PRCTICA DE LABORATORIO

PRDIDAS EN ACCESORIOS

DIANA LORENA PEDRAZA VILLATE

JONATHAN ALDEMAR ESTUPIAN MERCHN

KAREN LIZBETH VILLATE VILLAMIL

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA DE INGENIERA ELECTROMECNICA

DUITAMA

2017

1
 PRCTICA DE LABORATORIO

PRDIDAS EN ACCESORIOS

Diana Lorena Pedraza Villate

Cdigo: 201220813

Jonathan Aldemar Estupian Merchn

Cdigo: 201220660

Karen Lizbeth Villate Villamil

Cdigo: 201020010

Ingeniero: Otto Caro Nio

Monitor: Miguel ngel Chaparro

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA

FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA DE INGENIERA ELECTROMECNICA

DUITAMA

2017

2
 TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIN .................................................................................................... 4

OBJETIVOS ............................................................................................................ 5

JUSTIFICACIN ..................................................................................................... 6

EQUIPOS ................................................................................................................ 7

PROCEDIMIENTO .................................................................................................. 7

FUNDAMENTACIN TERICA .............................................................................. 8

TOMA DE DATOS ................................................................................................. 12

RESULTADOS ...................................................................................................... 12

CUESTIONARIO ................................................................................................... 14

CONCLUSIONES .................................................................................................. 21

BIBLIOGRAFA ..................................................................................................... 22

3
 INTRODUCCIN

El uso de aditamentos que pueden estar presentes o no a lo largo de un sistema

hidrulico integrado con fines determinados, tales como codos, vlvulas entre
otros; provocan prdidas menores las cuales se requieren analizar al momento de
realizar el diseo deseado.

Para evaluar tales prdidas, se lleva a la prctica un sistema de prueba el cual

requiere de clculos que nos dan una visin a pequea escala de los cambios que
se pueden presentar en el comportamiento del sistema en cuanto a la transmisin
de los fluidos desde un punto referencial.

4
 OBJETIVOS

Identificar los distintos valores en prdidas provocadas por los accesorios

ms comunes dispuestos a travs de un sistema hidrulico.
Comparar los valores tericos, con los obtenidos en los clculos realizados
con datos tomados en la prctica.
Encontrar de forma experimental datos tales como los coeficientes de
prdidas, los cuales nos permitan identificar los accesorios que ms
influyen en los resultados por prdidas dados a la salida.

5
 JUSTIFICACIN

Al transportar un fluido a travs de una tubera hay que tener en cuenta distintos
factores que ocasionan prdidas o alteraciones en la energa del fluido a travs de
su conduccin a largas distancias, pues debido a las condiciones del terreno o
cambios de direccin se hace necesario el uso de accesorios, los cuales
ocasionan cambios en la lnea piezomtrica del sistema.

6
 EQUIPO

Banco hidrulico.
Tablero de prdidas por accesorios.
Pesas.
Cronmetro.

PROCEDIMIENTO

1. Se ubica el tablero de prdidas por accesorios sobre el banco hidrulico.

2. Se abre la vlvula principal y se procede a inyectar cierta cantidad de
presin a travs de una bomba de aire, para as tomar un punto de
referencia donde todos los puntos queden a la misma altura.
3. A continuacin se comienza a abrir un poco la vlvula de salida y se
registran los datos en cada punto.
4. Se dispone de un peso en el banco hidrulico, el cual debe variar cada 0,5
g en cada medida a realizar.
5. Seguidamente se mide el tiempo que tarda en subir el peso, el cual tambin
es registrado.
6. Luego se repiten en orden los pasos descritos anteriormente (desde el paso
3), variando la apertura de la vlvula de salida y el peso en la forma
indicada.

7
 FUNDAMENTACIN TERICA

PRDIDAS LOCALES:

Como prdidas locales o menores se entienden aquellas prdidas provocadas por

la disposicin de accesorios o vlvulas a lo largo de una tubera.

De forma convencional las prdidas menores se representan como una proporcin

de la carga de velocidad dada en la seccin inmediata de aguas abajo a la
localizacin del accesorio de inters. Lo cual es expresado con la siguiente
frmula:

=
2

En la grfica se muestra el flujo de agua con una velocidad Vu a lo largo del tubo
de dimetro Du, hacia una tubera con contracciones, dobleces, cambios de
direccin, vlvulas, etc.

Las prdidas que ocurren a travs de stos accesorios es lo que se conoce como
prdidas menores debido al cambio en la geometra o en la alteracin del flujo;
esta magnitud se expresa como una fraccin de carga de velocidad
inmediatamente aguas abajo del sitio donde se produce la prdida.

Las prdidas se deben a dos efectos principales:

La viscosidad provoca friccin que incrementa la energa interna

(incremento de la temperatura) o transferencia de calor.

