perdida de carga
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Universidad de Magallanes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química
Experiencia N° 2
Pérdida de Carga
Alumnos: Daniela Navarro
Paola Toledo
Jaime Verdugo
Asignatura: Laboratorio de Procesos I
Profesor: Hugo Llerena
Fecha: 01 Abril del 2011
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INDICE
CONTENIDO PÁGINA
Introducción…………………………………………………………………………… 3
Objetivos……………………………………………………………………………… 3
Teoría………………………………………………………………………………… 3
Procedimiento Experimental………………………………………………………… 4
Discusión de Resultados……………………………………………………………… 7
Conclusión…………………………………………………………………………… 7
Bibliografía…………………………………………………………………………… 8
Anexo1: Datos.………………………………………………………………………… 8
Anexo2: Resultados........................................................................................................ 9
Anexo3: Esquema del sistema de tuberías...................................................................... 11
TABLAS PÁGINA
Tabla 1. Kf para cada tipo de accesorios o válvulas....………………………………… 3
Tabla 2.Diferenciales de Presión de cada accesorio...........…………………………… 8
Tabla 3.Características de la tubería...........................………………………………… 8
Tabla 4.Medidas de tubería.................................................…………………………… 8
Tabla 5.Resultados de Válvula de Bola..............................…………………………… 9
Tabla 6. Resultados de Válvula de Bola ....................………………………………… 9
Tabla 7.Resultados de codo 45° sin considerar la Pérdida en la tubería......................... 9
Tabla 8. Resultados de codo 45° considerando la Pérdida en la tubería......................... 10
Tabla 9. Resultados de codo 45° del Kf.......................................…………………....... 10
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ECUACIONES PÁGINA
Ecuación de Bernoulli (1)............................................................................................... 3
Ecuación de Fanning (2)................................................................................................. 3
Ecuación de f para Régimen Laminar (3)....................................................................... 3
Ecuación de f para Régimen Turbulento (4)................................................................... 3
Ecuación de Pérdidas de carga en accesorios y válvulas (5).......................................... 3
FIGURAS PÁGINA
Figura 1. Esquema del sistema de tuberías..................................................................... 4
Figura 2. Sistema de Tuberías........................................................................................ 11
Gráfico 1. Válvula de bola: Causal V/S Pérdida de Carga............................................... 5
Gráfico 2. Válvula de bola: Causal V/S Coeficiente de fricción...................................... 5
Gráfico 3. Codo de 45°: Causal V/S Pérdida de Carga..................................................... 6
Gráfico 4. Codo de 45°: Causal V/S Coeficiente de fricción........................................... 6
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INTRODUCCION
El laboratorio tiene relación con las pérdidas de carga en una tubería con accesorios. Para lograr esto se
necesitarán los datos necesarios que son: el caudal y el ∆P de la sección. Se analizarán las pérdidas de carga en
los accesorios de válvula de bola y en un codo de 45°, para luego compararlos con lo esperado, que vendría
siendo el valor teórico.
OBJETIVOS
Estimar el coeficiente de fricción (Kf) para accesorios en una tubería.
Estimar la pérdida de carga (hf) para accesorios en una tubería.
MARCO TEORICO
La pérdida de carga en una tubería, es la pérdida de energía dinámica del fluido debida a la
fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Están relacionadas
con el tipo de fluido y son proporcionales a la velocidad de deslizamiento y a la longitud de la tubería. Pueden ser
continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como
un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.
Las pérdidas de carga en el caso de accesorios como válvulas, codos, etc., es proporcional al coeficiente
que varía según el tipo. La pérdida de carga se puede determinar teórica y experimentalmente. Para determinar la pérdida de carga experimental se utiliza la ecuación de Bernoulli:
(1)
Para determinar la pérdida de carga teórica, se utiliza la ecuación de Fanning (Ecuación Pérdidas de tubería
Recta):
(2)
Tanto en el flujo turbulento como en el laminar, el factor de fricción de Fanning depende del número de
Reynolds y de la rugosidad de la superficie de la tubería.
Re < 2100 Régimen Laminar
(3)
Re > 400 Régimen Turbulento
(4)
La pérdida por fricción en accesorios y tuberías está dada por la siguiente ecuación:
(5)
Donde Kf es el factor de pérdida para el accesorio o válvula y v es la velocidad promedio en la tubería que
conduce al accesorio.
Tabla1. Kf para cada tipo de accesorios
Accesorio o Válvula Kf Accesorio o Válvula Kf
Codo 45° 0,35 Válvula de Bola (Abierta) 70
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Figura 1. Esquema del sistema de tuberías
1º. Se revisa la instalación para verificar si existe algún riesgo, previo a la partida del sistema.
