Pérdidas por fricción en accesorios

Pérdidas por fricción en accesorios 

Introducción

Las pérdidas de energía por accesorios se dan por cambios de dirección y velocidad del fluido en válvulas Tés, codos, etc. 

Se propusieron diversas fórmulas para el cálculo de diversas pérdidas de carga por frotamiento, cuando los fluidos circulan en curvas, accesorios, etc. pero el método más sencillo es considerar cada accesorio como equivalente a una longitud determinada de tubo recto. Esto permite reducir las pérdidas en los tubos, válvulas o accesorios en general a un denominador común: la longitud equivalente del tubo de igual rugosidad relativa. 

Marco teórico

• Pérdidas de carga localizadas:Las pérdidas de carga localizadas o pérdidas secundarias son pérdidas de carga debidas a elementos singulares de la tubería tales como codos, estrechamientos, válvulas, etc. En ocasiones la constante de pérdida de la singularidad, K, se determina a partir del producto del coeficiente de fricción: fT, en flujo completamente turbulento por la relación de longitud equivalente: Le/D; dos factores adimensionales. El primero, fT, se determina por alguna de las ecuaciones del factor de fricción (Colebrook, Swamee y Jain, etc), simplificadas para flujo muy turbulento, es decir cuando el Reynolds del flujo es muy alto. El segundo, Le/D, corresponde a una relación adimensional propia del elemento o singularidad. Este valor se puede encontrar en diferentes tablas.
• El factor de fricción o coeficiente de resistencia de Darcy-Weisbach (f) es un parámetro adimensional que se utiliza en dinámica de fluidos para calcular la pérdida de carga en una tubería debido a la fricción. El cálculo del factor de fricción y la influencia de dos parámetros (número de Reynolds, Re y rugosidad relativa, εr) depende del régimen de flujo.
• Las válvulas anti-retorno, también llamadas válvulas de retención, válvulas uniflujo o válvulas check, tienen por objetivo cerrar por completo el paso de un fluido en circulación -bien sea gaseoso o líquido- en un sentido y dejar paso libre en el contrario. Tiene la ventaja de un recorrido mínimo del disco u obturador a la posición de apertura total.Se utilizan cuando se pretende mantener a presión una tubería en servicio y poner en descarga la alimentación. El flujo del fluido que se dirige desde el orificio de entrada hacia el de utilización tiene el paso libre, mientras que en el sentido opuesto se encuentra bloqueado. También se las suele llamar válvulas unidireccionales.Las válvulas anti-retorno son ampliamente utilizadas en tuberías conectadas a sistemas de bombeo para evitar golpes de ariete, principalmente en la línea de descarga de la bomba.
• Válvula de retención de bola: es un tipo especial para terminales de bombas de extracción de pozos, por ejemplo; una bola se asienta sobre el anillo de cierre; cuando la bomba extrae agua del depósito o pozo, la bola se levanta y se dispone en un alojamiento lateral para no estorbar el paso, pero cuando para la bomba, retorna, por gravedad, a su posición de cierre para evitar que la tubería se vacíe.

Ecuaciones 

 

Procedimiento 

Se usó un banco de fluidos, se determinaron los acoples a usar en la instalación, se tomaron los datos iniciales de mercurio, se procedió a abrir las válvulas del sistema y prender la bomba. dependiendo de los accesorios y tuberías a utilizar, se tomaron los datos de presión, caudal, volúmenes y tiempos, así mismo los valores de las alturas y se repitió este procedimiento variando con 3 accesorios (Codo 90°, Válvula de globo y Válvula de bola) y 3 tuberías ( Hierro 3/4, hierro 1/2 y cobre 3/4). 

Datos obtenidos 

Cálculos y resultados 

Análisis de datos 

La practica tiene como propósito realizar un análisis de las perdidas de energía causadas por la presencia de accesorios en las tuberías, tales como los codos o las válvulas, así como las perdidas primarias que se deben a la fricción con la tubería.

En cuanto a las perdidas primarias se puede apreciar un alejamiento significativo de los datos calculados mediante formula y diagrama de moody tanto para el cobre como para el hiero, esto puede deberse a errores en la medición debido a factor humano en el caso de la hpp manométrica y a toma errónea de las presiones mínima y máxima para el caso de la digital, sin embargo se pudo calcular una caída de presión, que permite confirmar que existe una perdida de carga causada por la tubería, y que a pesar de no obtener un resultado exacto, se puede usar para estimar las perdidas.

En cuanto a las perdidas secundarias, se analizaron dos válvulas, una válvula de bola y una válvula de globo. Para la válvula de bola los resultados fueron un poco lejanos a los teoricos; de igual forma sucedió para la válvula de globo en el que tanto el calor de hps como de k fueron mucho mas alejados de los teóricos que los valores de la válvula de bola, esto puede deberse de nuevo, a la mala toma de datos, así como de errores en la calibración de los dispositivos de medición.

En general, se puede afirmar que hubo varias causas que cambian los resultados, por ejemplo, el agua empleada puede contener sólidos suspendidos, o tener una composición significativamente distinta al agua pura, que fue la que se tomo como referencia para los cálculos, ademas, la tubería al ser antigua, puede estar desgastada, y contener “impurezas” como seres vivos o estar ligeramente corroída, que causa cambios en los cálculos en especial para la perdida primaria. Sin embargo, puede afirmarse que los resultados son importantes pues demuestran la complejidad que requiere el realizar estas estimaciones, y lo importante tanto a nivel económico como de seguridad, ya que un mal calculo puede ocasionar rupturas y daños económicos y a los posibles trabajadores de una planta, por ejemplo. Por esto se debe realizar la medición lo mas preciso posible y de esta manera evitar inconvenientes y, poder escoger una bomba apropiada que también pueda suplir y compensar la perdida de carga, que asegurara una entrega adecuada del fluido que se este manejando.

Conclusiones 

•     Se logró medir las pérdidas primarias de una tubería hiero 3/4 y 1/2 y de Cobre de ¾  pulgadas de diámetro nominal respectivamente para un flujo turbulento a partir de factores como la caída de presión, el área de flujo, velocidad, viscosidad y sobre todo la rugosidad, dependiente del material de la tubería, el cual es un factor primordial en un flujo turbulento. Además de la obtención de las pérdidas secundarias a partir del uso de accesorios como las válvulas, cálculos que dependen directamente del diámetro nominal de cada tubería.
•      Fue posible realizar los cálculos del caudal para cada accesorio y tubería y se observó que estos daban cercanos al valor que arrojaba en rotametro del sistema, lo cual resulta ser muy favorable.