PRDIDAS DE CARGAS MENORES O LOCALES

PRDIDAS DE CARGAS MENORES O LOCALES

INTRODUCCION

Para proyectar correctamente cualquier sistema de tuberas, las prdidas en las vlvulas y acoplamientos del sistema deben ser evaluados con un criterio realista. Hoy por hoy existen multitud de correlaciones y tablas para determinar estas prdidas, sin embargo, la gran mayora de stas no tienen un origen claro. Es importante subrayar que utilizar un mtodo generalizado para el clculo exacto de estos coeficientes es muy difcil, ya que cada fabricante incluye sus propias modificaciones.

Las prdidas de carga a lo largo de un conducto de cualquier seccin pueden ser locales o de friccin, su evaluacin es importante para el manejo de la lnea de energa cuya gradiente permite reconocer el flujo en sus regmenes: laminar, transicional o turbulento, dependiendo de su viscosidad.

Cuando el fluido es ms viscoso habr mayor resistencia al desplazamiento y por ende mayor friccin con las paredes del conducto, originndose mayores prdidas de carga; mientras que, si la rugosidad de las paredes es mayor o menor habr mayores o menores prdidas de carga.

1. OBJETIVOS

Establecer un mtodo claro y exacto para calcular las prdidas de carga.

2. DESARROLLO DEL TEMA DE INVESTIGACIN

La prdida de carga en una tubera o canal, es la prdida de energa dinmica del fluido debida a la friccin de las partculas del fluido entre s y contra las paredes de la tubera que las contiene. Pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de direccin, la presencia de una vlvula.

El transporte por tubera, disciplina que estudia la conduccin de fluidos. Las tuberas recorren grandes distancias en tramos que pueden ser superficiales, subterrneos o submarinos, y en su recorrido incorporan estaciones de distribucin, impulsin o bombeo y otras llamadas ventosas, encargadas de eliminar el aire que se puede acumular en el interior del conducto entorpeciendo la circulacin del fluido.

PRDIDA DE CARGAS LOCALES

Se propusieron diversas frmulas para el clculo de diversas prdidas de carga por frotamiento, cuando los fluidos circulan en curvas, accesorios, etc. Pero el mtodo ms sencillo es considerar cada accesorio o vlvula como equivalente a una longitud determinada de tubo recto. Esto permite reducirlas prdidas en los tubos, las vlvulas o accesorios aun denominador comn: la longitud equivalente del tubo de igual rugosidad relativa.Para los accesorios soldados se encuentran anlogas equivalencias de longitud de tubo, pero para las vlvulas contracciones y expansiones se aplican las mismas longitudes equivalentes (Diagrama de Crane). Los codos soldados son de radios cortos o largos y sus equivalencias en tubo vienen expresados en dimetros de tubo en el siguiente cuadro:

Cuadro 1. Codos Soldados y equivalencias en TuboCodo SoldadoLongitud equivalente en dimetro de Tubo

Radio Largo a 455.6

Radios Cortos a 458.0

Radio Largo a 909.0

Radio Corto a 9012.5

Radio Largo a 18012.21

Radio Corto a 18016.9

El Diagrama de Crane es un nomograma que puede ser til con tal objeto, se emplea as: supongamos que se quiera saber la prdida de carga que produce un codo de 45, de 10 pulg. De dimetro interior. Unimos el punto de estos codos (tercer punto de la escala izquierda, empezando por abajo) con la divisin 10 de la escala derecha. La recta as trazada corta a la escala central en la divisin 3,5, lo cual significa que la prdida de carga producida por dicho codo es la misma que la producen 3,5 m. de la tubera recta de 10 pulg de dimetro interior. Dicha longitud se llama Longitud Equivalente.Las prdidas de carga debida a los estrechamientos y a los ensanchamientos se pueden conocer tambin por Crane o algebraicamente:

Donde V2 es la velocidad lineal en la seccin ms estrecha, Kest. Es una constante que depende de la relacin de reas (A2/A1) y que podra encontrarse en Grficos de Coeficientes de prdidas de carga o en Tablas de prdidas adicionales por friccin en accesorios.La diferencia de la prdida por friccin entre terminales de rosca, con reborde y soldadas son insignificantes. Los fabricantes y usuarios de vlvulas, sobre todas las de control, han encontrado que es conveniente expresar la capacidad de la vlvula mediante un coeficiente de flujo Cv, este coeficiente se relaciona con K por medio de la expresin:

En donde Cv es el coeficiente de flujo en la vlvula en gal/mi. de agua a 60F , que pasa por una cada de presin de vlvula de 1 lbf/pulg2 y d es el dimetro interno de la vlvula expresada en pulgadas

Las prdidas menores se calculan experimentalmente y son directamente proporcionales al cuadrado de la velocidad del fluido, dependiendo adems de un factor de correccin K propio de cada accesorio; y que est dado experimentalmente por el fabricante del mismo y depende, bsicamente de las dimensiones. Otra forma comn de expresar las prdidas menores, es hacerlo mediante longitudes equivalentes de tubera, para lo cual se recurre al uso de nomogramas; teniendo como datos de entrada el dimetro interior de tubera y el factor k. La longitud equivalente se suma a la longitud del ducto y se utiliza la ecuacin de Darcy Weisbach.En este caso se aplica la ecuacin de Bernoulli entre dos puntos entre los cuales existen distintos accesorios de tubera.

