perdidas de-cargas-locales-upla-2015-ii

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INFORME N°01- LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA FIUPLA-2015-II

A: Dr. Mario Huatuco GonzalesCatedrático del Curso Laboratorio de Mecánica de Fluidos e

HidráulicaDE : Equipo de Trabajo

(Estudiantes del curso de lab.de mec. De fluidos e hidraulica)

- Aparicio Alva, Deysi- Aquino Galván, Josué Luis- Bravo Alaya ,Ricardo- Carhuamaca Ochante ,Javier- Castillo Arango Clinton- Cerron Bonilla,Junior- Gonzales Alcantara ,Max- Peñaloza Yauri ,Russell- Perez Allccahuaman ,Angel- Romero Rojas,Aldair

ASUNTO : Determinar las perdidas locales en codo de radio largo, medio

Y corto; como también de un ensanchamiento ,contraccion,inglete.

FECHA DE ENTREGA : 05/11/2015

Con un saludo cordial y afectuoso a su persona presentamos el informe detallando información básica, procedimientos, objetivo, teoría, formulas y conclusiones de para ello se adjunta el trabajo detalladamente.

Es cuanto podemos informar ante Ud. para hacer de su conocimiento sin antes mencionar nuestro afecto y estima personal.

ATENTAMENTE,EL EQUIPO

LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA



INTRODUCCION

En el presente informe se detallara fundamentos y aplicaciones para determinar las pérdidas de cargas locales; ocasionadas por los distintos accesorios (por ejemplo, codos, válvulas, ensanchamientos,); con el fin de poder establecer soluciones en las diferentes situaciones que nos encontremos más adelante; por ejemplo para saber cuánto va a ser el nivel final de agua, en los distintos proyectos hidráulicos de Ingeniería. Este equipo que nos permite obtener o calcular las pérdidas de carga locales es de utilidad para estudiantes de programas de Ingeniería que tienen en sus planes de estudio materias relacionadas con fluidos.




1. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar las pérdidas locales o secundarias, en el codo de radio largo, medio

y corto de 4 x 90°; como también en un ensanchamiento, contracción e inglete

4 x 90°.

OBJETIVO ESPECIFICO

Identificar cuáles de los accesorios presenta mayor pérdida de fluido en el

módulo FME05 – EDIBOM




2. MARCO TEORICO

2.1. Perdida De Cargas Locales O Secundarias

Las pérdidas de energía que suceden en una instalación han de poder ser predichas para poder realizar diseños en hidráulica. Ya teniendo los conocimientos cómo pueden deducirse las pérdidas de carga debidas a la viscosidad del fluido (fricción). Sin embargo, cuando se introducen accesorios en una instalación, también aparecen pérdidas de energía, aunque ya no son por fricción

El fluido en un sistema de tubería típico pasa a través de varios accesorios, válvulas, flexiones, codos, ramificaciones en forma de letra T, entradas, salidas, ensanchamientos y contracciones además de los tubos largos .medios, cortos. Dichos componentes (accesorios) interrumpen el suave flujo del fluido y provocan pérdidas adicionales debido al fenómeno de separación y mezcla del flujo que producen.




CODO LARGO:

Empíricamente evaluada con la fórmula de darcy weisbach. La tubería de codo largo a 90° tiene una característica de un cambio mínimo de la dirección del flujo ,donde el fluido al pasar sufre un mínimas perdidas por fricción y tienen una variación de energía potencial del fluido , menor perdida cinética del fluido causado por las pared del ducto y de la forma.




- Por ecuación de DARCY: hs=K∗V 2

2∗g

De la formula se puede obtener:

hs = h (entrada) – h (salida)

g = 9.806 m/s2

Entonces: V2

2∗g= 16∗Q2

2∗g∗π2∗D4

ENSANCHAMIENTO:

Se produce una perdida menor aunque la tubería se ensanche bruscamente, el flujo lo hace de forma gradual, de manera que se forman torbellinos entre la vena líquida y la pared de la tubería, que son la causa de las pérdidas de carga localizadas.





