hidraulica perdidas locales
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FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
E.A.P. ING. MECÁNICA DE FLUIDOS
CURSO : HIDRÁULICA
PROFESOR : ING. JUAREZ CESPEDES JOSE
ALUMNO : Ramírez Mendizábal Kevin Brain
CÓDIGO : 11130056
PÉRDIDAS DE CARGAS LOCALES O SECUNDARIAS
PÉRDIDAS LOCALES O SECUNDARIAS
PÉ RDIDAS DE CARGAS LOCALES
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Los fluidos en movimiento o flujo interno forman parte básica para la
producción de servicios dentro de las actividades industriales, residenciales y
comerciales.
La aplicación de la Ecuación de Bernoulli para fluidos reales, entre 2
secciones de un mismo tramo de tubería es, sobre un nivel de referencia
(N.R):
p1γ
+z1+v12
2 g=p2γ
+z2+v22
2 g+hp…… ..(1)
Donde:
hp=hfp+hfs………….(2)
Sea:
hfp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales.
hfs = Perdidas secundarias o, locales por accesorios.
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PÉRDIDAS LOCALES O SECUNDARIAS
Al hablar de perdidas en tuberías, lleva a estudiar los flujos internos que
sean completamente limitados por superficies sólidas con un grado de
rugosidad según el material del cual están fabricadas.
Este flujo es muy importante de analizar ya que permitirá diseñar las redes
de tuberías y sus accesorios más óptimos.
Las pérdidas de energía que sufre una corriente cuando circula a través de
un circuito hidráulico se deben fundamentalmente a:
Variaciones de energía potencial del fluido.
Variaciones de energía cinética.
Rozamiento o fricción.
PERDIDAS PRIMARIAS
Llamadas perdidas longitudinales o pérdidas por fricción, son ocasionadas
por la fricción del fluido sobre las paredes del ducto y se manifiestan con
una caída de presión.
Empíricamente se evalúa con la formula de DARCY - WEISBACH:
hfp= f∗L∗V2
2g∗D
Donde:
o L = longitud de la tubería.
o D = Diámetro de la tubería.
o V = velocidad media del flujo.
o f = factor de fricción de la tubería.
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De donde el factor de fricción de la tubería depende del Número de
Reynolds ( Re ) y de la rugosidad relativa ( ε / D ) . Para esto se hace
uso del Diagrama de Moody.
Básicamente las Pérdidas primarias son directamente proporcionales
a la longitud de la tubería.
PERDIDAS SECUNDARIAS
También conocidas como perdidas locales o puntuales, las cuales son
originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un
sistema de tuberías, como por ejemplo:
Válvulas.
Codos.
Niples.
Reducciones.
Ensanchamientos.
Uniones universales.
Etc.
La expresión para evaluar las perdidas secundarias (en metros de columna
del fluido) es la siguiente:
hfs=K∗L∗V 2
2g∗D
Donde K es la constante para cada accesorio y depende del tipo de
accesorio, material y diámetro.
Luego la longitud equivalente será:
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Leq=K∗Df
Estas se deben principalmente a variaciones bruscas de velocidad
causadas por:
Cambios bruscos de sección.
Perturbación del flujo normal de la corriente, debido a cambios de
dirección provocadas por la existencia de un codo, curva, etc.
Rozamiento o fricción.
Las pérdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los elementos
expresada en metros del fluido, puede calcularse con la siguiente
expresión:
∆ hfs=K∗V 2
2 g
Donde:
K = coeficiente de pérdidas de carga.V= velocidad del fluido.∆h = diferencia de altura manométrica.g= gravedad.
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TABLA.- VALORES APROXIMADOS DE K
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ENSANCHAMIENTO SÚBITO
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PÉRDIDAS LOCALES O SECUNDARIAS
Al fluir un fluido de un conducto de menor a uno mayor a través de una
dilatación súbita, su velocidad disminuye abruptamente, ocasionando una
turbulencia que genera una pérdida de energía. La cantidad de turbulencia,
y por consiguiente, la cantidad de pérdida de energía, depende del cociente
de los tamaños de los dos conductos.
La perdida menor se calcula de la ecuación:
h fs=k ( v122g )
Donde v1 es la velocidad de flujo promedio en el conducto menor que está
delante de la dilatación. Al hacer ciertas suposiciones de simplificación
respecto del carácter de la corriente de flujo al expandirse a través de una
dilatación súbita, es posible predecir analíticamente el valor de k a partir de
la siguiente ecuación:
K=[1−( A1A2 )]2
= [1−(D1D2 )2]2
ENSANCHAMIENTO GRADUAL
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Si la transición de un conducto menor a uno mayor puede hacerse menos
abrupta que la dilatación súbita de bordes cuadrados, la perdida de energía
se reduce. Esto normalmente se hace colocando una sección cónica entre
los dos conductos, como se muestra en la siguiente figura. Las paredes en
pendiente del cono tienden a guiar el fluido la desaceleración y expansión
de la corriente de flujo.
