5 Perdida de Carga Menor

MECANICA DE FLUIDOS II

PERDIDA DE CARGA MENORES

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO E.P. ING. CIVIL

Docente: Ing. Nancy Zevallos Quispe

Ing. Nancy Zevallos Quispe

PERDIDAS MENORES (POR ACCESORIOS EN TUBRIAS) Los elementos que comnmente forman una instalacin hidrulica son las tuberas encargadas de transportar el fluido y los denominados accesorios ( codos, vlvulas, cambios de seccin) cuya misin es bifurcar, cambiar la direccin o regular de alguna forma el flujo.


PERDIDAS MENORES (POR ACCESORIOS EN TUBRIAS)

El estudio de las perdidas de carga se separa en perdidas por friccin y perdidas por accesorios. Las perdidas por friccin del fluido con la pared de la tubera cobran importancia cuando las longitudes de los conductos son considerables. Y la perdida de energa por accesorios que es pequea comparada con la perdida de energa debido a la friccin.


PERDIDAS MENORES (POR ACCESORIOS EN TUBRIAS) Las perdidas de energa son proporcionales a la velocidad del fluido, y a la constante de proporcionalidad se le llama Coeficiente de Resistencia K. Los valores experimentales de perdidas de energa se reportan en los siguientes trminos:

Donde: hL= es la perdida menor K = coeficiente de resistencia V = es la velocidad promedio del fluido en la tubera en las proximidades al accesorio.


PERDIDAS MENORES (POR ACCESORIOS EN TUBRIAS) El coeficiente de resistencia (k) es adimensional debido a que representa una constante de proporcionalidad entre la perdida de energa y la carga de velocidad. La magnitud del coeficiente de resistencia depende de la geometra del dispositivo que ocasiona la perdida, y a veces de la velocidad de flujo.


PERDIDAS MENORES (POR ACCESORIOS EN TUBERIAS)

Los flujos en el interior de los accesorios son tan complejos y diferentes que por lo general existe una gran cantidad de datos experimentales proporcionados por investigadores o empresas fabricantes en forma de frmulas o bacos. Algunas veces los valores proporcionados por diferentes fuentes son muy dispares, por lo que se recomienda, si es posible, utilizar la informacin proporcionada por los fabricantes.


PERDIDAS POR ESTRECHAMIENTOS Y ENSANCHAMIENTOS


PERDIDA POR EXPANSION SUBITA

Conforme un fluido pasa de una tubera pequea a otra mas grande a travs de una expansin sbita, su velocidad disminuye de manera abrupta, lo que ocasiona turbulencia, que a su vez genera una perdida de energa. La cantidad de turbulencia, y por tanto de la perdida de energa, depende de la razn de los tamaos de las dos tuberas.



La perdida menor se calcula por medio de la ecuacin: V1= velocidad promedio del flujo en la tubera Mas pequea antes de la expansin. K= depende tanto de la relacin de los tamaos de las 2 tuberas como de la magnitud de la velocidad del flujo.


K - PERDIDA POR EXPANSION SUBITA


PERDIDA POR EXPANSION SUBITA - EJEMPLO

Determine la perdida de energa que ocurrir si fluyen 100 L/min de agua a travs de una expansin sbita, de un tubo de cobre de 1 pulg (interior=0.0253 m, rea de flujo = 5.017 X 10- 4 m2) a otro de 3 pulg (interior= 0.0738 m, rea de flujo = 4.282 X 10- 3 m2).



Datos:



Para encontrar el valor de K se necesita la relacin de los dimetros.

Del grafico anterior: K=0.72

Este resultado indica que por cada newton de agua que fluye por la expansin sbita se dissipa 0.40 N-m de energia.


PERDIDA POR EXPANSION SUBITA EJEMPLO 2

Determine la diferencia entre la carga de presin antes y despus de la expansin sbita del problema anterior. DATOS:

V1= 3.32 m/s hL= 0.40 m



Ec. Energa:

La velocidad en 2:



Si el peso especifico del agua:

Para : V1= 3.32 m/s hL= 0.40 m


PERDIDA POR EXPANSION GRADUAL



Si se coloca una seccin cnica entre dos tuberas, de modo que la expansin entre la tubera pequea y grande no sea abrupta, la perdida de energa se reduce.



Donde: v es la velocidad en la tubera mas pequea antes de la expansin. La magnitud de K depende tanto de la relacin de dimetros D2/D1 como del Angulo del cono .


PERDIDA POR EXPANSION GRADUAL- ejemplo

Determine la perdida de energa que ocurrir cuando fluyan 100 L/min de agua, de un tubo de cobre de 1 pulg (interior = 0.0253 m, rea de flujo = 5.017 X 10- 4 m2) a otro similar, pero de 3 pulg, (interior= 0.0738 m, rea de flujo = 4.282 X 10- 3 m2) a travs de una expansin gradual que incluye un Angulo de cono de 30 .


PERDIDA POR EXPANSION GRADUAL- ejemplo

Se tiene:

Con la relacin de dimetros y el Angulo de 30, en la tabla K = 0.48

En comparacin con la expansin sbita descrita en el problema anterior, la perdida de energa disminuye 33% cuando se emplea una expansin gradual de 30 .


PERDIDA POR CONTRACCION SUBITA



La turbulencia que ocasionan la contraccin y la expansin subsecuente es lo que genera la perdida de energa

donde v2 es la velocidad en la tubera pequea aguas abajo de la contraccin. El coeficiente de resistencia K depende de la relacin de los tamaos de las dos tuberas y de la velocidad de flujo


PERDIDA POR CONTRACCION SUBITA- ejemplo

Determine la perdida de energa que ocurre cuando 100 L/min de agua circulan de un tubo de cobre de 3 pulg (interior= 0.0738 m, rea de flujo = 4.282 X 10- 3 m2) a otro de 1 pulg (interior=0.0253 m, rea de flujo = 5.017 X 10- 4 m2) a travs de una contraccin sbita.



