Perdida de energia en accesorios

Universidad de Navarra Escuela Superior de Ingenieros Nafarroako Unibertsitatea Ingeniarien Goi Mailako Eskola

Laboratorio de Mecánica de Fluidos

Práctica de Laboratorio 4

PÉRDIDAS DE CARGA EN LOS COMPONENTES DE LAS INSTALACIONES HIDRÁULICAS

CAMPUS TECNOLÓGICO DE LA UNIVERSIDAD DE NAVARRA. NAFARROAKO UNIBERTSITATEKO CAMPUS TEKNOLOGIKOA Paseo de Manuel Lardizábal 13. 20018 Donostia-SanSebastián. Tel.: 943 219 877 Fax: 943 311 442 www.tecnun.es arivas@tecnun.es/gsanchez@tecnun.es

© Alejandro Rivas & Gorka Sánchez 2007-2008 Campus Tecnológico de la Universidad de Navarra (TECNUN)

PÉRDIDAS DE CARGA EN LOS COMPONENTES DE LAS INSTALACIONES HIDRÁULICAS
1 DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
El objetivo de esta práctica es estudiar las pérdidas de carga que sufre el fluido alatravesar los diferentes elementos de una instalación hidráulica, tales como tuberías, válvulas, curvas y piezas especiales. En el banco de ensayo de la práctica se medirá el caudal que circula por cada elemento y la caída de presión que sufre el fluido que lo atraviesa. A partir de estos datos y utilizando la ecuación de Bernoulli es posible obtener las pérdidas de carga que sufre el fluido al circularpor cada elemento. La posibilidad de modificar el caudal de fluido que circula por el elemento permitirá estudiar la influencia del número de Reynolds en el valor de las pérdidas de carga. Las medidas que van a realizarse en la práctica son todas de presión y para ello se utilizarán tomas piezométricas conectadas a manómetros de columna de dos fluidos o a un manómetro diferencial de tipo Bourdon.Cuando las pérdidas de carga a medir no son muy elevadas (medidas en m.c.a) se empleará el manómetro de columna Aire-Agua. Por el contrario, si las pérdidas son elevadas se utilizará un manómetro de columna AguaMercurio o uno diferencial tipo Bourdon[1]. Estos últimos se muestran en la Figura 1.

(a)
Figura 1. Manómetro de columna Agua-Mercurio (a) y Bourdon (b)

(b)

PÉRDIDAS DE CARGA ENLOS COMPONENTES DE LAS INSTALACIONES HIDRÁULICAS-1

Área de Ingeniería Térmica y de Fluidos Campus Tecnológico de la Universidad de Navarra

2 FUNDAMENTOS. 2.1. El Coeficiente Adimensional de Pérdidas

En el Análisis y Diseño de las instalaciones hidráulicas es necesario conocer las expresiones que relacionan el aumento o disminución de energía hidráulica (Bernoulli) que sufre el fluido alatravesar el elemento o componente con el caudal. Es muy habitual designar a las pérdidas de energía hidráulica que sufre el fluido como Pérdidas de Carga, siendo éstas debidas a la fricción entre fluido y las paredes sólidas o también por la fuerte disipación de energía hidráulica que se produce cuando el flujo se ve perturbado por un cambio en su dirección, sentido o área de paso debido a lapresencia de componentes tales como adaptadores, codos y curvas, válvulas u otros accesorios[1]. La pérdida de carga que sufre el fluido al atravesar un elemento es generalmente una función del caudal o velocidad media (v), de las características del fluido (ρ y µ), de parámetros geométricos característicos del elemento (L0,...,Lm, α0, α1,…,αk) y de la rugosidad del material (ε). Ec. 1 g ⋅ hL = F (v ,ρ, µ, L0 ,K, Lm , α 0 , α 1,K, α k , ε )

Como es habitual en Mecánica de Fluidos el estudio de las pérdidas de carga se realiza de forma adimensional y para ello se define un coeficiente adimensional conocido como coeficiente de pérdidas (K) que es la relación entre las pérdidas de energía mecánica que se producen en el elemento por unidad de masa de fluido circulante (g·hL) y una energíacinética por unidad de masa característica del flujo en el elemento (v2/2) (por ejemplo en un conducto de sección constante esta energía cinética por unidad de masa será la del fluido que circula por el conducto).

K=

g ⋅ hL v2 2

Ec. 2

Definido este coeficiente es posible escribir:
hL = K ⋅ o en función del caudal volumétrico:
1 hL = K ⋅ ⋅q2 2g 4 2 ⋅A 14 2 3
R

v2 2g

Ec. 3

Ec....