Los cambios de geometra provocan flujos separados que requieren

energa til para mantener los movimientos secundarios resultantes en los
que ocurre la disipacin.

En una tubera, las prdidas provocadas por los efectos viscosos se distribuyen a
todo lo largo, mientras que las prdidas provocadas por un cambio de geometra
(una vlvula, un codo, un ensanchamiento) se concentran cerca del cambio de
geometra. Las prdidas son la suma de todos los trminos que representan
formas de energa intiles.

= + + .

8
Para el anlisis el flujo pasa a una tubera de dimetro Dd con una velocidad Vd,
donde las prdidas son tomadas como:

= + +
2 2

Dependiendo del tipo de prdidas que se trate esta expresin puede darse en
funcin de la velocidad afectada por un coeficiente adimensional K:

= =
2 2
Para Du = Dd, entonces:

= =
2 2

Donde h es la cada de la lnea piezomtrica.

PRDIDAS DE CARGA EN LA ENTRADA

Cuando el fluido de un depsito entra en una tubera, las lneas de corriente

siguen convergiendo durante un periodo de tiempo como si fuera un chorro
saliendo de un orificio de borde afilado.

Por consiguiente, observamos en el

punto B una seccin transversal con una
velocidad mxima y una presin mnima.
sta rea mnima contrada est
rodeada por el fluido que se encuentra
en un estado turbulento pero que
A B C D apenas se mueve hacia adelante. Entre
B y C el fluido se encuentra en una
condicin muy perturbada porque la
corriente se expande y la velocidad disminuye mientras que aumenta la presin.
Entre C yD el flujo es normal. Se ve que la prdida de energa en la entrada se
distribuye a lo largo de la longitud AC, una distancia de varios dimetros.

9
El aumento de turbulencia y el movimiento en esta porcin de la tubera hace que
la prdida de por friccin sea mucho mayor que en una longitud similar donde el
flujo es normal, como se indica por la cada en la lnea de energa total. De sta
prdida toral, una fraccin pequea h ser debida a la friccin normal de la
tubera. Por ello la diferencia entre sta y la total, es el valor real de la prdida
adicional producida en la entrada.

La prdida en la entrada se produce principalmente por la turbulencia creada por

el ensanchamiento de la corriente despus de pasar por la seccin B, y este
ensanchamiento a su vez
depende de cundo se
contraiga la corriente a la
entrada de la tubera. Por
tanto, la prdida est
muy influenciada por las
condiciones en la entrada
V1 de la tubera. Los valores
V2 de los coeficientes de
D E F prdida en la entrada se
A B C han determinado
experimentalmente. El
grado de estrechamiento depende de la distancia que se introduzca el tubo dentro
del depsito y tambin del espesor de la pared del tubo, con respecto a su
dimetro.

PRDIDA DEBIDA A UN ESTRECHAMIENTO

Estrechamiento abrupto: Los fenmenos que se manifiestan con el estrechamiento

abrupto de un flujo se muestran en la figura. Se produce una cada pronunciada en
la presin debido al incremento de la velocidad y a la prdida de energa por
turbulencia. Se advierte que en la esquina de aguas arriba en la seccin C se
produce un aumento de presin porque las lneas de corriente se curvan en este
punto, de forma que la accin centrfuga hace que la presin en la pared de la
tubera sea mayor que en el centro del flujo. La lnea discontinua indica la
variacin de la presin a lo largo de la lnea de corriente de la lnea central desde
la seccin B hasta la C. Desde C hasta E, las condiciones son similares a las
descritas para la entrada.

Estrechamiento gradual: Para reducir las prdidas antes mencionadas se deben

evitar los cambios abruptos de la seccin transversal. Esto se puede conseguir
10
cambiando de un dimetro a otro por medio de una transicin curva suave o
empleando un tronco de con. Cuando se elige una transicin curva suave, es
posible lograr un coeficiente de prdida K estimado tan pequeo como 0,05. Si se
utiliza un reductor cnico, se obtiene un K estimado mnimo de alrededor de 0,10,
con un ngulo de cono total de 20-40. Los ngulos de cono totales menores o
mayores producen un valor de k estimado ms alto.

PRDIDA DEBIDA A ENSANCHAMIENTO

Ensanchamiento abrupto: Se produce un aumento de presin debido a la

reduccin de velocidad, pero este aumento no es tan grande como sera si no
fuese por la prdida de energa. Existe un estado de excesiva turbulencia desde C
hasta F, ms ala del cual el flujo es normal. La cada de presin justo despus de
la seccin.

