Flujo en cañerias

Universidad Nacional de La Plata – Facultad de Ingeniería


Flujo en cañerías

Introducción
La presente experiencia se centra en la observación de cómo afecta la configuración del sistema de transporte de fluido al flujo, es decir, se intenta cuantificar las pérdidas de presión que ocasionan los distintos elementos en una tubería, ya sea por fricción en tubos largo, por accesorios talescomo válvulas, codos, etcétera o por cambios de altura en la tubería. Mas concretamente, la configuración de tuberías que se dispone es la siguiente:

Con el fin de visualizar distintas alternativas de medición, se introdujo en dos puntos determinados (7 y 8), unas conexiones a un transductor piezoeléctrico, el cual transforma perturbaciones mecánicas en respuestas eléctricas y se utiliza comomanómetro digital. El mismo proporciona las medidas de la presión manométrica en escalas de Volts, ya que el instrumento trae incorporado una correspondencia lineal entre valores de voltaje y los correspondientes valores de presión en medidas de [Kg/cm2]

Objetivos
1. Determinar la potencia transferida por la bomba al flujo y calcular el rendimiento de la misma sabiendo que esta es ½ HP.Comparar con las presiones calculadas teóricamente.
2. Medir el caudal que circula por la tubería cerrando la válvula a 45⁰ y determinar el coeficiente de pérdidas de la válvula.
3. Calcular para ambos caudales la caída de presión por fricción en los tramos rectos y comparar con los valores medidos.
Desarrollo
1era Parte: Válvula completamente abierta
Para calcular la potencia de la bomba,lo primero que se tuvo que determinar fue el caudal que circula por la tubería con la válvula abierta, para lo cual se procedió al llenado del recipiente de 14 litros midiéndose el tiempo que tardaba la operación, el cual fue de 27,7 segundos, por lo cual el caudal (promedio) por la tubería es de 0,5 L/seg (0,0005 m3/s).
Q=0,5Ls=0,0005m3s
Hallado el caudal, se procede a determinar quepotencia transfiere la bomba al flujo planteando la ecuación de la energía entre los puntos i y f, los cuales son los puntos inicial y final (recipiente) de la tuberia esto es:
Piρg+Vi22g+zi=Pfρg+Vf22g+zf+Q22gA2kKk+frLD-hb (1)
En donde la sumatoria de los K son la suma de los coeficientes de pérdidas por accesorios, y fr es el factor de fricción para el tramo de tubería de diámetro D.
El coeficientede fricción depende del número de Reynolds en la tubería, el cual depende del caudal, siendo la expresión de este número:
Re=4QρπμD 2
Por lo cual, para las tuberías de 1” y ½” los números de Reynolds y coeficientes de fricción son:
* 1”: Re = 25063 ; f = 0,0245
* ½”: Re = 50128 ; f = 0,021
Por lo tanto, con estos datos y las longitudes de los caños dadas en la figura, para elcalculo de la altura de bomba y posteriormente la potencia de la misma transferida al fluido se procede con la siguiente expresión, derivada de la anterior ecuación de la energía:
hb=-1ρgi=012∆Pi en donde ∆Pi=ρg(∆zi+Qi22gAi2(iKi+friLiDi)) (3)
En donde cada subíndice i indica el tramo de cañería que se esta considerando. Estas caídas de presión fueron calculadas en una planilla deExcel, insertando los datos que se conocen a priori como referencia para las ecuaciones, tales como caudales, densidad, diámetros, áreas, perdidas por accesorios y factores de fricción calculados arriba, y se fueron considerando en cada tramo la longitud L correspondientes, las perdidas por accesorios y los respectivos diámetros. Todo lo dicho anteriormente se condenso en la siguiente tabla:Tramo | Longitud total [m] | Accesorios | P Calculado [Pa] | P medido [Pa] | Error relativo % |
i-1 | 0,78 | 3 codos 90⁰ 1” (K=3x1,5) | 777,836 | - | - |
1-2 | 2,55 | - | -1196,0977 | -689,47 | 42,36% |
2-3 | 0,62 | 2 codos 90⁰ 1” (K=2x1,5) | -5865,682 | -6205,29 | 5,79% |
3-4 | 1,52 | - | -712,968 | -1379,9 | 93,54% |
4-5 | 0,62 | 2 codos 90⁰ 1” (K=2x1,5) | -5865,682 | -2068,4 | 64,74%...