De

Ds

Q



- Diámetro de entrada (De) = 25 mm = 0.025 m

- Diámetro de salida (Ds) = 40 mm = 0.040 m

CONTRACCION:

La pérdida de energía disminuye gradualmente. En este caso, la superficie (De)es mucho mayor que la (Ds), por lo que la relación entre ambas tenderá a cero. Es decir, se pierde toda la energía cinética en la entrada al depósito. Por lo tanto,en este caso K=1, y la pérdida de carga se da en la desembocadura.(3)

- Diámetro de entrada (De) = 40 mm = 0.040 m

- Diámetro de salida (Ds) = 25 mm = 0.025 m

CODO MEDIO:

Evaluada con la fórmula de darcy weisbach. La tubería de codo medio a 90° tiene una característica promedio de la

dirección del flujo, donde el fluido al pasar sufre un término promedio perdida por fricción y tienen una variación de energía


Q

Ds

De



potencial del fluido , regular perdida cinética del fluido causado por las pared del ducto y de la forma.


2∗g



g = 9.806 m/s2

Entonces:

V 2

2∗g= 16∗Q2

2∗g∗π2∗D4




CODO CORTO:

Evaluada con la fórmula de darcy weisbach. La tubería de codo corto a 90° tiene la característica mayor cambio de dirección del flujo ,donde el fluido al pasar sufre mayor perdida por fricción y tienen una variación de energía potencial del fluido , mayor pérdida cinética del fluido causado por las pared del ducto y de la forma.





2∗g



g = 9.806 m/s2

Entonces:

V 2

2∗g= 16∗Q2

2∗g∗π2∗D4




INGLETE:

Evaluada por darcy weisbach. La tubería de codo corto a 90° tiene la característica mayor cambio de dirección del flujo ,donde el fluido al pasar sufre mayor perdida por fricción y tienen una variación de energía potencial del fluido , mayor pérdida cinética del fluido causado por las pared del ducto y de la forma.(2)

L = 40 – 2*(0.8)


Espesor 0.8 mm 40

mmL



L = 38.4 mm

hs= K∗1∗Q2

2∗g∗¿¿

g = 9.806 m/s2

Por lo tanto se obtiene:





3. EQUIPOS Y /O MATERIALES

A. Banco Hidráulico FME05

Equipo móvil y completamente autónomo. Equipo que se utiliza para acomodar una amplia variedad de accesorios que permiten

al estudiante experimentar los problemas que plantea la mecánica de fluidos. Incluye depósito y bomba Consistente en un depósito sumidero de alta capacidad y un rebosadero que

devuelve el excedente de agua ha dicho depósito. Dispone de un equipo para medir caudales altos y bajos, además de una probeta de

un litro para caudales aún más bajos. Provisto también de escala que indica el nivel de agua del depósito superior.

B. módulo de Perdidas locales FME05 – EDIBOW

Este accesorio permite demostrar pérdidas en diferentes curvas, contracción súbita, expansión súbita y una válvula de control típica.

Este equipo puede trabajar con el Banco Hidráulico (FME00)

Se incorporan para su estudio los siguientes acoplamientos típicos: codo de inglete, codo de 90º, curvas (radio grande pequeño), contracción súbita y expansión súbita.

C. Termómetro

D. Nivel de burbuja

E. cronómetro




4. PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE DATO

a. Instale el equipo de las pérdidas en el banco hidráulico de manera que su base está en posición horizontal (esto es necesario para medir la altura exacta de los manómetros).

b. Conecte el dispositivo de conexión rápida del aparato al suministro de flujo del banco hidráulico.

c. Asegure la extensión del tubo de salida del F1-22 en el tanque volumétrico.

d. Abra la válvula del banco, la válvula de compuerta y la válvula de control del flujo del equipo y encienda la bomba para llenar la tubería con agua Con el fin de sacar el aire de los puntos de toma de presión y los manómetros cierre tanto la válvula de banco y la válvula de control de flujo del aparato de pruebas y abra el tornillo de purga de aire y quite el tapón de la válvula de aire adyacente. Conecte una tubería de pequeño diámetro de la válvula de aire en el tanque volumétrico. Ahora, abra la válvula de banco para permitir el flujo a través de los manómetros para purgar todo el aire de ellos, entonces, apriete el tornillo de purga de aire, y cierre la válvula del banco.

e. Compruebe que todos los niveles manómetro estén a la misma altura la escala cuando la valvula es cerrado.

f. abrir lentamente la valvula para visualzar las perdidas y luego medir.

g. tomar muestras hasta seis veces.

