2. Cálculo de las pérdidas de carga localizadas.

Transcripción

1 Tema 8. Pérdida de cara localizada o accidentale. Introducción y concepto. Cálculo de la pérdida de cara localizada 3. Lonitud equialente de la conducción 4. Pérdida de cara localizada de mayor importancia cuantitatia 5. Conideracione práctica para ealuar la pérdida de cara localizada. Introducción y concepto. Ademá de la pérdida de cara continua o por rozamiento, imo que en la conduccione e produce otro tipo de pérdida debido a fenómeno de turbulencia que e oriinan al pao de líquido por punto inulare de la tubería, como cambio de dirección, codo, junta, deriacione, etc, y que e conocen como pérdida de cara accidentale, localizada o inulare ( L, ), que umada a la pérdida de cara continua ( C ) dan la pérdida de cara totale ( T ).. Cálculo de la pérdida de cara localizada. Normalmente, la pérdida de cara continua on má importante que la inulare, pudiendo éta depreciare cuando uponan meno del 5% de la totale, y en la práctica, cuando la lonitud entre inularidade ea mayor de mil ece el diámetro interior de la tubería. alo cao excepcionale, la pérdida de cara localizada ólo e pueden determinar de forma experimental, y pueto que on debida a una diipación de enería motiada por la turbulencia, pueden expreare en función de la altura cinética correida mediante un coeficiente empírico K. K []

2 El coeficiente K e adimenional y depende del tipo de inularidad y de la elocidad media en el interior de la tubería. En la práctica y para cálculo rápido que no precien de ran exactitud, e uelen adoptar lo iuiente alore aproximado de K. Acceorio K L/ Válula eférica (totalmente abierta) Válula en ánulo recto (totalmente abierta) 5 75 Válula de euridad (totalmente abierta).5 - Válula de retención (totalmente abierta) 35 Válula de compuerta (totalmente abierta) 0. 3 Válula de compuerta (abierta ¾).5 35 Válula de compuerta (abierta ½) Válula de compuerta (abierta ¼) Válula de maripoa (totalmente abierta) - 40 T por la alida lateral Codo a 90º de radio corto (con brida) Codo a 90º de radio normal (con brida) Codo a 90º de radio rande (con brida) Codo a 45º de radio corto (con brida) Codo a 45º de radio normal (con brida) Codo a 45º de radio rande (con brida) En conduccione circulare, la fórmula [] puede expreare en función del ato mediante la ecuación: m KQ [] iendo m' 4 π El alor de m para ditinto diámetro comerciale e el iuiente: (metro) m (metro) m

3 3. Lonitud equialente de la conducción. Un método no completamente exacto pero álido a efecto de etimar la pérdida de cara localizada conite en exprearla en forma de lonitud equialente (Le), e decir, alorar cuánto metro de tubería recta del mimo diámetro producen una pérdida de cara continua que equiale a la pérdida que e produce en el punto inular. Por tanto, la lonitud equialente de una inularidad puede determinare iualando la fórmula para el cálculo de y c: C K C L f K f L K L Le f La pérdida de cara total en una tubería de lonitud L con i inularidade de lonitud equialente L ei cada una de ella, erá la que produce una tubería del mimo diámetro pero con una lonitud total L T L Lei Por ejemplo, i la uma de lo coeficiente de reitencia (K) en la inularidade de una tubería de 00 mm de diámetro y f0.00 e K5, inifica que para calcular la pérdida de cara totale, la lonitud real de la conducción deberá aumentare en una lonitud equialente de Le50 m, e decir, 750 diámetro. Eta lonitud equialente oriina la mima pérdida de cara que lo punto inulare a lo que utituye. i la pérdida de cara por rozamiento e exprea mediante la ecuación de arcy implicada: Q C f L m L Q [3], e decir, e conidera 5 m f Entonce, la lonitud equialente de la conducción puede calculare iualando la fórmula [] y [3]: m KQ mlq 5 Lueo L Le m' K m 3

