite 3 veces para tiempos distintos.



ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con los resultados que se obtuvieron en las primeras dos tuberías, con diámetros

interiores de 26,29 y 20,24 mm respectivamente, se aprecia que el número de

Reynolds, para todos los datos que fueron tomados, está sobre los 4.000, por lo cual el

flujo seria de tipo turbulento.

Debido a la variación de la temperatura del agua, la viscosidad cinemática no es

constante, por lo que esta varía entre 1,14 ∙10-6 y 1,13∙ 10-6 m2/s. Esta variación en la

temperatura es debida a la energía cinética y al roce que generan las paredes de las

tuberías.

Al comparar las pérdidas lineales, en el caso de las primeras dos tuberías, se puede

apreciar que en la tubería de mayor diámetro hubo menor pérdida que en la de menor

diámetro. Asimismo, al comparar las velocidades en cada tubería, se observa que son

mayores en la de menor diámetro.

En relación a la segunda parte de la experiencia, se obtuvieron coeficientes singulares

que varían entre 1,02 y 1,04, en el caso de expansión, y entre 0,06 y 0,18, para

contracción. Estos valores se encuentran en el rango esperado para este tipo de

singularidad. Al comparar los coeficientes singulares obtenidos, se puede apreciar que

el coeficiente de expansión es mayor al de contracción súbita, lo cual provoca una

mayor pérdida en la zona de expansión.



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De la experiencia realizada se puede concluir con bases teóricas, en primer lugar que

las pérdidas serán mayores en una tubería de menor diámetro, esto debido a que el

flujo está en mayor proporción en contacto con las paredes internas de la tubería, por lo

que a medida que aumenta el diámetro, menores serán las pérdidas.

Con respecto a las pérdidas singulares, es de gran importancia analizar el

comportamiento del flujo frente a cambios bruscos de sección, ya que esto genera una

disipación de energía, lo que finalmente produce la pérdida de carga. Es por esta razón

que al trabajar con este tipo de tubería, con alteraciones de sección, se debe considerar

las perturbaciones que se generan en el flujo, dentro de las cuales se encuentra el

cambio de velocidad y la turbulencia que se produce en los cambios de sección.

Finalmente, se puede concluir que los parámetros que afectan directamente en las

pérdidas son, en el caso de las lineales, el diámetro, la velocidad del flujo, el largo de la

tubería, la rugosidad de las paredes dela tubería, entre otras, mientras que en el caso

de las singulares están relacionadas con la cantidad y tipos de singularidades, y la

velocidad del flujo principalmente.



BIBLIOGRAFÍA


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