Informe n°04 perdidas de carga locales

2013
CALLE CORDOVA JOSE LUIS
DEZA GUZMAN EVELYN
LOPEZ HERRERA YOSBAR
YOVERA CAPUÑAY TERESA
MECANICA DE FLUIDOS II
14/05/2013
MECÁNICA DE FLUIDOS II
ING. ZELADA ZAMORA
WILMER
PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA
Practica de Laboratorio

MECANICA DE FLUIDOS II – ING. WILMER ZELADA ZAMORA
PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA TUBERIA 2013
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INTRODUCCION
En este ensayo de laboratorio el problema a resolver específicamente es
evaluar la perdida de energía que ocasiona un fluido ya sea laminar o
turbulento (por la viscosidad) al pasar a través de un tubo que sufre una
disminución del área transversal en todo su recorrido.
El análisis del comportamiento que presentará el fluido puede ser calculado;
con errores muy insignificantes.
Las pérdidas de carga a lo largo de un conducto de cualquier sección pueden
ser locales o de fricción, su evaluación es importante para el manejo de la
línea de energía cuya gradiente permite reconocer el flujo en sus
regímenes: laminar, transicional o turbulento, dependiendo de su viscosidad.
Cuando el fluido es más viscoso habrá mayor resistencia al desplazamiento y
por ende mayor fricción con las paredes del conducto, originándose mayores
pérdidas de carga; mientras que, si la rugosidad de las paredes es mayor o
menor habrá mayores o menores pérdidas de carga.
Esta correspondencia de rugosidad-viscosidad ha sido observada por
muchos investigadores, dando a la correspondencia entre los números de
Reynolds (Re), los parámetros de los valores de altura de rugosidad “k” y los
coeficientes de fricción “f” que determinan la calidad de la tubería.

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PERDIDAS DE CARGAS LOCALES EN UNA
TUBERIA
1. OBJETIVOS
 Estudiar las pérdidas de cargas debido a los accesorios que se
instalan en un tramo de la tubería, como codos,
ensanchamiento, contracción venturímetro, válvula, etc.
 Estudiar en forma detallada las pérdidas de carga lineal en
conductos circulares, teniendo una gran variedad de curvas que
relacionan los coeficientes de pérdidas “f” en función del número
de Reynolds, apoyándonos en el grafico de Moody.
 Conocer métodos prácticos para determinar las pérdidas
localizadas.
 Determinar la variación de la pérdida de carga con el caudal.
 Estudiar y sintetizar los datos obtenidos en el ensayo de
laboratorio con los datos que obtenemos apoyándonos en
referencias bibliográficas, libros que usualmente utilizamos para
estos ensayos.
2. HIPOTESIS
 Comprobar que con el paso de un flujo por los accesorios
existirá una pérdida de carga local-

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3. MARCO TEORICO
PÉRDIDA DE CARGAS LOCALES
Los fluidos en movimiento o flujo interno forman parte básica para la
producción de servicios dentro de las actividades industriales,
residenciales y comerciales.
La aplicación de la Ecuación de Bernoulli para fluidos reales, entre 2
secciones de un mismo tramo de tubería es:
Donde:
Donde:
 hfp = es la sumatoria de perdidas primarias o longitudinales.
 hfs = Perdidas secundarias o, locales por accesorios.
Al hablar de perdidas en tuberías, lleva a estudiar los flujos internos
que sean completamente limitados por superficies sólidas con un
grado de rugosidad según el material del cual están fabricadas.
Este flujo es muy importante de analizar ya que permitirá diseñar las
redes de tuberías y sus accesorios más óptimos.

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Las pérdidas de energía que sufre una corriente cuando circula a
través de un circuito hidráulico se deben fundamentalmente a:
 Variaciones de energía potencial del fluido.
 Variaciones de energía cinética.
 Rozamiento o fricción.
4. PERDIDAS PRIMARIAS :
Llamadas perdidas longitudinales o pérdidas por fricción, son
ocasionadas por la fricción del fluido sobre las paredes del ducto y
se manifiestan con una caída de presión.
Empíricamente se evalúa con la formula de DARCY - WEISBACH:
Donde:
o L = longitud de la tubería.
o D = Diámetro de la tubería.
o V = velocidad media del flujo.
o f = factor de fricción de la tubería.
De donde el factor de fricción de la tubería depende del
Número de Reynolds ( Re ) y de la rugosidad relativa ( ε / D ) .
Para esto se hace uso del Diagrama de Moody. Básicamente
las Pérdidas primarias son directamente proporcionales a la
longitud de la tubería.

