Este documento describe una práctica de laboratorio sobre pérdidas de carga en tres tipos de válvulas. Se realizaron mediciones del caudal y la diferencia de presión para cada válvula a diferentes ángulos de apertura. Los resultados experimentales se compararon con valores teóricos de pérdida de carga calculados con ecuaciones. La válvula de bola fue la más precisa, mientras que la de asiento inclinado tuvo las mayores diferencias entre los valores teóricos y experimentales.

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI
+
MAESTRO:
Norman Rivera Pasos
ALUMNO:
Acosta Orozco Amanda Paulina
Alonso Zavala Sthefanie Cecilia
MATERIA:
Laboratorio integral I
TEMA:
Practica: perdida de carga en válvulas
2010-05-24

2. Índice
Objetivo…………………………………………………………………………………………………...3
Motivación.……………………………………………………………………………………………….3
Fundamento teórico…………………………………………………………………………………..3
Diseño de la practica……………………………………………………………………….…..……8
Equipo………………………………………………………………………………...…….…………….9
Modelo matemático……………………………..………………………………………………….10
Variables y parámetros…………………………………..………………………………………..10
Mediciones y resultados………………………………………………..………………………….11
Bibliografía………………………………………………………………………………………………14
Conclusión………………………………………………..…………………………………………….15
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Práctica Válvulas

3. Objetivo
Realizar los cálculos necesarios para determinar hL teórico y experimental
y hacer una comparación de estos, además de utilizar 3 tipos de válvulas y
observar cual es mas precisa.
Motivación
En la practica es muy común el uso de válvulas en diferentes sistemas de
tuberías, por lo que es muy importante el conocer los tipos de válvulas que
hay asi como su precisión, nos ayuda ha realizar una correcta selección de
las mismas.
Marco teórico
Pérdidas de carga
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubería o algún otro
conducto, ocurren pérdidas de energía debidas a la fricción; tales pérdidas de
energía se llaman pérdidas mayores. Las pérdidas debidas a cambios puntuales
en las condiciones del flujo, por ejemplo: cambios de dirección, reducciones o
expansiones en el área de paso del flujo, elementos externos como válvulas,
filtros, etc., se conocen como pérdidas menores. Tales pérdidas de energía
traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del
sistema de flujo.
Las pérdidas de presión en un sistema de tuberías se deben a varias
características del sistema.
Rozamiento en la paredes de la tubería, que es función de la rugosidad
de la superficie interior de la misma, el diámetro interior de la tubería y
de la velocidad, densidad y viscosidad del fluido.
Cambios en dirección del flujo.
Obstrucciones en el paso del flujo.
Cambios repentinos o graduales en la superficie y contorno del paso del
flujo.
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Práctica Válvulas

4. Pérdidas mayores
La pérdida de energía debida a la fricción corresponde a la energía que se
utiliza en vencer los esfuerzos de corte existentes en el sistema. La fricción es
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proporcional a la cabeza de velocidad del flujo (v / 2g) y al cociente entre la
longitud y el diámetro de la corriente de flujo. Para el caso del flujo en tuberías,
las pérdidas mayores se expresan según la Ecuación de Darcy:
El fluido en un sistema de tubería típico pasa a través de varias uniones,
válvulas, flexiones, codos, ramificaciones etc. Dichos componentes
(accesorios) interrumpen el suave flujo del fluido y provocan perdidas
adicionales debido al fenómeno de separación de mezcla del flujo que
producen. En un sistema típico, con tubos largos, estas perdidas son menores
en comparación con la perdida de carga por fricción en los tubos (perdidas
mayores) y se llaman perdidas menores.
Pérdidas menores
Se considera que tales pérdidas ocurren localmente en el disturbio del flujo.
Estas ocurren debido a cualquier disturbio del flujo provocado por curvaturas o
cambios en la sección. Son llamadas pérdidas menores porque pueden
despreciarse con frecuencia, particularmente en tuberías largas donde las
pérdidas debidas a la fricción son altas en comparación con las pérdidas locales.
Sin embargo en tuberías cortas y con un considerable número de accesorios, el
efecto de las pérdidas locales será grande y deberán tenerse en cuenta.
Válvulas
Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede
iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una
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Práctica Válvulas

5. pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o
conductos.
Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en
la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar,
conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos
y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños
van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro.
Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000
lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C).
En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o
escurrimientos no tienen importancia.
La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también
significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una
sección de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo;
es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del
conducto en la unidad de tiempo.
Las válvulas distorsionan las líneas normales de flujo, creando unas
turbulencias que provocan una caída de presión adicional en el circuito. La
determinación de L/D, K o V C para una válvula, es siempre experimental,
variando, para un mismo tipo según el fabricante.
Las válvulas se consideran como accesorios que sirven para regular un
flujo y que sirven para aislar equipos o tuberías para su mantenimiento. El
diseño de una válvula debe evitar deformaciones así como cambios de presión y
temperatura para que estos no establezcan una mala alineación en las
superficies de sellado.
Existen dos grandes grupos de válvulas
- Las de corte de flujo en donde sus dos posiciones extremas (totalmente
abiertas y totalmente cerradas) es su función principal.
- Válvulas de regulación en donde su función principal es poder regular el flujo
de acuerdo con las necesidades del proceso.
Las válvulas a utilizar en esta práctica son
Válvula de bola
Válvula de asiento inclinado
Válvula de diafragma
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Práctica Válvulas

