1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI
Carrera:
Ingeniería Química
Asignatura:
Laboratorio Integral I
Reporte de:
Práctica #5
Nombre de Práctica:
Determinación de Pérdidas de Carga en Accesorios y Válvulas
Alumno:
Fierros Valdez Liliana M.
Académico:
Norman Edilberto Rivera Pazos
Abril 24 del 2010
2. ÍNDICE
LABORATORIO INTEGRAL I
PRACTICA #5
DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS DE CARGA EN ACCESORIOS Y
VÁLVULAS
1.- OBJETIVOS.................................................... .............................................................
2.- MOTIVACIÓN.............................................................................................................
3.- FUNDAMENTO TEÓRICO........................................................................................
Accesorios de Tuberías
Codos
Válvulas
Pérdida de Carga
4.- MODELO MATEMÁTICO.........................................................................................
5.-DISEÑO DE LA PRÁCTICA.......................................................................................
Material y Equipo
Variables y Parámetros
6.- TABLA DE DATOS Y GRÁFICAS............................................................................
7.-CONCLUSIONES.............................................. ...........................................................
8.- REFERENCIAS............................................... ...........................................................
3. OBJETIVOS
- Obtener número de Reynolds y coeficiente de fricción para así obtener las pérdidas por fricción que
se originan por accesorios como los codos, o por válvulas.
MOTIVACIÓN
Es importante para la ingeniería química poseer conocimientos respecto al comportamiento de flujo de
fluidos, así como el poder seleccionar las variables óptimas que se involucran en un proceso industrial
que utilice sistemas de tuberías, depósitos, accesorios, etc. A través del cálculo del número de
Reynolds, coeficiente de fricción y pérdida por cargas, podemos predecir el tipo de flujo y podemos
también llevar a cabo una selección de tipos de tuberías, material para éstas, válvulas y accesorios a
utilizar para tener un sistema eficiente.
4. FUNDAMENTO TEÓRICO
Accesorios de Tuberías.- Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos
mediante un procedimiento determinado forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de
proceso.
Tipos:
Entre los tipos de accesorios más comunes se puede mencionar: bridas, codos, tes, reducciones, cuellos
o acoples, válvulas, empacaduras, tornillos y niples.
Codos.- Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas
tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías.
TIPOS. Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la pre-fabricación de piezas de tuberías
y que son fundidos en una sola pieza con características especificas y son: codos estándar de 45°, codos
estándar de 90°, codos estándar de 180°.
Características:
Diámetro. Es el tamaño o medida del orificio del codo entre sus paredes los cuales existen desde ¼''
hasta 120'' ". También existen codos de reducción.
Ángulo. Es la existente entre ambos extremos del codo y sus grados dependen del giro o
desplazamiento que requiera la línea.
Radio. Es la dimensión que va desde el vértice hacia uno de sus arcos. Según sus radios los codos
pueden ser: radio corto, largo, de retorno y extralargo.
Espesor. Es una normativa o codificación del fabricante determinada por el grosor de la pared del codo.
Aleación. Es el tipo de material o mezcla de materiales con el cual se elabora el codo, entre los mas
importantes se encuentran: acero al carbono, acero a % de cromo, acero inoxidable, galvanizado, etc
Junta. Es el procedimiento que se emplea para pegar un codo con un tubo, u otro accesorio y esta puede
ser: soldable a tope, roscable, embutible y soldable.
Dimensión. Es la medida del centro al extremo o cara del codo y la misma puede calcularse mediante
formulas existentes.
5. Válvulas.- Es un accesorio que se utiliza para regular y controlar el fluido de una tubería. Este proceso
puede ser desde cero (válvula totalmente cerrada), hasta de flujo (válvula totalmente abierta), y pasa
por todas las posiciones intermedias, entre estos dos extremos.
Tipos: Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del
obturador.
Válvula de Globo. Siendo de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado
respectivamente.
Válvula en Angulo. Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada
para disminuirla erosión cuando ésta es considerable por las características del fluido o por la excesiva
presión diferencial.
Válvula de tres vías. Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos, o bien para
derivar un flujo de entrada dos de salida.
Válvula de Jaula. Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a
las características de caudal deseadas en la válvula.
Válvula de Compuerta. Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano o de forma especial, y
que se mueve verticalmente al flujo del fluido.
Válvula en Y. Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza
por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal.
Válvula de Cuerpo Partido. Es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el
cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento.
Válvula Saunders. El obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un
servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido.
Válvula de Compresión. Funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por
ejemplo, un tubo de goma.
Válvula de Obturador excéntrico rotativo. Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un
movimiento rotativo excéntrico y que esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles.
6. Válvula de obturador cilíndrico excéntrico. Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra
un cuerpo cilíndrico.
Válvula de Mariposa. El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira
transversalmente un disco circular.
Válvula de Bola. El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en
forma de bola o esfera.
Válvula de Orificio Ajustable. El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica
que esta perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida y que gira mediante una palanca
exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor.
