Perdidas En Valvulas

PERDIDA DE ENERGIA EN VALVULAS


Las pérdidas que tienen lugar en codos, juntas, válvulas, etc., se llaman pérdidas singulares, o menores, aunque en numerosas ocasiones sean tan importantes como las que se producen por el rozamiento con la tubería.
Esta práctica tiene por objetivo el estudio de las pérdidas de carga en una válvula de control, así como la realización de la curvacaracterística de la válvula.

Pérdidas de carga ocasionadas por una válvula

Una válvula es un dispositivo que sirve para controlar el flujo en un conducto cerrado, existiendo una gran variedad morfológica, función de los distintos fluidos a transportar y del dispositivo de cierre (válvula de bola, de comporta, de mariposa, etc.).
Algunos ejemplos de válvulas aparecen en la figura nº1. En el flujo defluidos incompresibles a través de válvulas de control se cumplen las leyes de conservación de masa i energía.
Así, cuando el fluido que se desplaza en el interior de una tubería atraviesa una restricción, se acelera, debiendo tomar la energía necesaria para la aceleración de la energía de presión del líquido o carga piezométrica. Una vez atravesada la contracción que supone la válvula serecupera parte de esta energía, mientras que la otra parte se pierde en forma de calor por rozamiento. La figura nº2 muestra el gradiente de presión alrededor de una válvula u orificio.
Si aplicamos la ecuación de Bernoulli, despreciando el rozamiento y otras influencias no ideales, tendremos entre los puntos 1 i 2 (Fig. 2):
[pic] (1)

donde v1 i v2 son las velocidades medias del fluido en lassecciones a1 i a2 respectivamente, g es la aceleración de la gravedad i h es la variación de la carga piezométrica entre 1 i 2.


Fig.1. Estructura de una válvula.
Fig. 2 Válvula de control, mostrando el área contraída y la vena contracta. La curva describe el valor de la presión en las distintas secciones del flujo.


Sin embargo, es preciso tener en cuenta la influencia de la contracciónde la vena, por tanto si aplicamos Bernoulli entre les secciones 1 i 3 de un fluido afectado por una contracción (Fig. 2) tendremos:

[pic] (2)
donde:
- qt: caudal teórico.
- ac: área de la vena contracta.
- a1: área de la tubería de entrada.

Como el caudal real que atraviesa la restricción es siempre menor que el caudal teórico de la expresión (2), y como el área de la venacontracta es también menor que la del orificio que la genera, se debe utilizar un factor “Cd”, llamado coeficiente de descarga y añadirse a la expresión (2)


Este factor comprende el efecto de contracción de la vena, así como la pérdida de energía debida al rozamiento. En ese caso la expresión (2) se convierte en:

[pic] (3)
siendo el coeficiente
[pic]

y “a” el área del orificio.

En laexpresión (3) se supone que P3 ha sido medido en la vena contracta, en el punto donde la sección de la misma es mínima. Si esta presión se mide, como es habitual, a una cierta distancia corriente abajo, entonces hay que sustituir P3 por P2 y debe incluirse otro coeficiente de corrección:

[pic] (4)
donde Pvc = P3


Utilizando unidades SI, y midiendo P2 corriente abajo, donde se recuperala presión, tendremos que la ecuación (3) puede expresarse del siguiente modo:

[pic] (5)
donde:
- q: caudal en m3/s
- a: área del orificio en m2
- (P = P1 - P2 en Pa
- (: densidad del fluido en Kg/m3









Figura 3. Representación grafica de coeficiente Kv

Si utilizamos el coeficiente experimental Kv (Fig. 3), definido como el caudal circulante para unapérdida de presión igual a 1 bar y dado por la expresión siguiente:

[pic] (6)


A continuación podremos expresar la ecuación (3) de la forma siguiente:

[pic] (7)

Cálculo de las pérdidas singulares y del coeficiente k

Las pérdidas singulares también pueden expresarse en términos de longitud equivalente (Le) de tubo del mismo diámetro que el elemento que crea dicha pérdida...