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PÉRDIDAS DE CARGAS POR FRICCIÓN


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1 PÉRDIDAS DE CARGAS POR FRICCIÓN Objetivos Estudio de pérdidas de energía por fricción, tanto en tramos rectos de tuberías (pérdidas de carga lineales), como en diferentes s característicos de las instalaciones (pérdidas de carga locales). Material Panel sobre el que se ha montado un circuito hidráulico que dispone de tramos de tuberías rectas de diferentes diámetros y materiales, estrechamientos, ensanchamientos, codos de diferentes ángulos y diferentes tipos de válvulas y de sistemas de medidas de caudal. Cada de la instalación cuenta con una toma de presión aguas arriba y abajo del mismo, de manera que se pueda conocer la pérdida de carga generada por el mismo. Las tomas son todas rápidas y de doble obturación, que impiden la fuga de agua al conectar o desconectar la toma manométrica. Medidas de presión: para realizar las lecturas de las presiones se dispone de los siguientes s de medida: Manómetro tipo Bourdon. Rango de lectura / 3 m.c.a. Mano-vacuómetro tipo Bourdon. Rango de lectura -76 cm. Hg / 15 m.c.a. Manómetro diferencial de columna de agua. Rango de lectura / 1. mm. c.a. Manómetro diferencial de columna de Mercurio. Rango de lectura / 6 mm. c. Hg. Medidas de caudal: para la determinación de los caudales el equipo cuenta con varios sistemas: Rotámetro. Rango de lectura - 6. l/h. Diafragma de diámetro interior 13 mm. Rango de lectura 8-4. l/h. Tubo de Venturi. Rango de lectura 8-4. l/h. Válvula medidora de caudal. Rango lectura 1-9. l/h. Grupo hidráulico: para proporcionar un flujo de agua en el circuito y la energía hidráulica necesaria para mantenerlo, se dispone de una bomba centrífuga y de un depósito de almacenamiento de agua. Éste cuenta con dos compartimentos, uno superior que recibe el agua procedente de la conducción de retorno y que accede al inferior a través de un vertedero, de esta forma se elimina el aire disuelto en el agua. La aspiración del agua la realiza la bomba del compartimento inferior. Además el depósito tiene una tapa para evitar la acumulación de polvo y partículas, manteniendo así el agua en mejores condiciones durante un periodo de tiempo más prolongado. Impulsión Bomba Retorno Depósito Aspiración A continuación se muestra el circuito hidráulico indicándose los diferentes s que lo compone. 1

2

3 Elementos 1. Curva de 9º 2. Válvula de bola 3. Diafragma 4. Codo de 45º 5. Filtro 6. Ensanchamiento suave 7. Ensanchamiento brusco 8. Tubería de PVC, longitud,515 m, interior = 13,6 mm 9. Tubería de PVC, longitud 1 m, interior = 21,2 mm 1. Estrechamiento suave 11. Purgador 12. Estrechamiento brusco 13. Manómetro y mano-vacuómetro tipo Bourdon 14. Válvula de compuerta 15. Te inclinada 16. Válvula antiretorno de clapeta 17. Manómetro de columna de agua 18. Válvula de membrana 19. Tuerca de unión 2. Válvula de asiento 21. Tubería de cobre, longitud 1 m, int = 16 mm 22. Tubería de acero galvanizado, longitud 1m, interior = 16 mm 23. Tubo de Venturi 24. Toma manométrica 25. Rotámetro 26. Codo de 9º 27. Manómetro de columna de mercurio 28. Te recta 29. Depósitos de seguridad 3

4 Método experimental 1. Comprobar que la válvula de membrana (18), la de bola (2), y la de compuerta (14) están cerradas. (La válvula de bola está cerrada cuando su manivela está colocada en posición perpendicular a la tubería en la que se encuentra). 2. Poner en marcha la bomba. 3. Abrir lentamente la válvula de membrana (18) varias vueltas. El agua no fluirá pues las demás válvulas están cerradas. La instalación se encuentra presurizada y sin circulación de caudal. 4. En esta situación, se procede a comprobar si el manómetro de columna de agua (17), a la derecha, se encuentra equilibrado y las columnas de agua tienen la altura adecuada: se conectan los dos tubos de conexión simultáneamente a las dos tomas de la tubería de cobre (21). La forma de conectar y desconectar los tubos a las tomas es la que se indica en la siguiente figura (para desconectarlos, hay que apretar la lengüeta metálica de la parte superior, liberándose el tubo): Conectar Desconectar Después de unos segundos, las columnas de agua se deben estabilizar en la misma altura. Si no fuese así, habría que equilibrarlas. Para ello, avisar al profesor antes de proceder al equilibrado (ver procedimiento al final). 5. Abrir totalmente la válvula de compuerta (14) e ir abriendo lentamente la válvula de membrana (18), hasta conseguir un caudal de 6 l/h, midiéndolo en el rotámetro (25). La parte superior del flotador del rotámetro indica el caudal, y para medirlo bien hay que colocarse mirando de frente al flotador, de forma que quede a la altura de los ojos. 6. Inicialmente, las pérdidas de carga se pueden medir con el manómetro de columna de agua (17). Para ello, se conectan los dos tubos de conexión simultáneamente a las dos tomas entre las cuales se quiere medir la diferencia de presión. La diferencia de altura entre las columnas es la diferencia de presión en mm de columna de agua. En el momento en que no sea posible medir la diferencia de presión con este manómetro (porque alguna de las columnas se salga por arriba o por debajo), hay que recurrir al manómetro de Bourdon (13). Para medir la pérdida de carga, hay que conectar uno de los dos medidores primero a una toma y luego a la otra. El medidor de la derecha permite medir presiones mayores que el de la izquierda, aunque ambos tienen la misma precisión. Si 4