4.1. PROCEDIMIENTO-TOMAR UN CONJUNTO DE RESULTADOS.

No es posible realizar mediciones en todas las instalaciones y al mismo tiempo, por lo tanto, es necesario ejecutar dos pruebas por separado.

Ejercicio A: Mida las pérdidas a través de todos los accesorios de tubería, excepto la válvula de compuerta, la cual debe estar plenamente abierta.




a) Ajuste el caudal de la válvula de control de flujo del banco y, con un caudal determinado, tome lecturas de alturas de todos los manómetros después de que el nivel se estabilizó.

b) Con el fin de determinar el caudal, tome medición del tiempo de colección de un volumen de agua conocido usando el tanque volumétrico (con un cronómetro).

c) Repita este procedimiento para dar un total de al menos cinco series de mediciones.

Ejercicio B: Mida las pérdidas a través de la válvula de compuerta solamente.

a) Coloque la pinza de los tubos de conexión a la toma de presión inglete (para evitar que el aire entre al sistema).

b) Comience con la válvula de compuerta cerrada y totalmente abierta tanto la válvula del banco y la válvula de control de flujo.

c) A continuación, abra la válvula de compuerta en aproximadamente un 50% de una vuelta (después de tomar cualquier reacción).

d) Para cada uno de por lo menos cinco caudales diferentes, mida la presión de carga a través de la válvula del manómetro en el manómetro tipo bourdon, el cual está señalada la salida y la entrada por colores (negro=entrada, rojo=salida).

e) Ajuste el caudal mediante el uso de la válvula de control de flujo del aparato. f) Una vez que las mediciones han comenzado, no ajuste la válvula de

compuerta. g) Determine el caudal por el método volumétrico. h) Repita estos procedimientos para la válvula de compuerta abierta

aproximadamente en 70 y 80% de una sola vuelta.




5. TABLA DE REGISTROS DE DATOS

Datos Tomados En El Laboratorio

Los datos fueron tomados en el laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica de la

Universidad Peruana Los Andes y son los siguientes:

Los datos para cada accesorio están expresados en milímetros:

CODO LARGO

ENSANCHAMIENTO

CONTRACCION

CODO MEDIO

CODO CORTO INGLETE

N°

ENTRADA

SALIDA

ENTRADA

SALIDA

ENTRADA

SALIDA

ENTRADA

SALIDA

ENTRADA

SALIDA

ENTRADA

SALIDA

1 247 233 241 233 236 209 209 202 187 162 67 35

2 233 222 230 222 226 207 207 199 183 165 84 67

3 204 195 199 198 199 182 181 176 163 149 87 81

4 191 182 187 182 182 171 171 168 158 149 107 88

5 157 152 153 152 150 143 143 187 136 129 109 98

6 140 136 138 136 135 130 130 129 127 121 108 89




Los tiempos están expresados en segundos, para los cálculos de caudales

para cada ensayo:

N° TIPO LITROSTIEMPO

1TIEMPO

2TIEMPO

31 CODO LARGO 2 12.04 14.27 15.382 ENSANCHAMIENTO 2 12.04 14.27 15.33 CONTRACCION 2 16.33 15.79 15.824 CODO MEDIO 2 16.86 16.07 15.845 CODO CORTO 2 24.3 24.88 24.246 INGLETE 2 23.73 26.83 24.3




6. TABLA DE DATOS PROCESADOS

RE SULTADO DE CAUDALES

N° TIPO

LITROS

TIEMPO 1

TIEMPO 2

TIEMPO 3

TIEMPO PROMED

IOCAUDAL (m3/s)

