Perdida de carga sistemas de escape

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PÉRDIDA DE CARGA

La pérdida de carga de un fluido a través de una tubería es la pérdida de energía de las partículas debido a la fricción que se produce entre el fluido y las paredes de la tubería. Sin embargo, la oposición al paso del fluido puede ser producida además por otros factores, como contracciones o expansiones de las tuberías, presencia de accesorios como codos (cambio de dirección)y silenciadores (características particulares en su forma), la rugosidad de las paredes de las tuberías, presencia de válvulas, etc.

Objetivo Determinar la pérdida de carga del flujo en tuberías, silenciadores, codos y flexibles.

Ecuaciones Pérdida de carga tuberías, silenciadores y codos La ecuación fundamental para calcular la pérdida de carga, para cualquier fluido es:

 V   MWa  Pa  P  C      4005   MWs   Ps   
2

  530   1     T  Z     a   

(1)

Donde P es la caída de presión en in de H 2 O . V es la velocidad en  pies min  MWa es el peso molecular del gas MWs es el peso molecular del aire Standard (28.97) Pa es la presión de operación (psia) Ps es la presión Standard (14.7 psia) Ta es la temperatura de operación, º R460º F  . C es el coeficiente de pérdida. Z es el factor de compresibilidad del gas Para las tuberías este coeficiente de pérdida está dado por el coeficiente de fricción. Una buena aproximación de este valor es la siguiente: Tubos lisos (suaves) L C  0.0148    D Tubos rugosos L C  0.032    D

Tabla 1. Coeficientes de pérdida para tubos lisos y rugosos.

Para los silenciadores ycodos, el coeficiente de pérdida está tabulado, y depende de las características del accesorio. En este caso, el coeficiente de pérdida que se utilizará para el silenciador será 4,25 (aunque puede calcularse de forma anexa a la hoja de cálculo).

Para los codos, primero se debe identificar que tipo de codo se utilizará y el diámetro de este. En este caso, el tipo de codo es “CD3-9 Elbow,5gore,90 Degree, r/D=1,5” cuyos valores son los siguientes:
D, mm Co

75 0.51

150 0.28

230 0.21

300 0.18

380 0.16

450 0.15

530 0.14

600 0.13

690 0.12

750 0.12

1500 0.12

Tabla 2. Coeficientes de pérdida para codos, según el diámetro.

Como la ecuación (1) está en unidades diferentes a las usadas comúnmente, la siguiente ecuación posee las correcciones necesarias paraque los datos ingresados y obtenidos, estén en unidades del sistema internacional.

        2   1  530   Q  3.28   MW fluido   Poperación    P  C          249.08  4005   28.97   14.7        460   9 º C  40  40    Z     5             
(2) Donde: P es la caída de presión en Pa  Q es el caudal del aireen m 3 min





MW fluido es el peso molecular del fluido

Poperación es la presión de operación del sistema  psia 
º C es la temperatura en grados Celsius. Z es el factor de compresibilidad del gas.

Pérdida de carga en Flexibles Para el cálculo de pérdida de carga en los flexibles, se considerará al flexible como una tubería rugosa, con una rugosidad absoluta igual a la profundidadde las “ondas”. La ecuación que se utilizará no será la misma que en el caso anterior con un coeficiente de pérdida para tubos rugosos, ya que esta es una aproximación muy general, y no funciona en el caso de rugosidades absolutas muy grandes. Por lo tanto la ecuación que se utilizará deberá depender explícitamente de la rugosidad absoluta. Esta ecuación es:
2  L    v   P  f       D  2 

(3)

Donde: P es la caída de presión en Pa  L es el largo de la tubería en metros. D es el diámetro de la tubería en metros.  es la densidad del aire a la temperatura de operación.

v es la velocidad del aire en m s  f es el factor de fricción de la tubería.
Existen varias ecuaciones para calcular el valor del coeficiente de fricción. En este caso se utilizará la...
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