11
 TOMA DE DATOS

LECTURA DE DIFERENCIA PIEZOMTRICA (mm)

N M (kg) T (s) Codo recto 90 Codo (R.C) Ampliacin Contraccin Curva
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 1,5 49,75 369 356 345 335 333 336 336 325 326 317
2 2 49,5 373 354 338 325 326 325 326 310 312 300
3 2,5 45,73 376 345 326 305 302 306 307 284 287 269
4 3 38,49 383 335 304 273 269 276 276 241 245 216
5 3,5 38,6 386 324 285 246 240 250 250 204 208 170
6 4 38,94 389 308 267 220 212 224 223 169 171 127
7 4,5 38,91 385 291 242 187 179 193 194 125 132 76
8 5 37,92 385 269 215 150 140 158 159 77 84 20

RESULTADOS

PRDIDAS TOTALES (m)

V1 V2 V1 /2g
2
V2 /2g
2
Codo Codo
N Q (m3/s) Ampliacin Contraccin Curva
(m/s) (m/s) (m) (m) recto 90 (R.C)
(1-2) (3-4) (5-6) (7-8) (9-10)
1 9,0E-05 0,227 0,181 0,0026 0,0017 0,013 0,01 0,003 0,011 0,009
2 0,00012 0,305 0,244 0,0047 0,0030 0,019 0,013 0,001 0,016 0,012
3 0,00016 0,412 0,315 0,0087 0,0051 0,031 0,021 0,004 0,023 0,018
4 0,00023 0,588 0,438 0,0176 0,0098 0,048 0,031 0,007 0,035 0,029
5 0,00027 0,684 0,489 0,0239 0,0122 0,062 0,039 0,01 0,046 0,038
6 0,00031 0,775 0,537 0,0306 0,0147 0,081 0,047 0,012 0,054 0,044
7 0,00035 0,873 0,585 0,0388 0,0174 0,094 0,055 0,014 0,069 0,056
8 0,00040 0,995 0,650 0,0504 0,0215 0,116 0,065 0,018 0,082 0,064

12
 K
N Codo recto 90 Codo (R.C) Ampliacin Contraccin Curva
(9-
(1-2) (3-4) (5-6) (7-8)
10)
1 0,074 0,096 0,320 0,087 0,107
2 0,090 0,131 0,211 0,107 0,142
3 0,116 0,171 0,461 0,156 0,200
4 0,163 0,253 0,397 0,224 0,271
5 0,188 0,299 0,419 0,254 0,307
6 0,196 0,339 0,392 0,295 0,362
7 0,228 0,389 0,361 0,310 0,382
8 0,249 0,445 0,357 0,353 0,452
Prom 0,163 0,265 0,365 0,223 0,278

13
 CUESTIONARIO

1. Consultar y exponer la expresin terica para las prdidas de energa en:

Para una ampliacin brusca de una conduccin su coeficiente de prdida k

es:

= 1
Dnde:
Ca: Coeficiente de ampliacin. El cual para este caso en igual
a 1.
A1: rea inicial o de entrada.
A2: rea de ampliacin o de salida.

Figura 1. Coeficiente de prdida k para ampliacin brusca.

(Munson et al, 1994)

Para una reduccin brusca el coeficiente de prdida k es:

14
 Figura 2. Coeficiente de prdida k para reduccin brusca.
(Munson et al, 1994)

2. Analizar la prdida de energa por expansin recta de conduccin a

depsito.

Siempre que vara la velocidad de un fluido, tanto en direccin como en

valor absoluto, se produce una friccin adicional a la friccin de superficie
debida al flujo a travs de la tubera. Esta friccin incluye la friccin de
forma que se origina cuando tiene lugar la separacin de la capa lmite y la
que se produce como consecuencia de los vrtices. En la mayor parte de
los casos, estos efectos no se pueden calcular con exactitud y es preciso
recurrir a datos experimentales; en la prctica, lo que se hace es estimarlos
a partir del conocimiento que se tiene sobre las prdidas en modelos
geomtricos anlogos.

3. Analizar la prdida de energa por entrada de depsito a conduccin

teniendo en cuenta la forma de la entrada.

A la entrada de las tuberas se produce una prdida por el efecto de

contraccin que sufre la vena lquida y la formacin de zonas de
separacin; el coeficiente K depende, principalmente, de la brusquedad con
que se efecta la contraccin del chorro. El agua sufre un estrangulamiento
que genera presiones negativas que incrementan las perdidas, en la
siguiente figura se muestran algunos de los valores comunes de K.

Figura 3. Coeficiente de prdida a) Entrada de borda (k=0,8), b) Entrada

normal (k=0,5), c) Entrada ligeramente redondeada (k=0,20), d) Entrada
bien redondeada (k=0,04).
(Munson et al, 1994)

15
4. Consultar y establecer la expresin de prdidas en Venturmetro, orificio,
boquillas y vlvulas. Hacer una clasificacin aproximada de las vlvulas de
acuerdo con la magnitud de las prdidas.