6. Válvula de asiento inclinado
Las válvulas de asiento, también llamadas de globo (debido a la forma esférica
de los primeros modelos utilizados) En una válvula de asiento, el fluido circulan
a través de una pequeña abertura y cambia varias veces de dirección.
El obturador tiene un movimiento lineal. La mayoría de los vástagos son
roscados, permitiendo su avance mediante múltiples giros, como en las
actuadas de forma manual con volante. Las válvulas de globo automatizadas
pueden tener vástagos sin rosca, y el desplazamiento lineal viene directamente
proporcionado por el actuador.
La válvula de globo es muy utilizada en la regulación de fluidos para controlar
la. La geometría del obturador caracteriza la curva de regulación, siendo lineal
para obturadores parabólicos.
Son de uso frecuente gracias a su poca fricción y pueden controlar el fluido con
la estrangulación al grado deseado. El cierre puede ser metal-metal lo cual
permite su uso en condiciones críticas.
Las pérdidas de carga son importantes.
El movimiento lineal del eje es más corto que en las válvulas de compuerta, lo
que ahorra tiempo y desgaste. Aún así, las válvulas de globo de grandes
tamaños requieren de grandes actuadores.
El ensamblaje de la válvula de globo permite su reparación sin tener de
desmontarla de la instalación.
Válvula de bola
Una válvula de bola, conocida también como de "esfera", es un mecanismo que
sirve para regular el flujo de un fluido canalizado y se caracteriza porque el
mecanismo regulador situado en el interior tiene forma de esfera perforada.
Se abre mediante el giro del eje unido a la esfera o bola perforada, de tal
forma que permite el paso del fluido cuando está alineada la perforación con la
entrada y la salida de la válvula. Cuando la válvula está cerrada, el agujero
estará perpendicular a la entrada y a la salida. La posición de la maneta de
actuación indica el estado de la válvula (abierta o cerrada).
Este tipo de válvulas no ofrecen una regulación tan precisa como la de
una válvula de globo pero se puede utilizar para este fin en ocasiones
puntuales.
Las válvulas de bola manuales pueden ser cerradas rápidamente, lo que
puede producir un golpe de ariete. Por ello y para evitar la acción humana
pueden estar equipadas con un actuador ya sea neumático, hidráulico o
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Práctica Válvulas

7. motorizado. No hay obstrucción al flujo. Se utiliza cuando se quieren minimizar
las pérdidas.
Válvula de diafragma
Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por
medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la
válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta
la circulación
Esta válvula ofrece ventajas, imposibles para otros tipos de válvulas. Dan
un paso suave, laminar y sin bolsas de fluido, sirviendo para controlar el caudal
y producen un cierre estanco aun existiendo sólidos en suspensión en la
tubería. En ciertas posiciones estas válvulas son auto purgables.
El total aislamiento de las partes internas, de la corriente, impide la
contaminación y corrosión del mecanismo de operación. Su mantenimiento es
extremadamente sencillo.
Cuando el tipo de paso es recto está abierta, su diafragma está
levantado, el flujo es total y laminar en cualquier dirección. Cuando está
cerrada, el diafragma sella para obtener un cierre positivo, aun con materiales
arenosos o fibrosos en la tubería.
El de paso total suele usarse en industria de bebidas, ya que permite su
limpieza con el "cepillo en forma de bola", ya sea con vapor o sosa cáustica, sin
abrir ni desmontar la válvula de la tubería.
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Práctica Válvulas

8. Diseño de la práctica
Conectar las mangueras a la mesa hidrodinámica el tubo ubicado en la
parte más posterior de la mesa, asegurándose de que estén bien
colocadas, evitando así la salida de flujo.
Conectar primero la válvula de bola en la sección entre las roscas de
conexión.
Conectar las mangueritas para medir el diferencial de presión en los
puertos de medición.
Encender la mesa hidrodinámica para iniciar con la purga, y abrir la
válvula para asegurase que no quede nada de aire dentro de las
mangueras, con la finalidad de que no altere la lectura de la diferencia
de presión.
Una vez purgadas las mangueras se desconectan las mangueritas de los
puertos, para poder calibrar y verificar a cero el medidor de flujo.
Volver a conectar las mangueritas en los puertos y abrir más o menos 3
vueltas cada valvulita de los puertos de medición de presión.
Abrir la válvula de la mesa hidrodinámica completamente, así como la
válvula de bola y empezar la toma de las medidas de flujo y diferencial
de presión desde abertura total hasta diferentes ángulos de cierre.
Repetir el procedimiento para las válvulas de diafragma y de asiento
inclinado.
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Práctica Válvulas

