Pérdida de energía en tuberías por accesorios

Pérdida de energía en tuberías por accesorios:

A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otro dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo.

Hay tipos de pérdidas que son muy pequeñas en comparación, y por consiguiente se hace referencia de ellas como pérdidas menores, las cuales ocurren cuando hay un cambio en la sección cruzada de la trayectoria de flujo o en la dirección de flujo, o cuando la trayectoria del flujo se encuentra obstruida como sucede en una válvula, codos, tees, reductores de diámetro, etc.

En los accidentes de la conducción (uniones, codos, juntas, ensanchamientos, estrechamientos, válvulas, etc.) se producen cambios de velocidad y dirección que distorsionan el flujo y generan turbulencias que intensifican el rozamiento, contribuyendo de manera importante a la pérdida de energía mecánica del fluido.

El conocimiento de estas pérdidas por fricción en conducciones tiene gran importancia por ser necesario para calcular el trabajo mecánico que es necesario aplicar al fluido, mediante bombas, en el caso de líquidos o fluidos no compresibles, para mantener una determinada presión o velocidad (y por lo tanto, un determinado caudal).

Además de las pérdidas de energía por fricción, hay otras pérdidas "menores" asociadas con los problemas en tuberías. Se considera que tales pérdidas ocurren localmente en el disturbio del flujo. Estas ocurren debido a cualquier disturbio del flujo provocado por curvaturas o cambios en la sección. Son llamadas pérdidas menores porque pueden despreciarse con frecuencia, particularmente en tuberías largas donde las pérdidas

h

h

h

h

Bomba

Válvula

Turbina

Codo

debidas a la fricción son altas en comparación con las pérdidas locales. Sin embargo en tuberías cortas y con un considerable número de accesorios, el efecto de las pérdidas locales será grande y deberán tenerse en cuenta.

Las pérdidas menores son provocadas generalmente por cambios en la velocidad, sea magnitud o dirección. Experimentalmente se ha demostrado que la magnitud de las pérdidas es aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad. Es común las pérdidas menores se expresan como:

g

V

K

acc

h

2



 hfacc Perdida de energía de un accesorio.

 K  Coeficiente de pérdida del accesorio  V Velocidad media

 g Aceleración de la gravedad

Pérdida en una expansión súbita:

Un ensanchamiento súbito en la tubería provoca un incremento en la presión de P1 a P2 y un decrecimiento en la velocidad de V1 a V2

Pérdida en una expansión súbita.

La separación y turbulencia ocurre cuando el flujo sale del tubo más pequeño y las condiciones normales del flujo no se restablecen hasta una cierta distancia aguas abajo. Una presión P0 actúa en la zona de remolinos y el trabajo experimental ha demostrado que P0 = P1. Aislando el cuerpo del fluido entre las secciones (1) y (2)

Pérdida en una contracción súbita:

El flujo a través de una contracción súbita usualmente involucra la formación de una vena contracta en el tubo pequeño, aguas abajo del cambio de sección. La pérdida total de energía en una contracción súbita se debe a dos pérdidas menores separadamente. Éstas son causadas por:

 La convergencia de las líneas de corriente del tubo aguas arriba a la sección de la vena contracta.

 La divergencia de las líneas de corriente de la sección de la vena contracta al tubo aguas abajo

Pérdida en una contracción súbita.

El proceso de convertir carga de presión en carga de velocidad es bastante eficaz, de ahí que la pérdida de carga de la sección (1) hasta la vena contracta (sección de mayor contracción en el chorro) sea pequeña comparada con la pérdida de la sección de la vena contracta hasta la sección (2), donde una carga de velocidad se vuelve a convertir en carga de presión. Por esto una estimación satisfactoria de la pérdida total hL , puede establecerse considerando únicamente la pérdida debida a la expansión de las líneas de corriente

Salida de una tubería en un tanque:

Un caso especial ocurre en el flujo que entra a una tubería proveniente de un tanque. Como la pérdida de energía depende del valor del coeficiente de contracción Cc, pueden hacerse varias modificaciones en la forma de la entrada al tubo para reducir las pérdidas. Por ejemplo una entrada de boca campana reduce considerablemente el coeficiente de pérdidas K

Salida de una tubería de un tanque

Pérdidas de carga ocasionadas por una válvula:

Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Existe una gran variedad morfológica, con función de los distintos fluidos a transportar y del dispositivo de cierre (válvula de bola, de compuerta, de mariposa, etc.).

En el flujo de fluidos incompresibles a través de válvulas de control se cumplen las leyes de conservación de masa y 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 se recupera parte de esta energía, mientras que la otra parte se pierde en forma de calor por rozamiento.

Dibujos que representan algunos tipos de válvulas:

Válvula de globo: Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería

Válvulas de mariposa: La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación.

Válvulas de bola: Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto.

Válvulas de compuerta: La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento.

Válvula reguladora: Mecanismo controlador de un circuito de aire comprimido que ajusta el caudal que circula por los conductos de distribución, modificando la anchura de la sección del paso del aire.

Pérdidas de carga ocasionadas por Codos:

Los 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.

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°

 STREETER, Victor y E. Benjamin Wylie. Fundamentos de Mecánica de Fluidos. Mc Graw Hill. 8va. Edición.

 GILES, Ronald.

Mecánica de fluidos e Hidráulica

Serie Schaum. Mc Graw Hill. 3ra. Edición.

PAGINAS WEB:  www.galeon.com/fluidos1/ecuaciones.ppt  www.fluidos.eia.edu.co/lhidraulica/guias/perdidaslocalesentuberias/perdidas locales  www.construaprende.com/Lab/7/Prac7_1.html -  www.mf-ct.upc.es/JMBergada/mf/practicas/Pr%E0cti15.doc  www.monografias.com/.../valvus/Image193.gif  www.protarsa.com/F5100l.jpg