UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA de HONDURAS del VALLE DE SULA. Asignatura: Mecánica de Fluidos. Catedrático: Ing. Covadonga Álvarez.

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA de HONDURAS del VALLE DE SULA Asignatura: Mecánica de Fluidos Catedrático: Ing. Covadonga Álvarez Tema: Laboratorio de Venturi & Circuito Hidráulico de Perdidas Primarias y Secundarias Integrantes: Néstor Josue Flores SECCION: de Mayo del 2010, San Pedro Sula, Cortes

2 I Laboratorio Venturi Introducción En el siguiente informe trataremos de encontrar el coeficiente del Caudal utilizando instrumentos de medición tales como el Venturi, así mismo con otros accesorios y demostrar la ecuación del Q el caudal. Demostraremos que el fluido en un sistema cerrado en tuberías también tiene perdidas primarias y secundarias. La medida del caudal es junto con la medida de la presión y la temperatura, la que se realiza con mayor frecuencia, Esto explica el desarrollo que ha experimentado la industria de medidas de caudales y la variedad de procedimientos e instrumentos que se han desarrollado para ello. Objetivo Familiarizarse con los métodos de medición de flujo de fluidos incompresibles en conductos cerrados. Investigar la variación de la velocidad de un fluido, cuando fluye a través de conductos de diferentes diámetros Analizar los cambios de presión de un liquido, cuando este fluye a través de conductos de diámetros diferentes Utilizando el medidor de Venturi, determinar la velocidad de un fluido. Encontrar las perdidas primarias y secundarias del sistema.

3 Materiales Venturi, cinta métrica, Regla Graduada, Llave ajustable, Cronometro, bomba, 5 galones de agua, manómetro, Sistema de Tubería cerrada combinada con codos, ensanchamientos y reductores Marco Teórico Medidas de Caudales en Tubo de Venturi El tubo de Venturi consta de tres partes: Uno convergente, la sección mínima o garganta y finalmente la divergencia. Se mide la diferencia de presiones entre la sección 1 del agua arriba de la parte convergente y la sección 2, la garganta del Venturi utilizando un solo manómetro diferencial. Despreciando en la primera la aproximación las pérdidas en la Ecuación de Bernoulli escrita en las secciones de 1 y 2 nos dará: P1/γ + z1 + V1²/2g = P2/γ + z2 + V2²/2g La ecuación de continuidad entre las mismas secciones 1 y 2 nos dará: Q1=Q2 donde Q= A*v entonces A1*v1=A2*v2 Despejando para la velocidad tenemos que V1= (A2/A1)*V2 Sustituyendo en la Ecuación de Bernoulli tenemos P1/γ + z1 + (A2/A1) *V2²/2g = P2/γ + z2 + V2²/2g Podemos decir que V2= 2*g(P1/γ + z1 P2/γ + z2)/ ( (1-(A2/A1) ²) El caudal real será distinto del expresado ya que es la teoría que dicta como sacar este dato. En virtud del rozamiento que no se ha ten dio en cuenta y que puede valorarse por un coeficiente de velocidad CV, que oscila de 0.95 a menos de la 1 unidad, tomando en cuenta el valor indicativo para el Venturi nuevos y 0.98 paras los que ya son utilizados. Q =Cq*A2* (2g h) Q= CvA2* (2g (h1-h2))/( (1-(A2/A1) ²)

4 Finalmente detenido un coeficiente de Caudal Cq que se calculara en el experimento utilizando el Venturi Cq= Cv/( (1-(A2/A1) ²) se obtiene que Q =Cq*A2* (2g h) donde la diferencia de alturas es h1-h2= ( / ) -1( hg) Procedimiento Experimental: 1. Llenar el depósito de sección hasta un nivel mayor de la bomba 2. Encender la bomba para evitar aire en las cavitaciones 3. Hacer las pruebas de la bomba para comprobar si hay fugas 4. Apagar la bomba y reparar las fugas si hay 5. Encendemos la bomba y tomamos el tiempo de 45 seg. Tomamos la medición de altura del depósito de llenado y el h de mercurio en el manómetro diferencial. 6. Elaborar la tabla con los datos obtenidos y calcular el volumen y el caudal. Nota : El caudal debe mantenerse contante para los medidores al realizar cada registro de presión El caudal se varía 4 veces, es decir se efectúan 4 lecturas de presión. El volumen para medir el caudal cae en el estanque volumétrico considerando en nivel de llenado.

5 Cálculos, Gráficos, y Tablas

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9 Conclusiones Al observar la tabla de coeficientes de caudal y comparándolos entre si, se puede deducir que el medidor de gasto Venturi, es el medidor que presenta los coeficientes más eficientes de los otros medidores analizados. En al caso de los otros medidores no se observan valores eficientes, los valores son bajos. Lo que demuestra que son poco eficientes y las diferencias entre los caudales teóricos y los reales son no poco despreciables. Finalmente el medidor de Venturi presenta una mayor fiabilidad en el momento de trabajar con datos provenientes de distintos métodos, lo cual minimiza la tendencia al error lo que se verifica con los altos índices de los coeficientes de caudal mostrados en la tabla anterior.