La pérdida de energía para una dilatación gradual se calcula a partir de:
hL=k ( v122g )
Donde v1 es la velocidad del conducto menor que está delante de la
dilatación.
La magnitud de K depende tanto de la proporción de diámetro D2 / D1
como del ángulo de cono, θ y D2 / D1.
CONTRACCIÓN SÚBITA
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La pérdida de energía debido a una contracción súbita, como la
esbozada en la figura se calcula a partir de:
h fs=k ( v222g )
Donde v2 es la velocidad en la corriente hacia abajo del conducto
menor a partir de la contracción.
El coeficiente de resistencia K depende de la proporción de los tamaños
de los dos conductos y de la velocidad de flujo, como se muestra en la
figura.
CONTRACCIÓN GRADUAL:
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La pérdida de energía en una contracción puede disminuirse
sustancialmente haciendo la contracción más gradual. La figura
muestra una contracción de este tipo, formada mediante una sección
cónica entre los dos diámetros con cambios abruptos en las junturas. El
ángulo Ѳ se denomina ángulo de cono.
COEFICIENTE DE RESISTENCIA PARA JUNTAS Y VÁLVULAS:
Se dispone de muchos tipos diferentes de válvulas y juntura de varios
fabricantes para especificaciones e instalación en sistemas de flujo de
fluido. Las válvulas se utilizan para controlar la cantidad de flujo y
pueden ser válvulas de globo, de ángulo, de mariposa, otros varios
tipos de válvula de verificación y mucha más.
El método para determinar el coeficiente de resistencia k es diferente.
El valor de k se reporta en la forma:
K=( LcD ) f T
TABLA
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PÉRDIDAS LOCALES EXPRESADAS EN DIAMETROS DE TUBERIA RECTILINEA
TABLA
LONGITUDES EQUIVALENTES A PERDIDAS LOCALES
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PÉRDIDAS LOCALES O SECUNDARIAS
Cualquier modificación en la forma geométrica de un conducto produce una
pérdida de carga de carácter local cuando un fluido pasa a su través. Estas
pérdidas de carga se denominan singulares.
Este tipo de pérdidas singulares se producen, por ejemplo, en los casos del
aumento de sección y del cambio de dirección (un codo).
En el caso del ensanchamiento, estas pérdidas de carga son debidas a que
el flujo se adapta a la nueva sección mediante una sucesión de remolinos,
con lo que el exceso de energía cinética que hay en la sección 1 respecto a
la que correspondería a la nueva sección 2, se disipa por la acción de la
turbulencia.
En el caso de un codo brusco, la distribución transversal de velocidad deja
de ser axis métrica (aumenta la velocidad en la zona del conducto más
próxima al centro de curvatura), y nuevamente se produce una disipación
de energía por remolinos turbulentos.
Las pérdidas de carga secundarias, producidas en zonas localizadas de los
conductos, se expresan en forma a dimensional por el denominado
coeficiente de pérdidas, K.
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PÉRDIDAS LOCALES O SECUNDARIAS
CONSIDERACIONES PRÁCTICAS PARA EVALUAR LAS PÉRDIDAS DE CARGA
LOCALES
Para válvulas, puede tomarse como equivalente la pérdida de carga por
rozamiento en una tubería recta de 10 m de longitud y de igual diámetro
que el accesorio.
En ocasiones, puede tomarse una longitud total de tubería incrementada
en un 5 – 20 %, dependiendo de la longitud y el mayor o menor número de
puntos singulares.
Las pérdidas localizadas en general pueden despreciarse cuando, por
término medio, haya una distancia de 1000 diámetros entre dos puntos
singulares.
Se puede deducir que la mayor pérdida de carga en accesorios se da en las
válvulas y la menor perdida de carga se da en los ensanchamientos de las
tuberías.
Conocer las perdida de carga en accesorios y además tener en cuenta que
cuando nosotros diseñemos tuberías es importante considerar estas
pérdidas ya que cuando mayor accesorios allá en el tramo de una tubería
mayor será su pedida local es por ello que hay que analizar distintos
factores, ya sea topografía del terreno, el tipo de tubería ya sea pvc fierro
galvanizado y además tener en cuenta que tenemos que considerar
siempre un margen de error en ellas.
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