Universidad de La Serena

Ing. De ejecucin en mecnica

Prdida de carga

Por medio de la aplicacin de conceptos tericos junto con los datos obtenidos

en la experiencia que se llev a cabo en este cuarto laboratorio, se proceder

a determinar la prdida de carga. De sta manera, se har el anlisis detallado

de valores experimentales comparados con los resultantes de frmulas,

considerando el marco terico y los instrumentos usados para cada una de las

mediciones.

Integrantes: Wilson Barraza

Pedro Villalobos

Introduccin

La prdida de carga es un fenmeno que se manifiesta en cualquier situacin

donde se desee mover un fluido desde un punto a otro. Su origen est en el

esfuerzo cortante que se origina cada vez que un fluido viscoso es movido, este

esfuerzo cortante provoca un roce entre las diferentes partculas de fluido,

roce que disipa energa. Si se desea mover el fluido, debe conocerse el valor

de esta prdida de energa para poder proporcionarla.

Es muy habitual designar a las prdidas de energa que sufre el fluido como

prdidas de carga, siendo stas debidas a la friccin que ejerce el fluido sobre

s mismo y las paredes slidas o tambin cuando el flujo se ve perturbado por

un cambio en su direccin, sentido o rea de paso debido a la presencia de

codos y curvas, vlvulas u otros. En otras palabras, si se desea mover el fluido,

debe conocerse el valor de estas prdidas de carga.

Objetivos: Determinar la perdida de Carga de un fluido, la cual se divide en dos:

1). Friccin: que genera el fluido sobre s mismo y sobre las paredes slidas por

donde circula este.

2). Singularidad: que se produce por el cambio de seccin o direccin del

caudal.

Marco terico:

CLCULO DE LA PRDIDA DE CARGA:

Ya hemos visto que la prdida de carga se relaciona con una cada de presin

entre dos puntos en la direccin del flujo. Principalmente, la prdida de carga

estar ligada al trmino de energa cintica de la ecuacin de energa, puesto

que cuando la velocidad es cero el fluido esta esttico y no hay prdida. De

acuerdo a ello, podemos escribir:

= +

: Representa las prdidas de carga primaria o por longitud.

: Representa las prdidas de carga secundaria o por singularidad.

O bien:

= 1 + 2

Donde C1 y n depende de la ecuacin de prdida primaria que se utilice y C2 y

m depende de las singularidades que se estn estudiando. En el anexo se

pueden revisar las distintas ecuaciones de prdida de carga primaria y las

distintas singularidades que pueden presentarse en un sistema hidrulico.

RELACIN ENTRE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA Y LA ECUACIN DE BERNOULLI:

Para visualizar el efecto del roce sobre el flujo dentro de una tubera, aplicaremos la ley

de conservacin de la energa en una situacin como la mostrada en la figura.

Flujo laminar

Flujo laminar de un fluido perfecto en torno al perfil de un objeto.

Distribucin de velocidades en un tubo con flujo laminar.

Procedimiento:

1. - Una vez conectado el sistema de bombeo, asegurarse que el agua pase

solamente por la tubera a medir.

2. - Abrir la llave de paso de la tubera de manera que salga una cantidad de

lquido por el extremo abierto. La abertura debe ser tal que puedan efectuarse

4 medidas de caudal diferente.

3.- Conectar el manmetro diferencial a la tubera a medir. Cuidadosamente,

abrir las llaves que conectan el manmetro. Se producir una diferencia de

nivel entre las dos columnas. Cuidar que la columna ms baja no llegue hasta

el cero, de lo contrario, el manmetro sufrir una descalibracin. Para ello,

comience con una pequea abertura de la llave de paso, e incremntela

lentamente mientras la segunda columna baja.

4.- Una vez estabilizada la lectura del manmetro, proceda a leer la diferencia

entre ambas alturas. Asimismo, mida el tiempo que demora en llenarse el

estanque un volumen arbitrario. Dividiendo el volumen por el tiempo, se

obtiene el caudal.

5.- Repita el procedimiento hasta completar el total de medidas.

Clculos del factor de friccin (prdidas primarias):

Se aplicar la ecuacin de Darcy Weisbach.

=8

2

2

5

La prdida de carga que se produce en la tubera es igual a la diferencia de

presin que marca el manmetro diferencial.

= 1 2

Como el caudal, el dimetro y la longitud son mediciones directas, entonces el

factor de friccin real se calcular como.

=2

8

(1 2) 5

2

El factor de friccin terico se calcular con las ecuaciones de tubos lisos y

rugosos en la zona laminar o tubos lisos en la zona de transicin o turbulenta,

dependiendo del nmero de Reynolds.

=

; = 1,142 6(/2)

Se debe comparar el factor de friccin real con el factor de friccin terico.

Se debe graficar H v / s Q y factor de friccin real v / s Q.

Clculo de la longitud equivalente (prdidas secundarias).

Se aplicar la ecuacin de Darcy Weisbach.

=8

2

2

5

Y la ecuacin de prdidas de cargas secundarias.

=8

2

2

4

Para obtener la longitud equivalente se igualan las ecuaciones anteriores

obtenindose.