10 II Laboratorio Circuito Hidráulico con Pérdidas Primarias y Secundarias Introducción En este ensayo de laboratorio el problema a resolver específicamente es evaluar la perdida de energía que ocasiona un fluido ya sea laminar o turbulento (por la viscosidad) al pasar a través de un tubo que sufre una disminución del área transversal en todo su recorrido. El análisis del comportamiento que presentará el fluido puede ser calculado; con errores muy insignificantes. Las pérdidas de carga a lo largo de un conducto de cualquier sección pueden ser locales o de fricción, Esta correspondencia de rugosidad-viscosidad ha sido observada por muchos investigadores, dando a la correspondencia entre los números de Reynolds (Re), los parámetros de los valores de altura de rugosidad e/d y los coeficientes de fricción lamda que determinan la calidad de la tubería. El gráfico de Moody sintetiza las diversas investigaciones realizadas acerca de la evaluación de los valores lamda en los distintos regímenes de flujo. El flujo de un fluido real es más complejo que el de un fluido ideal. Donde encontraremos las perdidas primarias y secundarias del todo el sistema con los accesorios que tenga en todo el sistema. Objetivos Afianzar los conocimientos teóricos por medio de la observación y cálculos teóricos. Determinar las pérdidas de carga en los diferentes accesorios (codos, reductores, Tes, válvulas, ensanchamientos.) Identificar los diferentes tipos de accesorios con los que se utilizaron para calcular las perdidas primarias y secundarias. Determinar el si el fluido es laminar o turbulento así como el caudal en el sistema.

11 Materiales Medidor de Caudal, Manómetro, Accesorios de Línea de diferentes tamaños (codos, reductores, Tes, válvulas, ensanchamientos), Cronometro, cinta métrica o regla, Deposito, 5 galones de agua Marco Teórico PERDIDAS DE CARGAS Las perdidas de carga en las tuberías son de dos clases : primarias y secundarias. Las perdidas primarias son las perdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería (Capa Limite), rozamiento de unas capas de fluidos con otras (Régimen Laminar) o de las partículas de fluido entre si (Régimen Turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección constante. Las perdidas secundarias son las perdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones (estrechamiento o expansiones de la corriente), codos, válvulas, y en toda clase de accesorios de tubería. Si la conducción es larga como en oleoductos o gaseoductos, las perdidas secundarias tienen poca importancia, pudiendo a veces despreciarse; o bien se tienen en cuenta al final, sumando un 5 al 10 por ciento de las perdidas principales halladas. PERDIDAS SECUNDARIAS Llamadas también perdidas menores, son aquellas caídas o perdidas de presión que se producen cuando el flujo atraviesa una válvula, codos, cambio de sección en la tubería (contracción o expansión), etc. Las pérdidas secundarias se evalúan mediante la siguiente relación: hs= K (V2/2g) Donde: K= constante de perdida por accesorio. V= velocidad media del fluido. Longitud Equivalente Es aquella longitud de tubería que ocasionaría las mismas pérdidas que algún accesorio. K (V2/2g) = f (Leq/D) (V2/2g) Leq = (K/f) D

