DETERMINACION EXPERIMENTAL DE PERDIDAS DE ENERGIA EN ACCESORIOS

Fig. 1.1

Montaje del modelo para determinar perdidas de energia en accesorios. Laboratorio de hidraulica Universidad de Nariño

INTRODUCCIÓN

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

Hay tipos de pérdidas que son muy pequeñas en comparación, y por consiguiente se hace referencia de ellas como pérdidas menores, las cuales ocurren cuando hay un cambio en la sección cruzada de la trayectoria de flujo o en la dirección de flujo, o cuando la trayectoria del flujo se encuentra obstruida como sucede en una válvula.

En este laboratorio se calcularán las magnitudes de dichas pérdidas ocurridas por estas fuentes mediante datos experimentales. 

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

Determinar las perdidas de energía producidas por un flujo de fluidos, tanto en tuberías como en accesorios de deflexión, derivación, acondicionamiento y control, característicos de redes hidráulicas.

Realizar un análisis comparativo entre las pérdidas medidas en el laboratorio, con las calculadas mediante las ecuaciones de Hazen-Williams, y Darcy-Weisbach.

Calcular la longitud de cada uno de los accesorios presentes en la redes hidráulicas estudiadas.

MARCO TEORICO

La ecuación de Darcy se puede utilizar para calcular la pérdida de energía en secciones largas y rectas de conductos redondos, tanto flujo laminar como turbulento. La diferencia entre los dos está en la evaluación del factor f, que carece de dimensiones.

Cuando se tiene un flujo laminar, el flujo parece desplazarse en forma de varias capas, una sobre la otra. Debido a la viscosidad del fluido, se crea una tensión de corte entre las capas del fluido. La pérdida de energía debido a la fricción en un flujo laminar en conductos circulares se puede

calcular a partir de la ecuación:

en la que,

Para un flujo turbulento de fluidos en conductos circulares resulta más conveniente utilizar la ley de Darcy para calcular la pérdida de energía debido a la fricción. No podemos calcular f mediante un simple cálculo, como se puede hacer con el flujo laminar, pues el flujo turbulento no se conforma de

movimientos regulares y predecibles. Está cambiando constantemente. Por eso se debe confiar en los datos experimentales para determinar los valores de f.

Las pruebas han mostrado que el número adimensional f depende de otros dos números, también adimensionales, el número de Reynolds y la rugosidad relativa del conducto. La rugosidad puede variar debido a la formación de depósitos sobre la pared, o debido a la corrosión de los tubos después de que este ha estado en servicio durante algún tiempo. Uno de los métodos más extensamente empleados para evaluar el factor de fricción hace uso del diagrama de Moody.

También se habla de la pérdida de energía cuando hay codos, dilatación o contracción o a través de una válvula. Los valores experimentales de pérdidas de energía generalmente se reportan en términos de un coeficiente de resistencia, K, de la siguiente forma:

hL = K (v2/2g)

Las pruebas han mostrado que el valor del coeficiente de pérdida K depende tanto de la porción de los tamaños de los dos conductos como de la magnitud de la velocidad del fluido, ya sea para una dilatación súbita o una contracción súbita.

Para calcular el valor del coeficiente de fricción en válvulas o junturas se obtiene con la fórmula:

K = (Le/d)ft

  Las perdidas que ocurren en tuberías debido a dobleces, codos, juntas, válvulas, etc., se llaman perdidas menores. Nombre del cual podemos considerar incorrecto porque en muchas ocasiones son más importantes que las pérdidas debidas a la fricción en el tubo pero el nombre es convencional. Las perdidas menores ocurren de una manera puntual mientras que la fricción y viscosidad ocurren de una manera distribuida. En casi todos los casos la perdida menor se determina por experimentos.

CONCLUSIONES

Analizando los resultados de las pérdidas de carga generadas por los

accesorios se concluye que al aumentar el caudal, las pérdidas se hacen

mayores, estableciéndose una relación directamente proporcional. De igual

manera es el comportamiento de las pérdidas por unidad de longitud, respecto

a la variación del caudal.

Del ensayo realizado se pudo conocer cuales son los accesorios para tuberías

que ocasionan mayores y menores diferencias piezométricas. También se pudo

establecer cuales son los materiales que generan mayores pérdidas por unidad

BIBLIOGRAFÍA

~ Mecánica de Fluidos con aplicaciones en la ingeniería. Jaseph B. Franzini. E. Jhon Finnemore. Edición Novena. Año 1999. Editorial Me. Graw Hill.

~ Hidráulica General. Volumen 1 Fundamentos. Gilberto Sotelo Avila. Edición año1995. ediorial L1MUSA.

~ Hidráulica Orase W. King. Chester O. Wisler, Jaimes G. Woodburn. Edición de 1980. Editorial. Trillas.