Pérdida Cargas En Accesorios

Cuando se produce una pérdida de energía de manera pequeña en una región cercana localizada en donde se realiza los cambios de geometría del conducto o en el cambio de dirección de los fluidos (bifurcaciones, válvulas, codos, entre otros), es porque existe una alteración de las condiciones del flujo.

Este tipo de pérdida se las conocen como pérdidas menores, aunque las misma pueden implicar que en muchas situaciones estas pérdidas pueden ser relevantes causada por la fricción. A este tipo de pérdidas se puede determinar por dos métodos diferentes, mencionado a continuación (Mott, 2006).

 Ecuación fundamental de las pérdidas de carga Secundarias

 Longitud de tubería equivalente

El desplazamiento del fluido se manera uniforme por una tubería recta, larga y de diámetro constante, la configuración del flujo determina la distribución de la velocidad sobre el diámetro de la tubería.

Cualquier obstáculo en la tubería puede ocasionar el cambio de la dirección de la corriente ya sea de manera parcia lo total, provocando la pérdida de energía.

La pérdida de presión total es producida por una válvula, debido a los siguientes factores:

o La pérdida de presión dentro de la válvula

o La pérdida de presión en la tubería de ingreso es mayor que la se origina normalmente si no hay válvula en la línea. Este efecto es pequeño.

o La pérdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se origina normalmente si no hay válvula en la línea. Este efecto es muy grande.

3.4.2.1 Ecuación de las pérdidas de carga por accesorios

Las pérdidas de energía son generadas en relación de la proporción de la carga de la velocidad del flujo, a medida que pasa por medio de un codo, expansión o contracción de la sección del flujo, o por una válvula. De manera general se representa como un coeficiente de resistencia K multiplicado por la altura de velocidad.

ℎ𝑚 = 𝐾𝑉² 2𝑔

El método exacto para el cálculo del coeficiente de resistencia K para válvulas o acoplamientos es mediante la siguiente ecuación.

𝐾 = (𝐿𝑒 𝐷𝑖) 𝑓_𝑟

Le = Longitud equivalente (longitud de una tubería recta del mismo diámetro nominal que del accesorio).

D = Diámetro interior real de la tubería.

𝑓^𝑡= factor de fricción en la tubería a la que está conectada el accesorio (que se da por hecho esta en la zona de turbulencia completa).

Tabla 1: Tipo de accesorios

Accesorios (Le/Di)

Codo Estándar de 90º 30

Codo Estándar de 45º 16

Codo Curvo 90º 20

Codo en U 50

Te Estándar: Con Flujo Directo Con Flujo en el ramal Con Flujo Bilateral

20 60 65

Unión o Universal 6

Válvula Angular Abierta 150

Válvula de Bola o Esférica abierto totalmente 150

Válvula de Compuerta: Abierto totalmente 8 3⁄4 abierto

1⁄2 abierto 1⁄4 abierto

35 160 900

Válvula de Globo abierta totalmente 340

Válvula de retención (check): Convencional en Y 50 100 Válvula de pie con colador: Disco de vástago

Disco de bisagra

420 75 Fuente: Mecánica de fluidos (Mott, 2006)

3.4.2.2 Coeficientes de resistencia

Las pérdidas de energía sin producidas a la proporción de la cabeza de la velocidad del flujo a utilizar alrededor del codo, por medio de la contracción o la dilatación de la sección de flujo, por medio de la válvula. Los valores experimentales de pérdidas de energía generalmente se reportan en términos de un coeficiente de resistencia K, de la siguiente forma:

𝐻_𝐿 = 𝐾 (𝑉² 2𝑔)

En esta fórmula, 𝐻_𝐿 está representada como la pérdida menor, siendo la letra K, el coeficiente de resistencia y V es la velocidad del flujo promedio en el conducto en la vecindad donde se presenta la pérdida menor. En algunos casos, puede haber más de una velocidad de flujo.

El coeficiente de resistencia no tiene unidades, ya que representa una constante de proporcionalidad entre la pérdida de energía y la cabeza de velocidad. La magnitud del coeficiente de resistencia depende de la geometría del dispositivo que ocasiona la pérdida y algunas veces depende de la velocidad de flujo

3.4.2.3 Método de las longitudes equivalentes

Este método toma en cuenta de manera relativa pérdidas locales, es decir las pérdidas longitudinales equivalentes de las tuberías. Las tuberías esta compuestas por diferentes piezas especiales y características, basada desde las pérdidas de carga, equivale a una tubería rectilínea de mayor extensión.

Para la realización de este método consiste en adicionar la extensión de la tubería, con el objetivo de calcular la cantidad que se adicione, cuyas extensiones son debido a la pérdida de carga que es ocasionada por piezas especiales que tiene el sistema de tubería. Cada una de estas piezas especiales se encuentra en cada extensión correspondiente adicional y ficticia.

Además, que se tiene consideración todas las piezas especiales y demás causas de pérdidas, se llega a una extensión virtual de tubería.

La pérdida de carga a lo largo de las tuberías, puede ser calculada y conocida por la fórmula de Darcy-Weisbach.

Para una determinada tubería, L y D son constantes y como el coeficiente de fricción F no tiene dimensiones, la pérdida de carga será igual al producto de un número puro por la carga de velocidad 𝑉²/2g.

Se puede observar que la pérdida de carga al pasar por conexiones, válvulas, entre otros, varía en función de la velocidad que se tiene para el caso de resistencia al flujo en tramos rectilíneos de la tubería. Debido a esto, se puede expresar las pérdidas locales en función de extensiones rectilíneas de tubo.

Se puede obtener la extensión equivalente de tubo, el cual corresponde a una pérdida de carga equivalente a la pérdida local, obteniéndose la siguiente expresión:

𝐿 =(𝐾𝐷) 𝑓