12 Diámetro Equivalente Es el diámetro de una tubería de sección circular que ha igual de caudal, longitud y fluido generan la misma caída de presión que otra tubería de sección no circular. Accesorios: Los accesorios se utilizan en las conducciones de las tuberías en donde estas pueden sufrir un cambio de dirección, estrechamientos, ensanchamientos, ramificaciones; en fin, todo lo que sea necesario para el proceso. Existen accesorios muy diversos cuyos diámetros y roscas coinciden con los nominales de las tuberías comerciales pudiendo ser estas macho o hembra. Existen combinaciones de accesorios en los que el cambio de dirección, estrechamiento, ensanchamiento, ramificación, etc. están presentes e inclusive hay acoplamientos y uniones los cuales no ofrecen un cambio en la resistencia del flujo. Es importante mencionar también que las tuberías están sometidas a variaciones de temperatura lo que lleva a que el material se dilate y se requieran utilizar juntas de expansión con empaquetadura, fuelles o manguitos de metal flexible. Válvulas Las válvulas se consideran como accesorios que sirven para regular un flujo y que sirven para aislar equipos o tuberías para su mantenimiento. El diseño de una válvula debe evitar deformaciones así como cambios de presión y temperatura para que estos no establezcan una mala alineación en las superficies de sellado. Existen dos grandes grupos de válvulas: - Las de corte de flujo en donde sus dos posiciones extremas (totalmente abiertas y totalmente cerradas) es su función principal. - Válvulas de regulación en donde su función principal es poder regular el flujo de acuerdo con las necesidades del proceso. Válvulas de Mariposa Debido a que este tipo de válvulas es relativamente pequeño, no consiste un problema el acomodarlos en la línea del proceso. Los asientos elásticos, anillos de pistón sobre el disco, inclinación del vástago, son algunos de los métodos mediante los cuales se puede obtener un sellado relativamente hermético sin un excesivo desgaste en los asientos al igual que sin un esfuerzo operacional de torsión grande. Las válvulas pequeñas que se utilizan manualmente tienen un dispositivo de enclavamiento en la llave; por otro lado, las válvulas mayores que operan manualmente requieren de un engranaje de gusano en el vástago, todo esto debido a que la distribución de presión del fluido tiende a cerrar este tipo de válvulas. Tes Las tes pueden ser formadas en frío o en caliente, vaciadas y forjadas en tramos cortos de tubería. El producir un gran número de tes que necesiten los tamaños exactos de las conexiones extremas no resulta económica. Lo normal es que las tes que se encuentran del mismo tamaño sean las dos conexiones extremas. La conexión bifurcada puede ser del mismo tamaño que las conexiones anteriores o de uno, dos o tres tamaños menores. Las conexiones bifurcadas suelen ser las más económicas que las tes principalmente cuando la razón respecto al tramo es chica.

13 Codos de 45 y 90 La principal función de los codos consiste en cambiar la dirección de la tubería. Los codos pueden ser de 45 o 90 con radio de cualquier tamaño y pueden darse con reducción simultánea. El flujo que se encuentra en las curvas y en los codos es más turbulento que el que se encuentra en los tubos rectos, ocasionando un aumento en la corrosión y la erosión. Una manera de disminuir esto es tener una pared más gruesa, un contorno interior más liso o un tubo con mayor radio de curvatura. Estas alternativas no son utilizadas frecuentemente debido a que emplearlas resulta costoso. En la mayoría de los casos, los codos presentan escasa pérdida de carga. Los codos se forman a partir del vaciado, forjado o conformación en caliente o frío con trozos cortados de tubería o pedazos de tubería cortados a inglete y soldados. Manguitos La función principal de los manguitos es el unir dos tramos rectos de tubería. La clasificación de este accesorio depende de las roscas de sus extremos y de allí se denomina doble hembra, doble macho, macho-hembra y con reducción. Tubo de retorno Su función es la de dar un giro de 180 grado a la dirección de la tubería. Generalmente se unen por bridas, por roscas o por uniones soldadas prefiriendo generalmente las de rosca Procedimiento Experimental: Poner en operación la bomba de forma que el fluido recorra la toma designado; tener el manómetro diferencial previamente nivelado y proceder a tomar los valores en cada tramo. Tomar el valor para el caudal que será el empleado para los cálculos, tomar los valores para las alturas desde un nivel de referencia cualquiera, tomar los valores de longitud en cada zona de la tubería libre de accesorios. Las pérdidas de accesorios de tubería: Codos. Válvulas. Tes. Se determinan mediante la siguiente ecuación: Donde K= coeficiente de pérdida secundaria. V= vel. De diámetro menor. El k se pude determinar de distintas maneras:

14 1. Mediante tablas encontradas en los textos, pues el k varía para cada tipo de accesorio. 2. Si hay una contracción se puede determinar mediante la siguiente ecuación: También se puede hallar las pérdidas de cargas secundarias mediante las gráficas de los distintos accesorios a utilizarse mediante la ECUACION GENERAL DE PERDIDA TOTAL: Se calculara el Caudal y la velocidad del sistema Se calculara por separado los accesorios calculado las longitudes, perdidas por si diámetro Por último se obtendrá las perdidas primarias y secundarias va ser igual a las perdidas de Rozamiento Ht = +

15 Cálculos, Graficas y Tablas

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26 Conclusiones Las perdidas secundarias no deben despreciarse en el caso de tramos cortos con accesorios, porque tienen un valor comparable o incluso superior al de la perdida primaria en ese tramo. 1 Las perdidas secundarias se pueden calcular ya sea usando los coeficientes de rozamiento de los accesorios o las longitudes equivalentes de estos. 2 Se verifico gran proximidad entre los valores de las perdidas secundarias hallados con los coeficientes de rozamiento y los hallados usando las longitudes equivalentes. 3 Se observa una diferencia en los resultados (entre las pérdidas de carga secundarias en los tramos señalados y la diferencia de presiones) debido a que los datos técnicos parten de generalizaciones que no se ajustan a cada caso. 4 Mientras mayor sea el número de accesorios en línea mayor será la perdida de carga

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