Válvula de Flujo Axial. Las válvulas de flujo axial consisten en un diagrama accionado
reumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un
obturador formado por un material elastómero.
Filtros.- Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de origen
externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de las superficies de la
maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido
hidráulico.
• Filtro de impulsión o de presión: situado en la línea de alta presión tras el grupo de impulsión
o bombeo, permite la protección de componentes sensibles como válvulas o actuadores.
• Filtro de retorno: en un circuito hidráulico cerrado, se emplaza sobre la conducción del fluido
de retorno al depósito a baja presión o en el caso de filtros semi-sumergidos o sumergidos, en el
mismo depósito. Actúan de control de las partículas originadas por la fricción de los
componentes móviles de la maquinaria.
• Filtro de venteo, respiración o de aire: situado en los respiraderos del equipo, permite limitar
el ingreso de contaminantes procedentes del aire.
• Filtro de recirculación: situados off-line, normalmente sobre la línea de refrigeración que
alimenta el intercambiador de calor, permiten retirar los sólidos acumulados en el depósito
hidráulico.
• Filtro de succión: llamados también strainers, se disponen inmediatamente antes del grupo de
impulsión a manera de proteger la entrada de partículas al cuerpo de las bombas.
• Filtro de llenado: se instalan, de manera similar a los filtros de venteo, en la entrada del
depósito habilitada para la reposición del fluido hidráulico de manera que permiten su filtración
y la eliminación de posibles contaminantes acumulados en el contenedor o la línea de llenado de
un sistema centralizado.
7. Pérdida de Carga.- Es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas
del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene.
Pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a
circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una
válvula, etc.
MODELO MATEMÁTICO
Las principales fórmulas empíricas empleadas en el cálculo de la pérdida de carga que tiene lugar en
tuberías:
Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach. Sin embargo por
su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" de fricción ha caído en desuso. Aún así, se puede
utilizar para el cálculo de la pérdida de carga en tuberías de fundición. La fórmula original es:
h = f · (L / D) · (v2 / 2g)
En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma:
h = 0,0826 · f · (Q2/D5) · L
En donde:
• h: pérdida de carga o de energía (m)
• f: coeficiente de fricción (adimensional)
• L: longitud de la tubería (m)
• D: diámetro interno de la tubería (m)
• v: velocidad media (m/s)
• g: aceleración de la gravedad (m/s2)
• Q: caudal (m3/s)
Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen otro tipo de pérdidas que se originan en
puntos singulares de las tuberías (cambios de dirección, codos, juntas...) y que se deben a fenómenos de
turbulencia. La suma de estas pérdidas de carga accidentales o localizadas más las pérdidas por
rozamiento dan las pérdidas de carga totales.
Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas sólo se pueden determinar de forma
8. experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias,
pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente empírico (K):
La pérdida de carga (hL) que se genera a través de un accesorio puede ser como:
hL= ΔP/ γ = Ka (v2/2g)
En esta ecuación, hL es la pérdida de carga por fricción para cada accesorio, ΔP es la caída de presión
del accesorio o tubería, γ es la densidad del fluido (kg/m3) por la gravedad, Ka se refiere al coeficiente
de fricción (adimensional) para el tramo de tubería o para el accesorio, v es la velocidad lineal media a
la que pasa el fluido (m/s), g es la aceleración gravitatoria (m/s2)
DISEÑO DE LA PRÁCTICA
Variables y parámetros
Accesorios:
– Reducción
– Ensanchamiento
– Codo de 90º
– Válvula de bola
– Asiento inclinado
– Diafragma
– Filtro
Tubo de PVC
Longitud = 1 m
Diámetro interior = 0.0170 m
Temperatura = 19ºC
Materiales y Equipo.-
Mesa de hidrodinámica del laboratorio de Química.
11. CONCLUSIÓN
Los accesorios tales como codos, válvulas, ensanchamientos, reducciones permiten la conexión de
tuberías, cambiar la dirección del flujo, hacer cambios de diámetro etc. Esto trae como consecuencia
una pérdida de carga. La práctica nos permitió obtener gasto y caída de presión, datos con los que
pudimos obtener valores de velocidad, número de Reynolds y coeficientes de pérdida por fricción,
tanto experimental como teórico.
Se puede observar al graficar Reynolds vs coeficiente de pérdida por fricción:
En el caso de codos, ensanchamientos y reducciones, al disminuir Reynolds, los valores para el
coeficiente de pérdida de carga por fricción también disminuyen. Tanto Reynolds como hL son
directamente proporcionales a la velocidad del flujo.
Para válvulas y filtro, al disminuir el número de Reynolds, el factor de fricción aumentó. La pérdida de
carga es directamente proporcional al factor de fricción (ϝ) y el factor a su vez está en función del
número de Reynolds y la rugosidad relativa. Las gráficas obtenidas en este caso son parecidas a las
presentes en el diagrama de Moody.
