Instructivo Práctica No 2 de Hidráulica 2016

7/24/2019 Instructivo Práctica No 2 de Hidráulica 2016

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Pérdida de energía por accesorios Página 1

Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería Civil

Práctica No. 2: Pérdida de Energía en Accesorios

1. Objet ivos:

1.1 Estudiar las pérdidas de carga que sufre el fluidoal atravesar los diferentes elementos de unainstalación hidráulica, tales como tuberías,válvulas, codos y piezas especiales.

1.2 Determinar experimentalmente el coeficiente depérdida (K) para diversos accesorios.

1.3 Comparar la pérdida de energía que producentres diferentes tipos de válvulas reguladoras decaudal y tres codos de diversos ángulos.

1.4 Dibujar la línea de carga piezométrica y de cargatotal para el sistema hidráulico utilizado

2. Fundamentos Teóricos

Las tuberías de conducción que se utilizan en lasinstalaciones hidráulicas están formadas por tramosrectos de tuberías y accesorios, tales como; válvulas,codos, tees, reductores de diámetros, etc.permitiendo que el sistema se adapte a la geometríahorizontal y vertical de la instalación. Estosaccesorios, al igual que los tramos de tubería,también producen pérdidas de energía. Tal tipo depérdida se conoce como pérdida menor o pérdidalocalizada. Su magnitud depende del tipo deaccesorio y se expresa como una parte de la energía

cinética, provocada por la velocidad del flujo alatravesar el accesorio. La fórmula general de pérdidamenor es:

El coeficiente de pérdida K, es un parámetro

adimensional, que depende del tipo de accesorio, delnúmero de Reynolds, de la rugosidad y de laconfiguración geométrica del accesorio. Su valor sedetermina en forma experimental.

En el Análisis y Diseño de las instalacioneshidráulicas es necesario conocer los aumentos ydisminución de energía hidráulica que sufre el fluidoal atravesar el elemento o componente con el caudal,siendo necesario aplicar el teorema de Bernoulli:

Válvula

1 P

2 P

hf

Piezómetro

Q

g

V K acch f

2

2

Donde:

hfacc = pérdida de energía por accesorioK = Coeficiente de pérdida del accesorio.V = velocidad media del flujog = Aceleración de la gravedad

facch Z P

g

V Z

P

g

V 2

2

2

21

1

2

1

22

hfac

Laboratorio de HidráulicaInstructores: Ing. Carlos Salvador Gordillo

Ing. Luis Sandoval

2121

21 P P hh

P P facc f

Ensanchamiento

Q

Codo

Q




Instructivo de Práctica:

3. Equipo:

- Aparato para pérdida de energía en accesorios- Cronómetro y cubeta aforada

4. Procedimiento:

4.1 Abrir la válvula reguladora provocando la máxima diferencia de alturas entre el piezómetro 1 y 7, esto

permitirá el máximo caudal posible en el sistema.4.2 Lea la altura de la columna de agua en cada piezómetros, del 1 al 7, ésta altura representará la presión

hidrostática en columna de agua (h = P/ ), en los puntos donde está instalado el piezómetro, y anótelaen la fila correspondiente del cuadro de datos.

4.3 Utilizando la cubeta calibrada mida el caudal en forma volumétrica, captando un volumen conocido ytomando el tiempo de llenado con un cronómetro.

4.4 Repita los pasos anteriores, cerrando la válvula para que la altura de agua en el piezómetro 7 aumenteen 50 mm aproximados,

4.5 Continúe así hasta que la válvula se cierre completamente, es decir cuando el caudal vale cero.

5 Interpretación de los resultados:

5.1 Calcule la diferencia de presiones registrada por cada dos piezómetros consecutivos, así: 21 hhh facc

este valor representa la pérdida de energía, en columna de agua, provocada por el accesorio que seencuentra entre esos dos piezómetros.