Clculo de hfs: Aplicamos la ecuacin:

Donde v es la velocidad antes del accesorio y K es un coeficiente determinado experimentalmente.Este coeficiente es necesario excepto en el caso debido a una expansin brusca de la tubera.En este caso:

Siempre que el dimetro de la tubera sea despreciable frente al ensanchamiento de la misma. Las prdidas menores tambin pueden expresarse en trminos de longitud equivalente, que es la longitud de tubo que hara falta para ocasionar una prdida de carga similar a la que ocasiona el accesorio de la tubera.

Las prdidas locales o puntuales, las cuales son originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema de tuberas. La expresin para evaluar las perdidas secundarias (en metros de columna del fluido) es la siguiente:

Donde K es la constante para cada accesorio y depende del tipo de accesorio, material y dimetro.Luego la longitud equivalente ser:

La longitud equivalente se puede hallar en manuales y libros.En el equipo FME-05 de prdidas de carga local estudia las prdidas de energa cintica de un fluido que circula por una tubera. Estas se deben principalmente a variaciones bruscas de velocidad causadas por: Cambios bruscos de seccin. Perturbacin del flujo normal de la corriente, debido a cambios de direccin provocadas por la existencia de un codo , curva , etc. Rozamiento o friccin.

Las prdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los elementos expresada en metros del fluido, puede calcularse con la siguiente expresin:

Dnde:

K = coeficiente de prdidas de carga. V= velocidad del fluido. h = diferencia de altura manomtrica. g= gravedad.

PRDIDAS DE CARGA EN ENSANCHAMIENTOS Y CODOS

Cualquier modificacin en la forma geomtrica de un conducto produce una prdida de carga de carcter local cuando un fluido pasa a su travs. Estas prdidas de carga se denominan singulares. Este tipo de prdidas singulares se producen, por ejemplo, en los casos del aumento de seccin y del cambio de direccin (un codo).

En el caso del ensanchamiento, estas prdidas de carga son debidas a que el flujo se adapta a la nueva seccin mediante una sucesin de remolinos, con lo que el exceso de energa cintica que hay en la seccin 1 respecto a la que correspondera a la nueva seccin 2, se disipa por la accin de la turbulencia.

Es una situacin equivalente a la de la zona posterior de la placa orificio (apartado anterior). En el caso de un codo brusco, la distribucin transversal de velocidad deja de ser axis mtrica (aumenta la velocidad en la zona del conducto ms prxima al centro de curvatura), y nuevamente se produce una disipacin de energa por remolinos turbulentos.

Las prdidas de carga secundarias, producidas en zonas localizadas de los conductos, se expresan en forma a dimensional por el denominado coeficiente de prdidas, K.

PRDIDAS PARA VLVULAS Y CODOS.

Al igual que en los dems accesorios en estos se presentan perdidas de carga dependiendo en el caso de los codos si son codos cortos o los codos largos.El flujo de un lquido en una tubera viene acompaado de una perdida de energa, que suele expresarse en trminos de energa por unidad de peso de fluido circulante (dimensiones de longitud), denominada habitualmente prdida de carga. En el caso de tuberas horizontales, la perdida de carga se manifiesta como una disminucin de presin en el sentido del flujo. La prdida de carga est relacionada con otras variables fluido dinmicas segn sea el tipo de flujo, laminar o turbulento. Adems de las prdidas de carga lineales (a lo largo de los conductos), tambin se producen perdidas de carga singulares en puntos concretos como codos, ramificaciones, vlvulas, etc.

Factor de Friccin en rgimen turbulento El rgimen turbulento completamente desarrollado, Reynolds (Re) > 4000, ofrece una mayor dificultad para analizar el factor de friccin (f), ya que el esfuerzo cortante no tiene una expresin sencilla. Existen dos formas lmites:

Si la tubera es lisa, f es nicamente funcin del Re, y no depende de la rugosidad de la tubera. Si el flujo es altamente turbulento, Re muy altos, f depende nicamente de la rugosidad relativa de la tubera, siendo independiente del Re del fluido entre ambos casos, se deber buscar una expresin que nos proporcione el valor de f.

CONCLUSIONES

Podemos decir que todos estos ensayos va a contribuir en nuestra vida profesional ya que estaremos bien capacitados y podemos disear con gran criterio todo tipo de tuberas y tener xito en nuestra vida profesional.

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