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 PERDIDAS SECUNDARIAS:
También conocidas como perdidas locales o puntuales, las cuales
son originadas por una infinidad de accesorios que se ubican dentro
de un sistema de tuberías, como por ejemplo :
Válvulas.
Codos.
Niples.
Reducciones.
Ensanchamientos.
Uniones universales.
Etc.
La expresión para evaluar las perdidas secundarias ( en metros de
columna del fluido) es la siguiente :
Donde K es la constante para cada accesorio y depende del tipo de
accesorio, material y diámetro.
Luego la longitud equivalente será :
La longitud equivalente se puede hallar en manuales y libros.
En el equipo FME-05 de pérdidas de carga local estudia las pérdidas
de energía cinética de un fluido que circula por una tubería. Estas se

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deben principalmente a variaciones bruscas de velocidad causadas
por:
Cambios bruscos de sección.
Perturbación del flujo normal de la corriente, debido a
cambios de dirección provocadas por la existencia de un
codo , curva , etc.
Rozamiento o fricción.
Las pérdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los
elementos expresada en metros del fluido , puede calcularse con la
siguiente expresión :
Donde:
K = coeficiente de pérdidas de carga.
V= velocidad del fluido.
∆h = diferencia de altura manométrica.
g= gravedad.
ENSANCHAMIENTO SUBITO:
Al fluir un fluido de un conducto de menor a uno mayor a través de
una dilatación súbita, su velocidad disminuye abruptamente,
ocasionando una turbulencia que genera una pérdida de energía.
La cantidad de turbulencia, y por consiguiente, la cantidad de
pérdida de energía, depende del cociente de los tamaños de los
dos conductos.
La perdida menor se calcula de la ecuación:

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Donde v1 es la velocidad de flujo promedio en el conducto menor
que está delante de la dilatación. Al hacer ciertas suposiciones de
simplificación respecto del carácter de la corriente de flujo al
expandirse a través de una dilatación súbita, es posible predecir
analíticamente el valor de k a partir de la siguiente ecuación:
=
FUENTE: Robert L.Mott.1996.Mecanica de Fluidos Aplicada. 4 ed. México:
Prentice Hall
ENSANCHAMIENTO GRADUAL:
Si la transición de un conducto menor a uno mayor puede hacerse
menos abrupta que la dilatación súbita de bordes cuadrados, la
perdida de energía se reduce. Esto normalmente se hace
colocando una sección cónica entre los dos conductos, como se
muestra en la siguiente figura. Las paredes en pendiente del cono
tienden a guiar el fluido la desaceleración y expansión de la
corriente de flujo.

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Prentice Hall
La pérdida de energía para una dilatación gradual se calcula a
partir de:
Donde v1 es la velocidad del conducto menor que está delante
de la dilatación. La magnitud de K depende tanto de la
proporción de diámetro D2 / D1 como del ángulo de cono, θ y
D2 / D1.
Ver en el Texto: King, H.W y E.F. Brater, 1963 Handbook of
Hydraulics, 5º ed. Nueva York: McGraw-Hill la TABLA DE
COEFICIENTE DE RESISTENCIA

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CONTRACCION SUBITA:
La pérdida de energía debido a una contracción súbita, como la
esbozada en la figura se calcula a partir de:
Donde v2 es la velocidad en la corriente hacia abajo del
conducto menor a partir de la contracción. El coeficiente de
resistencia K depende de la proporción de los tamaños de los dos
conductos y de la velocidad de flujo, como se muestra en la
figura.
Prentice Hall
CONTRACCION GRADUAL:
La pérdida de energía en una contracción puede disminuirse
sustancialmente haciendo la contracción más gradual. La figura
muestra una contracción de este tipo, formada mediante una sección
cónica entre los dos diámetros con cambios abruptos en las junturas.
El ángulo Ѳ se denomina ángulo de cono.

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Prentice Hall
COEFICIENTE DE RESISTENCIA PARA JUNTAS Y
VALVULAS:
Se dispone de muchos tipos diferentes de válvulas y juntura de
varios fabricantes para especificaciones e instalación en sistemas
de flujo de fluido. Las válvulas se utilizan para controlar la
cantidad de flujo y pueden ser válvulas de globo, de ángulo, de
mariposa, otros varios tipos de válvula de verificación y mucha
más.
El método para determinar el coeficiente de resistencia k es
diferente. El valor de k se reporta en la forma:

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 PÉRDIDAS DE CARGA EN ENSANCHAMIENTOS Y CODOS
Cualquier modificación en la forma geométrica de un conducto
produce una pérdida de carga de carácter local cuando un fluido
pasa a su través. Estas pérdidas de carga se denominan singulares.
Este tipo de pérdidas singulares se producen, por ejemplo, en los
casos del aumento de sección y del cambio de dirección (un codo).
En el caso del ensanchamiento, estas pérdidas de carga son
debidas a que el flujo se adapta a la nueva sección mediante una
sucesión de remolinos, con lo que el exceso de energía cinética que
hay en la sección 1 respecto a la que correspondería a la nueva
sección 2, se disipa por la acción de la turbulencia.
Es una situación equivalente a la de la zona posterior de la placa
orificio (apartado anterior).
En el caso de un codo brusco, la distribución transversal de
velocidad deja de ser axis métrica (aumenta la velocidad en la zona
del conducto más próxima al centro de curvatura), y nuevamente se
produce una disipación de energía por remolinos turbulentos.
Las pérdidas de carga secundarias, producidas en zonas localizadas
de los conductos, se expresan en forma a dimensional por el
denominado coeficiente de pérdidas, K.