9. Equipo
Mesa hidrodinámica
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Práctica Válvulas

10. Modelo matemático
Dividiendo entre
Pero
Entonces tenemos para un calcular conociendo :
Y para calcular experimentalmente con :
Variables y parámetros
Presión (mbar)
Flujo de agua (l/min)
Temperatura (°C)
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Práctica Válvulas

11. Mediciones y Resultados
Válvula bola
Medición Q (L/min) Q (m³/seg) ∆p (mbar) ∆p (Pa) V Re f hLexperimental hL teórico
1 21.5 0.00035833 19.3 0.193 0.4455499 14200.7938 0.00450679 0.034907022 1.97E-05
2 20.6 0.00034333 51.8 0.518 0.426899 13606.342 0.00470369 0.032045741 5.288E-05
3 19.5 0.000325 92.8 0.928 0.4041034 12879.7897 0.00496903 0.028714754 9.473E-05
4 18.4 0.00030667 131.8 1.318 0.3813078 12153.2375 0.00526609 0.025566515 0.0001345
5 16.4 0.00027333 162.7 1.627 0.3398613 10832.2334 0.00590829 0.020310639 0.0001661
6 16.4 0.00027333 196.5 1.965 0.3398613 10832.2334 0.00590829 0.020310639 0.0002006
Válvula Bola
0.04
0.035
0.03
0.025
HL
0.02
0.015 experimental
0.01 teorico
0.005
0
0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004
Q
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Práctica Válvulas

12. Válvula de asiento imclinado
hL
Medición Q (L/min) Q (m³/seg) ∆p (mbar) ∆p (Pa) V Re f experimental hL teórico
1 21 0.00035 3.0 0.03 0.4351883 13870.5428 0.0044699 0.022201546 3.062E-06
2 20 0.00033333 16.7 0.167 0.414465 13210.0407 0.0046934 0.020137457 1.705E-05
3 19 0.00031667 39.7 0.397 0.3937418 12549.5387 0.00494042 0.018174055 4.053E-05
4 18 0.0003 59.4 0.594 0.3730185 11889.0367 0.00521489 0.01631134 6.064E-05
5 17 0.00028333 78.6 0.786 0.3522953 11228.5346 0.00552165 0.014549312 8.024E-05
6 16 0.00026667 94.5 0.945 0.331572 10568.0326 0.00586675 0.012887972 9.647E-05
7 15 0.00025 105.6 1.056 0.3108488 9907.53056 0.00625787 0.011327319 0.0001078
8 14 0.00023333 119.9 1.199 0.2901255 9247.02852 0.00670486 0.009867354 0.0001224
9 13 0.00021667 132.2 1.322 0.2694023 8586.52649 0.00722061 0.008508075 0.000135
10 12 0.0002 144.7 1.447 0.248679 7926.02445 0.00782233 0.007249484 0.0001477
11 11 0.00018333 170.1 1.701 0.2279558 7265.52241 0.00853345 0.006091581 0.0001736
Válvula de Asiento Inclinado
0.025
0.02
0.015
HL
experimental
0.01
teorico
0.005
0
0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004
Q
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Práctica Válvulas

13. Válvula de diafragma
hL
Medición Q (L/min) Q (m³/seg) ∆p (L/min) ∆p (Pa) V Re f experimetal hL teorico
1 20 0.00033333 48.3 0.483 0.414465 13210.0407 0.0048448 0.020137457 4.93E-05
2 19 0.00031667 78.1 0.781 0.3937418 12549.5387 0.00509979 0.018174055 7.973E-05
3 18 0.0003 109.2 1.092 0.3730185 11889.0367 0.00538311 0.01631134 0.0001115
4 17 0.00028333 137.5 1.375 0.3522953 11228.5346 0.00569976 0.014549312 0.0001404
5 16 0.00026667 160.4 1.604 0.331572 10568.0326 0.006056 0.012887972 0.0001637
6 15 0.00025 185.3 1.853 0.3108488 9907.53056 0.00645973 0.011327319 0.0001892
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14. Bibliografía
Mecánica de fluidos Robert l. mott
Flujo de fluidos CRANE
Mecánica de fluidos Victor L. Streeter E. Benjamnin Wyle 9na ed.
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15. Conclusión
En las mediciones que se realizaron con cada una de las valvulas se logro
observar como funciona cada una, como la valvula de asiento que resulto ser
presisa en la regulacion del flujo a diferencia de la bola y diafragma, por lo que
esto nos ayudara en futuras situaciones a realizar una correcta selección de una
valvula según sea el caso.
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