Venturmetro:

= + 1
2

Orificio:
=
2

Boquillas:
1
= 1
2

Vlvulas:
=
2

La prdida de carga que produce el flujo a travs de este dispositivo

depende de la posicin operacional del elemento que regula el flujo, la cual
puede variar de totalmente abierta a totalmente cerrada. La prdida de
carga en estos dispositivos tambin depende de su diseo y este vara de
acuerdo con el fabricante, quien en la mayora de los casos, proporciona los
valores correspondientes.

Figura 4. Valores tpicos de k para vlvulas.

(Meneses, 2012)

16
5. Sealar los factores que se deben considerar para hallas los coeficientes K
de prdidas para codos y curvas.

Debido a que son las piezas de conexin que ms coeficiente de prdidas

generan, producto principalmente del flujo secundario provocado por el flujo
que fluye desde la regin de alta presin a la regin de baja presin, como
se muestra en la figura 5.

Figura 5. Flujo en un codo.

(Merle C. Potter)

6. Procedimientos prcticos para determinar las prdidas en rejillas.

Cuando las rejillas estn parcialmente sumergidas y sobresalen del nivel de la

superficie del agua, el coeficiente K puede calcularse con la frmula de
Kirschmer:

Cuando la direccin del flujo no es normal al plano de rejillas, la prdida es

mayor y el coeficiente K se calcula con la frmula de Mosonyi:

7. Elaborar las grficas de prdidas de energa total vs. carga de velocidad

(H vs V2/2g) (en mm), para cada uno de los accesorios encontrados.
Ignorando el clculo de prdidas por friccin, ya que para este caso no son
representativas.

17
7.1 Prdidas de energa total vs. Carga de velocidad para codo recto 90

Codo recto 90
150
H (mm) 100
50
0

V2/2g (mm)

Grfica 1. H vs V2/2g para codo recto 90

7.2 Prdidas de energa total vs. Carga de velocidad para codo r.c.

Codo R.C.
70
60
50
40
H (mm)

30
20
10
0

V2/2g (mm)

Grfica 2. H vs V2/2g para codo r.c

7.3 Prdidas de energa total vs. Carga de velocidad para ampliacin

18
 Ampliacin
20
15

H (mm)
10
5
0

V2/2g (mm)

Grfica 3. H vs V2/2g para ampliacin

7.4 Prdidas de energa total vs. Carga de velocidad para contraccin

Contraccin
100
80
60
H (mm)

40
20
0

V12/2g (m)

Grfica 4. H vs V2/2g para contraccin

7.5 Prdidas de energa total vs. Carga de velocidad para curva

19
 Curva
70
60
50
H (mm) 40
30
20
10
0

V12/2g (m)

Grfica 5. H vs V2/2g para curva

8. Comparar los valores de K obtenidos en cada caso con los tabulados en los
textos.

Valores tabulados en textos

Codo recto 90 Codo (R.C) Ampliacin Contraccin Curva
1,1 0,1 0,145 0,3 0,3

Valores promedio calculados

Codo recto 90 Codo (R.C) Ampliacin Contraccin Curva
0,163 0,265 0,365 0,223 0,278

% de error
Codo recto 90 Codo (R.C) Ampliacin Contraccin Curva
85,18 -165,39 -151,53 25,61 7,43

20
 CONCLUSIONES

Al observar los valores calculados de las prdidas totales para cada

accesorio empleado, encontramos que el uso de codos rectos y de
reducciones bruscas, pueden generar una mayor prdida en comparacin a
las otras inclusiones, causado por el estrangulamiento repentino en el flujo.

Aquellos valores experimentales en los cuales pudimos observar el menor

margen de error con respecto a los valores tabulados de los mismos, fueron
los k de contraccin y curva. Para los otros valores, en cambio, obtuvimos
una diferencia desmesurada al compararlos.

Con los resultados, concluimos que las prdidas totales aumentan

directamente y de manera proporcional al caudal del fluido

A travs de las grficas presentadas para cada accesorio, se ve un

incremento en prdidas de energa al aumentar la carga de velocidad.

Se puede decir que las prdidas por accesorios dependen tanto del nmero
de accesorios utilizados como tambin de la naturaleza de los mismos ya
que poseen distintas caractersticas que perturban el flujo de un fluido de
forma directa.

21
 BIBLIOGRAFA Y WEBGRAFA

Merle C. Potter. Mecnica de fluidos. Tercera edicin.

Victor L. Streeter. Mecnica de fluidos. Novena edicin.

http://www.academia.edu/7510814/AP%C3%89NDICE_C_VALORES_DEL
_COEFICIENTE_k_PARA_P%C3%89RDIDAS_DE_ENERG%C3%8DA_LO
CAL

Basurto Hernandez Irais. Prdidas de energa en cruces de tuberas.

Universidad Nacional Autnoma de Mxico. 2014
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/
7038/tesis.pdf?sequence=1

22