2º. Se toman los datos de la geometría del sistema y las características de los componentes.
3º. Se abre la válvula 1, para cebar la bomba, luego esta se conecta y se comienza a circular agua por el
sistema de tuberías en sentido de la flecha que se indica en el esquema aguas abajo del rotámetro.
4º. Se verifican las fugas del sistema con la finalidad de evitar riesgos, tratando de minimizarlas, para que
estas además no influyan en el desarrollo de la experiencia ni en la confiabilidad de los datos.
5º. Se comienza a regular el flujo con la válvula de aguja, dejando ésta en un caudal fijo y se espera un
momento mientras el sistema se estabiliza, para luego tomar nota de los datos.
6º. Se toma nota de las diferencias de altura en ambos manómetros.
7º. Se anota el caudal que marca el rotámetro.
8º. Luego se regula nuevamente el flujo como lo indica el paso 4 y luego se continua hasta el paso 6 en un
proceso iterativo, hasta tener una cantidad de datos que permita realizar los análisis correspondientes.
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GRÁFICOS OBTENIDOS: Para ver con más detalles los gráficos, ir al archivo Excel adjuntado.
Gráfico 4. Válvula de Bola: Caudal V/S Pérdida de Carga
Gráfico 6.Codo 45°: Caudal V/S Pérdida de Carga (Sin considerar pérdidas en tubería)
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Gráfico 7. Codo 45°: Caudal V/S Coeficiente de Fricción
Gráfico 7. Codo 45°: Caudal V/S Pérdida de Carga (Considerando pérdidas en tubería)
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DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Al ver los gráficos nos podemos dar cuenta que con respecto a la válvula de bola que la
pérdida de carga, con respecto al caudal, es prácticamente constante teniendo unas
pequeñas variaciones en su trayecto y teniendo un leve descendimiento al final. Lo cual
nos indica que no hay mucha influencia de la pérdida de carga a medida que el caudal
aumenta, lo cual es contradictorio a lo teórico, ya que podemos notar que la curva teórica
nos indica que a medida que aumenta el caudal la pérdida de carga aumenta. Por lo que
podemos decir que, teóricamente, la pérdida de carga es proporcional al caudal lo cual no
quedó demostrado en la curva experimental.
Analizando la gráfica del coeficiente de fricción, para la válvula de bola, nos podemos dar
cuenta que a medida que aumenta el caudal el Kf disminuye. Como sabemos de teoría
tenemos que este valor es fijo para accesorios, teniendo así una recta para cada caudal.
Con respecto a los gráficos obtenidos del codo 45°, podemos decir que para la pérdida de
carga es muy similar a la teórica, pero esta curva experimental se va alejando a la teórica a
medida que el caudal aumenta, y alcanza un valor alto, disparándose, cuando obtenemos un
valor alto de caudal. Por lo cual podemos decir que a caudales bajos, la pérdida de carga se
comporta similarmente a la teórica, pero a caudales altos estas curvas aumentan el
porcentaje de error.
Si consideramos las pérdidas originadas por las tuberías podemos ver que el gráfico de la
pérdida de carga la curva experimental tiene la misma tendencia que la curva teórica, pero
estas tienen un porcentaje de error grosamente grande. Si analizamos el coeficiente de
fricción podemos notar que la curva sin considerar las pérdidas originadas por las tuberías
tiende a ser constante a medida que aumenta el caudal, mientras que la curva en donde se
consideran las pérdidas originadas por las tuberías la cuerva disminuye al aumentar el
caudal, tendiendo a que este sea constante.
CONCLUSIÓN
Lo primero que hay que mencionar es que el objetivo del laboratorio se realizó, ya que se
obtuvieron los valores del coeficiente de fricción y de la pérdida de carga para cada accesorio que
estaba en el sistema de la tubería.
Los datos que se lograron obtener dan muy lejos de lo teórico, en algunos el porcentaje de
error, entre las curvas, es muy grande, teniendo así un mayor error. En ciertas gráficas podemos ver
como la curva experimental tiende a ser como la curva teórica, mas no podemos decir que es como
tal.
Podemos concluir que para el sistema de codo en 45° los resultados fueron mejores al No
considerar la pérdida de originada por las tuberías, que al considerarlas. Ya que las gráficas
tendieron hacia la curva teórica.
Los grandes porcentajes de error obtenidos en el laboratorio pudieron deberse a errores de
manipulación del equipo o pudieron deberse a errores propios en el equipo.