=

En la ecuacin anterior el dimetro es una medicin directa, el factor de

singularidad se obtiene aplicando la ecuacin siguiente.

=2

8

(1 2) 4

2

Donde h1-h2 representa la diferencia de presin que marca el manmetro diferencial, y el

caudal es una medicin directa.

El factor f se obtiene de interpolar el valor en la grfica factor de friccin v / s caudal del

clculo del factor de friccin (prdidas primarias), procedimiento anterior. Se debe comparar

la longitud equivalente obtenida con el baco para la determinacin de las prdidas de carga

en accesorios, en metros de longitud de tubera equivalente que se encuentra en el anexo Se

debe graficar Lequivalente v / s Q.

Mediciones para caera de 4 codos.

3105,1 x Rugosidad del material

Formulas

Ec. Darcy weisbach 5

2

2*

8

D

Q

g

LfH p

Perdida de carga = diferencia de presiones del manmetro

21 hhH p

Factor de friccin real 2

5

21

2 )(

8 Q

Dhh

L

gf R

v

DVynold

Re

Friccin terico: 1

= 1,14 2 log[

+

21,25

0,9 ]

Viscosidad cinemtica s

mEv 26142.1

Ecuacin de prdidas secundarias 4

2

2

8

D

Q

g

KH s

Largo equivalente f

KDL eequivalent

Factor de singularidad 2

4

21

2 )(

8 Q

DhhgK

rea seccin 6.15E-4 m^2

Tubera 15 mm Area=0.000176 m^2

Perdidas secundarias

N K sH eequivalentL

1 8.80 29.78 2.4 (mt)

2 7.78 18.28 2.4

3 9.4 8.1 2.4

H vs Q

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002

Q

H

Serie1

Polinmica (Serie1)

f vs Q

0,048

0,05

0,052

0,054

0,056

0,058

0,06

0 2E-05 4E-05 6E-05 8E-05 0,0001 0,0001 0,0001 0,0002

Q

f Serie1

N 1h 2h t H Vol.(m3)

RQ (m3/seg)

1 70.4 40.6 15.7 1 0.002268 1.44E-4

2 65.9 47.4 18.78 1 0.002268 1.207E-4

3 61.4 53.2 31.02 1 0.002268 7.31E-5

N pH Rf tf Re V

(m/s)

1 29.8 0.05503 0.03051 10744.30 0.818

2 18.5 0.04919 0.03207 8944.83 0.681

3 8.2 0.05876 0.03696 5450.96 0.415

mm28

N pH Rf tf Re V (m/s)

1 21.9 0.03022 0.02327 31383 1.28

2 15.9 0.03820 0.02484 23782 0.97

3 11.3 0.03654 0.02573 20595 0.84

4 5.4 0.02224 0.026558 18143 0.74

5 2.2 0.04773 0.033195 7845 0.32

Perdidas secundarias

N K sH eequivalentL

1 2.59 21.8 2.4 (mt)

2 3.27 15,87 2.4

3 3.13 11.28 2.4

4 1.90 5.3 2.4

5 4.09 2.1 2.4

H vs Q

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001

Q

H

Serie1

Polinmica (Serie1)

Q vs fr

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001

Q

fr Serie1

N 1h 2h t H Vol.(m3)

RQ (m3/seg)

1 64.5 42.6 13.87 5 0.011 7.93E-4

2 62.5 46.6 29.92 8 0.018 6.01E-4

3 61.2 49.9 38.61 9 0.020 5.18E-4

4 60.7 52.3 47.53 10 0.022 5.15E-4

5 59.8 55.6 55.6 11 0.024 5.13E-4

Tubera 28mm:

Perdidas secundarias

N K sH eequivalentL

1 2.59 29.7 2.4 (mt)

2 3.04 31.43 2.4

3 2.67 19.65 2.4

H vs Q

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001

Q

H Serie1

N 1h 2h t H Vol.(m3)

RQ (m3/seg)

1 69.2 39.3 11.89 5 0.011 9.25E-4

2 68.1 39.6 12.53 5 0.011 8.77E-4

3 65.3 45.6 14.86 5 0.011 7.40E-4

N pH Rf tf Re V

(m/s)

1 29.9 0.03032 0.02243 36777.58 1.5

2 31.5 0.03554 0.02272 34816.1 1.42

3 19.7 0.03122 0.02366 29422.06 1.20

Conclusin

En esta experiencia realizada hemos podido observar como las prdidas de carga determinan los caudales circulantes por las tuberas. De esta forma, se relaciona con una cada de presin entre dos puntos en la direccin del flujo. Al aumentar el caudal aumenta la friccin real o sea aumenta el roce entre las partculas. En cuanto al grfico de la longitud equivalente versus el caudal, podemos observar que a menor caudal la longitud equivalente es menor y a mayor caudal la longitud disminuye. (P. Villalobos) En este Laboratorio se pudo observar que bsicamente, 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, que se denomina perdida de carga y que tiene dimensiones de longitud. Fue posible observar que la perdida de carga viene descendiendo casi rectilneamente, pero se ve un pronunciado descenso al pasar por el Venturi metro, esto se debe al cambio de dimetro, la velocidad aumenta y por ello la presin se reduce. (W. Barraza)