1 CODO LARGO 2 12.04 14.27 15.38 13.900.00014391

9

2ENSANCHAMIEN

TO 2 12.04 14.27 15.3 13.870.00014419

6

3 CONTRACCION 2 16.33 15.79 15.82 15.980.00012515

6

4 CODO MEDIO 2 16.86 16.07 15.84 16.260.00012302

6

5 CODO CORTO 2 24.3 24.88 24.24 24.478.17216E-

05

6 INGLETE 2 23.73 26.83 24.3 24.958.01496E-

05

RESULTADO DEL CODO LARGO

CODO LARGO

N°ENTRADA

(m)SALIDA

(m)hs (m) Q (m3/s) K

1 0.247 0.233 0.0140.000143

9 2.169

2 0.233 0.222 0.0110.000144

2 1.698

3 0.204 0.195 0.0090.000125

2 1.8444 0.191 0.182 0.009 0.000123 1.908

5 0.157 0.152 0.0058.172E-

05 2.403

6 0.14 0.136 0.0048.015E-

05 1.998

RESULTADO DEL ENSANCHAMIENTO


CODO LARGO ENSACHAMIENTO

N°ENTRADA

(m)SALIDA

(m) hs (m) Q (m3/s) K1 0.241 0.233 0.008 0.0001439 0.3712 0.23 0.222 0.008 0.0001442 0.3713 0.199 0.198 0.001 0.0001252 0.3714 0.187 0.182 0.005 0.000123 0.3715 0.153 0.152 0.001 8.172E-05 0.3716 0.138 0.136 0.002 8.015E-05 0.371

CODO LARGO CONTRACCION

N°ENTRADA

(m)SALIDA

(m) hs (m) Q (m3/s) K1 0.236 0.209 0.027 0.0001439 2.4342 0.226 0.207 0.019 0.0001442 2.4343 0.199 0.182 0.017 0.0001252 2.4344 0.182 0.171 0.011 0.000123 2.4345 0.15 0.143 0.007 8.172E-05 2.4346 0.135 0.13 0.005 8.015E-05 2.434



RESULTADO DE CONTRACCION

RESULTADO DEL CODO MEDIO

CODO LARGO MEDIO

N°ENTRADA

(m)SALIDA

(m) hs (m)Q

(m3/s) K

1 0.209 0.202 0.0070.00014

39 1.085

2 0.207 0.199 0.0080.00014

42 1.235

3 0.181 0.176 0.0050.00012

52 1.024

4 0.171 0.168 0.0030.00012

3 0.636

5 0.143 0.137 0.0068.172E-

05 2.883

6 0.13 0.129 0.0018.015E-

05 0.500




RESULTADO DEL CODO CORTO

CODO LARGO CORTO

N°ENTRADA

(m)SALIDA

(m) hs (m)Q

(m3/s) K

1 0.187 0.162 0.0250.00014

39 3.873

2 0.183 0.165 0.0180.00014

42 2.778

3 0.163 0.149 0.0140.00012

52 2.868

4 0.158 0.149 0.0090.00012

3 1.908

5 0.136 0.129 0.0078.172E-

05 3.364

6 0.127 0.121 0.0068.015E-

05 2.997

RESULTADO DEL INGLETE

CODO LARGO INGLETE

N°ENTRADA

(m)SALIDA

(m) hs (m)Q

(m3/s) K

1 0.067 0.035 0.0320.00014

39 65.881

2 0.084 0.067 0.0170.00014

42 34.865

3 0.087 0.081 0.0060.00012

52 16.334

4 0.107 0.088 0.0190.00012

3 53.531

5 0.109 0.098 0.0118.172E-

05 70.237




6 0.108 0.089 0.0198.015E-

05126.12

4

7. GRAFICOS

GRAFICO DE CODO LARGO

Q (m3/s) K0.0001439 2.1690.0001442 1.6980.0001252 1.8440.000123 1.9088.172E-05 2.4038.015E-05 1.998


RESULTADOS



0.00007 0.00009 0.00011 0.00013 0.000151.800

1.900

2.000

2.100

2.200

2.300

2.400

2.500 CODO LARGO

K

Exponential (K)

CAUDAL (m3/S)

K

GRAFICO DE ENSANCHAMIENTO

Q (m3/s) K0.0001439 0.3710.0001442 0.3710.0001252 0.3710.000123 0.3718.172E-05 0.3718.015E-05 0.371