Datos:

La velocidad en 2:

A2 = 5.017 X 10- 4 m2

La relacin de dimetros:



Con la relacin de dimetros y la velocidad en 2, entonces K = 0.42


PERDIDA POR CONTRACCION GRADUAL


PERDIDA POR CONTRACCION GRADUAL

La perdida de energa en una contraccin puede disminuir en forma sustancial si la contraccin se hace mas gradual.

el coeficiente de resistencia se basa en la carga de velocidad en un tubo mas pequeo despus de la contraccin


K CONTRACCION GRADUAL > 15


K CONTRACCION GRADUAL < 15


PERDIDA EN LA SALIDA



Conforme el fluido pasa de una tubera a un deposito o tanque grande, su velocidad disminuye hasta casi cero. En el proceso se disipa la energa cintica que el fluido tenia en la tubera, indicada por la carga de v2/2g. Por tanto, la energa perdida por esta condicin es:

El valor de K = 1.0 se emplea sin que importe la forma de la salida en el lugar donde el tubo se conecta a la pared del tanque.


PERDIDA EN LA SALIDA - ejemplo

Determine la perdida de energa que ocurre conforme circulan 100 L/min de agua de un tubo de cobre de 1 pulg (interior=0.0253 m, rea de flujo = 5.017 X 10- 4 m2) a un tanque mas grande.


PERDIDA EN LA ENTRADA


PERDIDA EN LA ENTRADA

Cuando un fluido se mueve de un deposito o tanque relativamente grande hacia una tubera, el fluido debe acelerar desde una velocidad despreciable a la velocidad de flujo en la tubera. La facilidad con que la aceleracin se lleva a cabo determina la cantidad de la perdida de energa y, por tanto, el valor del coeficiente de resistencia de la entrada depende de la geometra de esta.


Coef. De resistencia K para entradas

donde v2 es la velocidad del flujo en el tubo


Coef. De resistencia K para entradas


Coef. De resistencia K para vlvulas y acoplamientos


Coef. De resistencia K para vlvulas y acoplamientos Existe en la actualidad gran variedad de vlvulas y accesorios de acoplamiento (codos, tees, etc). Asimismo, los distintos fabricantes reportan los datos de diferentes formas. La perdida de energa que tiene lugar cuando el fluido circula por una vlvula o acoplamiento y es:

Para cada accesorio existe un Coeficiente de Resistencia que se determina segn la frmula:



= relacin de longitud equivalente = longitud equivalente, y es la longitud de una tubera recta del mismo dimetro nominal que el de la vlvula, la cual tendra la misma resistencia que esta.

= dimetro interior real de la tubera

= factor de friccin en la tubera a la que esta conectada la vlvula o acoplamiento, varia segn el tamao de la tubera y la vlvula


Factor de friccin en la zona de turbulencia completa para tubera de acero comercial, nueva y limpia.


Long. Equivalente en dimetros de tubera



Vlvula de globo



Vlvula de ngulo



Vlvula de compuerta



Vlvula de verificacin tipo bola



Vlvula de mariposa



Codos y tees


Coef. De resistencia K para vlvulas y acoplamientos Ejemplo 1

Determine el coeficiente de resistencia K para una vlvula de globo abierta por completo colocada en una tubera de acero de 6 pulg cedula 40.



Calcule la cada de presin a travs de una vlvula de globo abierta por completo, situada en una tubera de acero de 4 pulg cedula 40, por la que circulan 400 gal/min de aceite (gravedad especifica del aceite s.g = 0.87).

int. tub.= D= 0.3355 pie rea tub.= A = 0.0884 pie2



Ec. De energa en 1 y 2 perdida menor debida a la vlvula

La cada de presin entre P1 y P2 es:

si



La perdida menor:

De la tabla: para tub 4

Para valv. globo



La velocidad en el tubo



Dato: s.g (gravedad especifica del aceite) = 0.87 si peso especifico del agua = 62.4 lb/ft2

Peso especifico del aceite

Reemplazando:

Por tanto, la presin en el aceite cae 3.4 psi al pasar por la vlvula. Asimismo, se pierde una energa de 9.12 lb-pie, que se disipa en forma de calor, por cada libra de aceite que fluye a travs de la vlvula.

MECANICA DE FLUIDOS IINmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25Nmero de diapositiva 26Nmero de diapositiva 27Nmero de diapositiva 28Nmero de diapositiva 29Nmero de diapositiva 30Nmero de diapositiva 31Nmero de diapositiva 32Nmero de diapositiva 33Nmero de diapositiva 34Nmero de diapositiva 35Nmero de diapositiva 36Nmero de diapositiva 37Nmero de diapositiva 38Nmero de diapositiva 39Nmero de diapositiva 40Nmero de diapositiva 41Nmero de diapositiva 42Nmero de diapositiva 43Nmero de diapositiva 44Nmero de diapositiva 45Nmero de diapositiva 46Nmero de diapositiva 47Nmero de diapositiva 48Nmero de diapositiva 49Nmero de diapositiva 50Nmero de diapositiva 51Nmero de diapositiva 52Nmero de diapositiva 53Nmero de diapositiva 54Nmero de diapositiva 55Nmero de diapositiva 56Nmero de diapositiva 57Nmero de diapositiva 58Nmero de diapositiva 59Nmero de diapositiva 60Nmero de diapositiva 61

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