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 PÉRDIDAS PARA VÁLVULAS Y CODOS.
Al igual que en los demás accesorios en estos se presentan perdidas
de carga dependiendo en el caso de los codos si son codos cortos o
los codos largos.
El flujo de un líquido en una tubería viene acompañado de una
perdida de energía, que suele expresarse en términos de energía
por unidad de peso de fluido circulante (dimensiones de
longitud), denominada habitualmente pérdida de carga.
En el caso de tuberías horizontales, la perdida de carga se
manifiesta como una disminución de presión en el sentido del
flujo.
La pérdida de carga está relacionada con otras variables fluido
dinámicas según sea el tipo de flujo, laminar o turbulento.
Además de las pérdidas de carga lineales (a lo largo de los
conductos), también se producen perdidas de carga singulares
en puntos concretos como codos, ramificaciones, válvulas, etc.
Factor de Fricción en régimen turbulento
El régimen turbulento completamente desarrollado, Reynolds (Re)
> 4000, ofrece una mayor dificultad para analizar el factor de
fricción (f), ya que el esfuerzo cortante no tiene una expresión
sencilla. Existen dos formas límites:
Si la tubería es lisa, f es únicamente función del Re, y no depende
de la rugosidad de la tubería.
Si el flujo es altamente turbulento, Re muy altos, f depende
únicamente de la rugosidad relativa de la tubería, siendo
independiente del Re del fluido entre ambos casos, se deberá
buscar una expresión que nos proporcione el valor de f.

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4.EQUIPO Y HERRAMIENTAS
AGUA
TUBO DE ENSAYO GRADUADO
MAQUINA EDIBON

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CRONOMETRO
BAROMETRO
5. PROCEDIMIENTO
 Se comenzó con la Calibración del equipo de pérdidas de cargas
por fricción, que consistía en que los manómetros de agua
estuvieran a un mismo nivel en un rango de 70 a 80mm de altura,
para que a partir de ahí se tomen las medidas de las diferencias de
presión entre un punto y otro de cada accesorio.
 Poner en funcionamiento el banco hidráulico, adicionándolo a este
el equipo de pérdidas de carga locales.
 Con las válvulas de paso abiertas, se van cerrando lentamente y se
toman los respectivos volúmenes en un tiempo determinado, para el
cálculo del caudal (Q).
 A medida que se iba haciendo las pruebas a diferentes aberturas de
la válvula, se iba tomando nota la diferencia de presión marcadas
por los manómetros de agua para cada uno de los accesorios.
 Se realizaron 7 pruebas, para diferentes aberturas de la válvula.
 Cabe mencionar que se tomaron caudales diferentes, para
determinar las pérdidas de cargas en las válvulas, y que las presiones
de estas se observaban en los barómetros de bourdon.
 Durante el desarrollo de la práctica se tomó la temperatura del
agua, ya que nos sirvió para determinar la viscosidad a la que esta
se encontraba, ya que esta varía con la temperatura.

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6. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION

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1. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
 Se puede deducir que la mayor pérdida de carga en accesorios se
da en las válvulas y la menor perdida de carga se da en los
ensanchamientos de las tuberías.
 El cálculo de km y la pérdida de carga se puede obtener mediante
las formulas obtenidas en cada grafico que esta anteriormente.
 De acuerdo a los procedimientos podemos deducir que los datos
obtenidos si están en concordancia con los datos que nos brindan
los libros o textos.
 Que el experimento o laboratorio hecho nos permite tener un
concepto más claro y aplicativo de cómo encontrar las perdida de
carga en accesorios y además tener en cuenta que cuando
nosotros diseñemos tuberías es importante considerar estas pérdidas
ya que cuando mayor accesorios allá en el tramo de una tubería
mayor será su pedida local es por ello que hay que analizar distintos
factores, ya sea topografía del terreno, el tipo de tubería ya sea pvc
fierro galvanizado y además tener en cuenta que tenemos que
considerar siempre un margen de error en ellas.
 Podemos decir que todos estos ensayos va a contribuir en nuestra
vida profesional ya que estaremos bien capacitados y podemos
diseñar con gran criterio todo tipo de tuberías y tener éxito en
nuestra vida profesional.

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ANEXO

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