RESULTADOS



0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.000160.370

0.372

0.374

0.376

0.378

0.380ENSANCHAMIENTO

Series2

Exponential (Series2)

Exponential (Series2)

CAUDAL (m3/s)

kK

K

GRAFICO DE CONTRACCION

Q (m3/s) K0.0001439 2.4340.0001442 2.4340.0001252 2.4340.000123 2.4348.172E-05 2.4348.015E-05 2.434


RESULTADOS



0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.000160.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000CONTRACCION

K

Expo-nential (K)

CAUDAL (m3/s)

k

GRAFICO DE CODO MEDIO

Q (m3/s) K0.0001439 1.0850.0001442 1.2350.0001252 1.0240.000123 0.6368.172E-05 2.8838.015E-05 0.500


RESULTADOS



0.00007 0.00009 0.00011 0.00013 0.000150.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

CODO MEDIO

K

Exponential (K)

CAUDAL (m3/s)

K

GRAFICO DE CODO CORTO

Q (m3/s) K0.0001439 3.8730.0001442 2.7780.0001252 2.8680.000123 1.9088.172E-05 3.3648.015E-05 2.997


RESULTADOS



0.000050.000070.000090.000110.000130.000150.0000.5001.0001.5002.0002.5003.0003.5004.0004.500

CODO CORTO

K

Power (K)

Expo-nential (K)

CAUDAL (m3/s)

K

GRAFICO DE INGLETE

Q (m3/s) K0.0001439 65.8810.0001442 34.8650.0001252 16.3340.000123 153.5318.172E-05 70.2378.015E-05 126.124


RESULTADOS



0.00006 0.00008 0.0001 0.00012 0.00014 0.000160.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

INGLETE

K

Exponential (K)

CAUDAL (m3/s)

K

CONCLUSIONES

1. Las pérdidas del fluido en los accesorios son los siguientes

Codo largo K=2.003 Ensanchamiento K=0.371 Contracción K=2.434 Codo medio K= 1.227 Codo corto K=2.965 Inglete K=61.162

2. Se puede deducir que la mayor pérdida de energía del fluido en el codo de radio largo, medio, cortó y la menor perdida de carga se da en los ensanchamientos y contracción de las tuberías.

3. Se concretó que existe mayor perdida en el accesorio del inglete con un promedio de K=61.162 debido a la forma.

4. Se definió que existe menor perdida en el accesorio del ensanchamiento con un resultado promedio de K=0.371 debido a que el fluido no sufre un cambio brusco debido a su forma y posición del fluido.

5. Las perdidas locales son determinante en el diseño de redes de tuberías.




6. Las pérdidas de carga locales son diferentes para cada tipo de accesorio.7. Los K varían indefinidamente y algunos pueden estar fuera de la realidad lo

que es debido a una mala toma de datos y errores en la toma de lectura.

RECOMENDACIONES

1. Que el ensayo en el laboratorio nos permite tener un concepto más claro y aplicativo de cómo encontrar la perdida de energía en distintas formas o características de tuberías y además es vital conocer que cuando nosotros diseñemos tuberías es importante considerar estas pérdidas y saber aplicar sus condiciones que se requiere.

2. De acuerdo a los resultados de pérdidas de energía de un fluido cinético ya sea por distintos factores podemos deducir que los datos obtenidos si están en concordancia con los datos que nos brindan los textos.

3. El cálculo de k y la pérdida de energía potencial se puede obtener las formulas obtenidas en cada caso que se muestra anteriormente.

4. Es recomendable no utilizar un codo de sección cuadrada porque tiene alto coeficiente de perdida “K”




BIBLIOGRAFIA

1. Hernández Duran,1994 Guias de laboratorio de hidráulica edi. Republica de Nicaragua.

2. L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada ,ed. Prentice Hall. México

3. Zelada Zamora ,Wilmer(2013).Perdidas descargas locales en una tubería. edi. Prentice hall. México

4. SOTELO AVILA, Gilberto1995. Hidráulica General. Volumen 1. Editorial Limusa.1980


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