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BIBLIOGRAFÍA
Geankoplis, C.J., “Procesos de transporte y operaciones unitarias”, Editorial Continental,
México, 1998.
www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/PerdidaCarga.html
ANEXO 1: DATOS
Tabla 2. Diferenciales de Presión de cada accesorio
Q (lts/min) ΔP Válvula Bola (cm Hg) ΔP Codo 45°(cm H₂O)
32 0,8 6,5
30 1,2 6
28 1,8 5
26 1,7 4,7
24 1,5 4
22 1,6 3,5
20 1,8 3
18 2,3 2,6
16 2,5 2,1
14 2,3 1,7
12 2,5 1,3
10 2,6 1,2
8 2,5 0,7
6 2,2 0,7
4 2,1 0,6
Tabla 3. Características de la tubería
Diámetro 1 in
Rugosidad ( e) 0,0015 m
Tabla 4. Medidas de tubería
Longitud Total del tramo de codo 45° 51,5 cm
Altura del tramo del codo 45° 21,5 cm
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ANEXO 2: RESULTADOS
Tabla 5. Resultados de Válvula de Bola
Q (lts/min) hf experimental (m) hf teórico (m) % Error Relativo
32 0,1088 3,9566 97,25
30 0,1632 3,4775 95,31
28 0,2449 3,0293 91,92
26 0,2313 2,6119 91,15
24 0,2041 2,2256 90,83
22 0,2177 1,8701 88,36
20 0,2449 1,5456 84,16
18 0,3129 1,2519 75,00
16 0,3401 0,9892 65,62
14 0,3129 0,7573 58,68
12 0,3401 0,5564 38,87
10 0,3537 0,3864 8,46
8 0,3401 0,2473 37,53
6 0,2993 0,1391 115,16
4 0,2857 0,0618 362,11
Tabla 6. Resultados de Válvula de Bola
Q (lts/min) Kf experimental Kf teórico % Error Relativo
32 1,93
70
97,25
30 3,29 95,31
28 5,66 91,92
26 6,20 91,15
24 6,42 90,83
22 8,15 88,36
20 11,09 84,16
18 17,49 75,00
16 24,07 65,62
14 28,92 58,68
12 42,79 38,87
10 64,08 8,46
8 96,27 37,53
6 150,61 115,16
4 323,48 362,11
Tabla 7. Resultados de Codo 45° sin considerar Pérdida por tubería
Q (lts/min) hf experimental (m) hf teórico (m) % Error Relativo
32 0,2800 0,0198 1315,57
30 0,0600 0,0174 245,31
28 0,0500 0,0151 230,33
26 0,0470 0,0130 260,12
24 0,0400 0,0111 259,70
22 0,0350 0,0094 274,56
20 0,0300 0,0077 288,47
18 0,0260 0,0063 315,65
16 0,0210 0,0049 324,89
Página 10
14 0,0170 0,0038 349,25
12 0,0130 0,0028 367,61
10 0,0120 0,0019 521,56
8 0,0070 0,0012 466,52
6 0,0070 0,0007 907,15
4 0,0060 0,0003 1842,37
Tabla 8. Resultados de Codo 45° considerando la Pérdida por tubería
Q (lts/min) hf experimental (m) hf teórico (m) % Error Relativo
32 0,2800 0,1093 156,22
30 0,0600 0,0961 186,16
28 0,0500 0,0838 216,35
26 0,0470 0,0723 262,46
24 0,0400 00616 313,67
22 0,0350 0,0519 382,20
20 0,0300 0,0429 471,12
18 0,0260 0,0348 592,56
16 0,0210 0,0275 756,81
14 0,0170 0,0211 997,61
12 0,0130 0,0156 1363,79
10 0,0120 0,0109 1989,95
8 0,0070 0,0069 3073,95
6 0,0070 0,0039 5485,95
4 0,0060 0,0018 12172,85
Tabla 9. Resultados de Codo 45° del Kf
Q
(lts/min)
Kf experimental sin considerar
la pérdida por tubería
Kf experimental considerando
la pérdida por tubería
Kf teórico
32 4,95 3,37
0,35
30 1,21 3,95
28 1,16 4,54
26 1,26 5,43
24 1,26 6,43
22 1,31 7,77
20 1,36 9,50
18 1,45 11,88
16 1,49 15,10
14 1,57 19,84
12 1,64 27,08
10 2,17 39,51
8 1,98 61,21
6 3,53 110,07
4 6,79 248,55
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ANEXP 3: ACCESORIOS DE LA EXPERIENCIA
Figura 2. Sistema a analizar.
Verde: Válvula de Bola Azul: Codo 45°