5.2 Calcule el caudal aforado: Q = Vol/t , (cm3/seg).

5.3 Obtenga la velocidad del flujo: V = Q/A, en (cm/seg) el diámetro de la tubería es de 14 mm.

Codo radio largo

Válvula de paso Válvula de compuerta

Válvula de pasoreguladora

Válvula de globo

Codo radio cort o

Codo de 45

Piezómet ro 1 Piezómet ro 2 Piezómet ro 3 Piezómet ro 4

Piezómet ro 5Piezómet ro 6

Piezómet ro 7

Q




5.4 Calcule la carga de velocidad, V 2 /2g en cm.

5.5 Determine el valor del coeficiente de pérdida K para cada accesorio y para el caudal en cuestión,aplicando la fórmula:

g

V

h K

f

2

2

5.6 Repita los pasos anteriores para cada uno de los caudales utilizados.

5.7 Una vez calculados los diversos valores de K para cada caudal, obtenga el valor promedio para cada

accesorio con la fórmula:n

K K

i donde n es el número de caudales diferentes de cero.

5.8 Compruebe el valor del coeficiente K para cada accesorio, el cual vendrá dado por la pendiente de larecta que resulta al ploteando la pérdida de energía hf (en cm) sobre el eje vertical y la energía

específica V 2 /2g (en cm) sobre el eje horizontal, debiendo ajustarlos por el método de mínimoscuadrados, obtenga su ecuación experimental ya ajustada. En estas gráficas debe incluir el punto (0,0),es decir, para caudal cero pérdida de carga cero.

5.9 Agrupe en un mismo gráfico las rectas para las tres válvulas y en otro gráfico las rectas para los trescodos. Compare los valores del coeficiente K para las válvulas, así como para los codos.

5.10 Calcule el coeficiente Ks de pérdida de energía de todo el sistema hidráulico, (incluye tubería y

accesorios en conjunto), para ello plotee la pérdida de energía total del sistema 71 hhh facc , en (cm),

y proceda como si se tratase de un gran accesorio.

5.11 Empleando el caudal máximo del ensayo, dibuje la línea de carga piezométrica, ploteando en el eje

vertical (P/ + Z) en (cm); así como la línea de carga total, ploteando (V 2 /2g + P/ + Z) en (cm), ambas contra la posición de cada piezómetro en el eje horizontal, éstos están separados uniformemente acada 22 cm.

5.12 Analice los resultados, considerando el caudal determine qué tipo de válvula y qué tipo de codoproduce mayor pérdida de energía y cuáles una menor pérdida, explicando la razones, apóyese en elcuadro de cálculos y en las gráficas.

5.13 Explique cómo afecta el caudal a la pérdida de carga producida en los accesorios ensayados.

5.14 Describa qué factores influyen en la pérdida de energía que un accesorio puede producir.

5.15 Compare los valores del coeficiente K para cada accesorio, obtenidos por medio del promedioaritmético y por medio de la pendiente de la recta correspondiente, luego comente la diferencia.

5.16 Incluya en su investigación del marco teórico los valores del coeficiente de pérdida K para diversosaccesorios usados en las instalaciones hidráulicas.

5.17 Incluya un comentario sobre la importancia de considerar las pérdidas de energía por fricción y poraccesorios en instalaciones hidráulicas.




Cuadro para el registro de datos de la presión hidrostática en columna de agua en cada piezómetro:

CaudalNo.

h1 (mm)

h2 (mm)

h3 (mm)

h4 (mm)

h5 (mm)

h6 (mm)

h7 (mm)

Tiempo(seg)

1

2

3

4

5

6

7

8

Volumen de agua para aforo = Litros

Ejemplo del cuadro para los cálculos de cada accesorio:

No.Válvula de paso

Q(cm³/s)

Δh

(cm)V=Q/A(cm/s)

V²/2g(cm)

K=hf/(v²/2g)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Kpromedio =

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