Ingeniería

2. ACTIVIDAD ACADÉMICA
CÁLCULO EXPERIMENTAL DE PÉRDIDAS DE CARGA EN
CONDUCCIONES A PRESIÓN

2.1. Introducción 2.2. Descripción de la instalación fluidomecánica 2.3. Descripción de la actividad práctica 2.4. Conceptos teóricos 2.5. Experiencia propuesta

Profesores: Inmaculada Pulido Calvo Juan Carlos Gutiérrez Estrada

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2. ACTIVIDAD ACADÉMICA
CÁLCULO EXPERIMENTAL DE PÉRDIDAS DECARGA EN
CONDUCCIONES A PRESIÓN

2.1. Introducción El movimiento de un fluido líquido por una conducción implica una pérdida de la energía disponible como consecuencia del esfuerzo cortante entre el fluido y la superficie de la tubería. Considerando la hipótesis de fluido incompresible y viscoso que fluye en régimen permanente (o estable) por una conducción determinada, la ecuación de la energíaentre dos secciones ω1 y ω2 cualesquiera se puede escribir como:
2 p1 U1 p 2 U2 + z1 + = + z 2 + 2 + h f1− 2 γ 2g γ 2g

(2.1)

donde pi/γ y U2/2g son las alturas de presión y cinética del fluido, respectivamente, en las secciones ωi, con i = 1, 2, y hf1-2 son las pérdidas de carga o pérdidas de energía por rozamiento entre ambas secciones. De este modo, en una tubería de longitud L y diámetro Dconstante (D1 = D2 que implica U1 = U2), las ecuaciones de Darcy-Weisbach y de la energía proporcionan: p1 − p 2 = γ (z 2 − z1 ) + f L U2 D 2g (2.2)

Esta expresión (2.2) muestra que parte del cambio de presión en la tubería se debe al cambio de elevación y parte se debe a la pérdida de carga asociada con efectos de fricción, que están dados en términos del factor de fricción f. En el diseño deun sistema de impulsión y distribución de fluidos, el cálculo de las pérdidas de carga es un objetivo prioritario para la determinación de la energía necesaria que debe aportar la estación de bombeo correspondiente. Asimismo en una instalación en funcionamiento, las pérdidas de carga que se produzcan nos permitirán conocer el caudal que circula por el sistema. Por tanto, se plantea esta actividadacadémica que tiene como objetivo global la determinación experimental de las pérdidas de carga en conducciones a presión instaladas en un banco de ensayos.

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2.2. Descripción de la instalación fluidomecánica Esta actividad académica se realiza en un banco de ensayos ubicado en el laboratorio de Mecánica de Fluidos de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Huelva. En laFigura 2.1 se muestra una fotografía del equipo mencionado.

Figura 2.1. Equipo de redes de tuberías a presión (MCD, 2000)

El equipo consta de un panel vertical con marco de perfil de aluminio donde va están instaladas las tuberías. Estas conducciones son de PVC y tienen cuatro tipos de diámetros: (a) diámetros interior y exterior de 21.2 y 25 mm, respectivamente; (b) diámetros interior y exteriorde 17 y 20 mm; (c) diámetros interior y exterior de 13.6 y 16 mm; (d) diámetros interior y exterior de 27.2 y 32 mm. Además se dispone de varios elementos singulares de unión de las conducciones, también de PVC, como son: codos de 90º y bifurcaciones en T y cruz. La medida del caudal Q se debe realizar por medio de un diafragma aforador o medidor de orificio previamente tarado, cuya curva decalibración o ecuación de gasto es: Q = −0.0002 h 2 + 1.5639 h + 562.72 (2.3) siendo h la diferencia de niveles piezométricos entre la sección (1) aguas arriba del diafragma de baja velocidad y alta presión y la sección (2) aguas debajo de alta velocidad y baja presión (Figura 2.2). En la ecuación (2.3) el caudal y la diferencia de niveles piezométricos tienen unidades de l/h y mm.c.a,respectivamente. Con este sistema de medida del caudal se tiene una precisión del 0.75%.

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Figura 2.2. Medidor de orificio instalado en una conducción del banco de ensayos. Geometría característica del flujómetro en la tubería

Las tomas manométricas son enchufes rápidos de doble obturación a las que se puede conectar cualquiera de los manómetros disponibles en el panel de ensayos sin parar la bomba,...