4 A efecto práctico, en muco cao e implifica el cálculo uponiendo que la uponen un porcentaje del orden del 5 0 % de la pérdida de cara continua, eún el número y tipo de inularidade. i x e el porcentaje que upone repecto de c : T c x 00 c c x a c Lueo T a c En eto cao, por tanto, la pérdida de cara total erá la producida en una tubería por rozamiento incrementando u lonitud entre un 5 0%. 4. Pérdida de cara localizada de mayor importancia cuantitatia. 4.. Pérdida localizada en un enancamiento bruco de ección Aunque la tubería e enance brucamente, el flujo lo ace de forma radual, de manera que e forman torbellino entre la ena líquida y la pared de la tubería, que on la caua de la pérdida de cara localizada. Aunque en la mayoría de lo cao la pérdida de cara localizada e calculan a partir de la ecuación [], obteniéndoe K empíricamente, en ete cao pueden deducire de forma analítica. Para ello uponemo que P P γ γ y z z 4

5 5 Aplicando Bernouilli entre y, e obtiene: z P z P γ γ 4 4 Ya que Q y Q como k 4 4 k Cao particular: Tubería que abatece un depóito En ete cao, la uperficie e muco mayor que la, por lo que la relación entre amba tenderá a cero. >>> 0 0 Por lo tanto, en ete cao K, y la pérdida de cara en la deembocadura erá: E decir, e pierde toda la enería cinética en la entrada al depóito.

6 4.. Pérdida localizada en un enancamiento radual de ección on lo difuore, en lo que e producen, ademá de la pérdida de cara por rozamiento como en cualquier tramo de tubería, otra inulare debido a lo torbellino que e forman por la diferencia de preión (al aumentar la ección diminuye la elocidad, y por lo tanto el término cinético, por lo que la preión debe aumentar). A menor ánulo de conicidad (θ), menor pérdida de cara localizada, pero a cambio e precia una mayor lonitud de difuor, por lo que aumentan la pérdida de cara continua. e trata de allar el alor de θ para el que la pérdidad de cara total producida ea mínima. Gibon (Torre otelo, 996) demuetra experimentalmente que el ánulo óptimo de conicidad e de uno 6º, y proporciona la iuiente fórmula empírica para calcular la pérdida de cara totale: T λ Lo alore de λ, también eún Gibon, on lo iuiente: θ 6º 0º 5º 0º 30º 40º 50º 60º λ Pérdida localizada en un etrecamiento bruco de ección 6

7 En ete cao, el flujo continúa coneriendo depué de la embocadura durante una cierta ditancia, a partir de la cual e produce u enancamiento. Por tanto, e formarán turbulencia entre el flujo y la parede de la tubería, y también entre éta y la ena líquida contraída, como e indica en la fiura. Lo alore de K e obtienen de forma uficientemente aproximada en función de la relación entre lo do diámetro: / K Cao particular: Tubería a la alida de un depóito (embocadura) En ete cao, la pérdida de cara depende del tipo de conexión entre la tubería y el depóito. () () (3) () Embocadura de arita ia: K 0.5 () Embocadura tipo entrante: K.0 (3) Embocadura abocinada: K , eún el rado de abocinamiento. e puede coniderar un alor medio de K Pérdida localizada en un etrecamiento radual de ección (tobera) Pueto que el líquido aumenta u elocidad al paar por la tobera, también diminuye u preión. Por tanto, la condicione no faorecen la formación de torbellino, iendo cai la totalidad de la pérdida de cara que e producen debida al rozamiento. Lo alore de K uelen ocilar entre 0.0 y 0.04, por lo que, en la práctica, eta pérdida de cara e deprecian. 7

8 4.5. Otra pérdida localizada de interé on importante por lo extendido del uo de eta pieza epeciale la pérdida de cara producida en álula, codo de ditinto ánulo y ramificacione en T (pérdida por bifurcación o empalme del flujo, er fiura). Bifurcación Empalme 5. Conideracione práctica para ealuar la pérdida de cara accidentale.. Para álula, puede tomare como equialente la pérdida de cara por rozamiento en una tubería recta de 0 m de lonitud y de iual diámetro que el acceorio.. En ocaione, puede tomare una lonitud total de tubería incrementada en un 5 0 %, dependiendo de la lonitud y el mayor o menor número de punto inulare. 3. La pérdida localizada en eneral pueden depreciare cuando, por término medio, aya una ditancia de 000 diámetro entre do punto inulare. 8