5 la presión fuese menor de 1,5 kgf/cm 2 (15 m.c.a.), es posible usar los dos a la vez, conectando uno a una toma y el otro a la otra. (1 kgf/cm 2 = 1 m.c.a.) Procedimiento de equilibrado del manómetro: El procedimiento es el siguiente: - Cerrar todas las válvulas (hay que cerrar la válvula de membrana (18) que se abrió anteriormente). - Abrir el purgador (11) que se encuentra en la parte superior del manómetro con un destornillador o una moneda, como en la figura. De esta forma se elimina el exceso de aire que existe en el interior, equilibrándose con la presión atmosférica. - Si las columnas de agua tienen mucha altura, por encima de la mitad del manómetro, esperar a que desciendan las columnas de agua hasta la parte inferior del manómetro (¼ de la altura), con cuidado de que no llegue el aire a los tubos de conexión. Cerrar el purgador y abrir varias vueltas la válvula de membrana para comprobar que el manómetro está equilibrado. - Repetir hasta conseguir el equilibrado perfecto. Toma de datos, resultados y cuestiones 1. Para el caudal de 6 l/h, medir las pérdidas de carga en los siguientes s, y anotar los valores en las tablas adjuntas. - Pérdidas lineales Tubería de cobre (21), tubería de PVC (8), tubería de PVC (9) - Pérdidas locales Codo 9º (26), codo 45º (4), ensanchamiento brusco (7), válvula de compuerta (14) completamente abierta. 2. Ir aumentando el flujo, y repetir las medidas anteriores hasta completar las tablas. 3. Representar la variación de la pérdida de carga con la variación de caudal G en las gráficas adjuntas. 4. Para las pérdidas lineales, calcular las pérdidas de carga teóricas que corresponderían a cada tubería, para cada caudal elegido, y representarlas sobre la misma gráfica. Analizar e interpretar los resultados. 5. Para las pérdidas locales, calcular el coeficiente de resistencia K de cada. Calcular los coeficientes teóricos de cada. Analizar e interpretar los resultados. 6. Describir el funcionamiento del manómetro diferencial de columna de agua y del manómetro tipo Bourdon, explicando en qué casos sería más adecuado la utilización de cada uno de ellos. 5

6 a) Tubería de COBRE (21) Longitud 1 m int = 16 mm Rugosidad (ε) = mm Rugosidad relativa (ε/ int ) = medida ( ) exper Nº de Reynolds (Re) Factor de fricción (f ) teórica ( ) teór

7 b) Tubería de PVC (8) Longitud,515 m int = 13,6 mm Rugosidad (ε) = mm Rugosidad relativa (ε/ int ) = medida ( ) exper Nº de Reynolds (Re) Factor de fricción (f ) teórica ( ) teór

8 c) Tubería de PVC (9) Longitud 1 m int = 21,2 mm Rugosidad (ε) = mm Rugosidad relativa (ε/ int ) = medida ( ) exper Nº de Reynolds (Re) Factor de fricción (f ) teórica ( ) teór

9 d) Codo 9º (26) int = 21,2 mm medida ( ) exper 2 v 2g (m) medido del (K) exper. teórico del (K) teór

10 e) Codo 45º (4) int = 21,2 mm Pérdida de carga medida ( ) exper 2 v 2g (m) medido del (K) exper. teórico del (K) teór

11 f) Ensanchamiento brusco (7) 1 = 21,2 mm 2 = 45,2 mm Distancia toma aguas arriba ensanchamiento:,14 m Distancia ensanchamiento toma aguas abajo:,25 m medida ( ) exper 2 v 2g (m) medido del (K) exper. teórico del (K) teór

12 g) Válvula de compuerta (14) completamente abierta int = 21,2 mm medida ( ) exper 2 v 2g (m) medido del (K) exper. teórico del (K) teór

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