UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

CIENCIAS AGROPECUARIAS

INGENIERA AGROINDUSTRIAL

PRDIDA DE CARGA EN TUBERAS Y ACCESORIOS

CURSO: LABORATORIO DE INGENIERA DE ALIMENTOS I

ALUMNA: MARTNEZ SALDAA YURICO ELIZABETH

PROFESOR: M.SC. GUILLERMO A. LINARES LUJN CICLO: VI

TRUJILLO-PER2011

PERDIDA DE CARGAS EN INSTALACIONES DE FLUJO DE FLUIDOS

I. OBJETIVOS

Aplicar el principio de Bernoulli en la determinacin de la prdida de carga de una instalacin. Aplicar la Ecuacin de Daray-Weisbach para la instalacin de las prdidas de carga. Relacionar el Efecto de la variacin del caudal con las prdidas de carga.

II. FUNDAMENTO TERICOUn cilindro se movera en un fluido ideal sin experimentar resistencia alguna. Ahora bien, fluido ideal es aquel que cuya viscosidad =0. Pero nos encontramos en el hecho paradjico de que el agua y el aire (fluidos los ms interesantes en la tcnica) siendo muy poco viscosos ofrecen a un cilindro en movimiento una gran resistencia. Este hecho se conoce con el nombre de Paradoja de DAlambert. La explicacin de esta paradoja nos conduce lgicamente a dos conceptos de primordial importancia en Mecnica de Fluidos: la capa limite y el desplazamiento de la capa limite.La prdida de carga en una tubera o canal, es la prdida de energa dinmica del fluido debida a la friccin de las partculas del fluido entre s y contra las paredes de la tubera 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 direccin, la presencia de una vlvula.El transporte por tubera, disciplina que estudia la conduccin de fluidos. Las tuberas recorren grandes distancias en tramos que pueden ser superficiales, subterrneos o submarinos, y en su recorrido incorporan estaciones de distribucin, impulsin o bombeo y otras llamadas ventosas, encargadas de eliminar el aire que se puede acumular en el interior del conducto entorpeciendo la circulacin del fluido.Muchos son los procesos industriales en los que es necesario transportar un alimento lquido desde un punto a otro dentro de las diferentes etapas de procesado que lo componen. Algunos ejemplos en los que se transportan lquidos alimentarios a travs de tuberas se encuentran en la industria lctea en la que es preciso transportar la leche, por ejemplo, desde los depsitos de refrigeracin hasta los intercambiadores de calor o equipo de pasteurizacin. Tambin en industrias de elaboracin de zumos entre diferentes puntos del proceso de elaboracin, como en el caso del transporte del zumo concentrado desde la descarga del ltimo evaporador a la bodega de almacenamiento, pasando a travs de un ltimo intercambiador en donde se le baje la temperatura.

Prdida de carga en accesoriosSe propusieron diversas frmulas para el clculo de diversas prdidas de carga por frotamiento, cuando los fluidos circulan en curvas, accesorios, etc. Pero el mtodo ms sencillo es considerar cada accesorio o vlvula como equivalente a una longitud determinada de tubo recto. Esto permite reducirlas prdidas en los tubos, las vlvulas o accesorios aun denominador comn: la longitud equivalente del tubo de igual rugosidad relativa.Para los accesorios soldados se encuentran anlogas equivalencias de longitud de tubo, pero para las vlvulas contracciones y expansiones se aplican las mismas longitudes equivalentes (Diagrama de Crane). Los codos soldados son de radios cortos o largos y sus equivalencias en tubo vienen expresados en dimetros de tubo en el siguiente cuadro:Cuadro 1. Codos Soldados y equivalencias en TuboCodo SoldadoLongitud equivalente en dimetro de Tubo

Radio Largo a 455.6

Radios Cortos a 458.0

Radio Largo a 909.0

Radio Corto a 9012.5

Radio Largo a 18012.21

Radio Corto a 18016.9

La presencia de llaves de paso, ensanchamientos, codos, estrechamientos, tees, etc. Introduce prdidas de carga suplementarias en toda instalacin, por alterar la direccin del flujo o modificar la velocidad lineal de desplazamiento de algunos filetes de vena fluida.Salvo las prdidas debidas en los ensanchamientos y estrechamientos, las de los codos, tees y llaves son complicadas de evaluar algebraicamente. El Diagrama de Crane es un nomograma que puede ser til con tal objeto, se emplea as: supongamos que se quiera saber la prdida de carga que produce un codo de 45, de 10 pulg. de dimetro interior. Unimos el punto de estos codos (tercer punto de la escala izquierda, empezando por abajo) con la divisin 10 de la escala derecha. La recta as trazada corta a la escala central en la divisin 3,5, lo cual significa que la prdida de carga producida por dicho codo es la misma que la producen 3,5 m. de la tubera recta de 10 pulg de dimetro interior. Dicha longitud se llama Longitud Equivalente.Las prdidas de carga debida a los estrechamientos y a los ensanchamientos se pueden conocer tambin por Crane o algebraicamente:

Donde V2 es la velocidad lineal en la seccin ms estrecha, Kest. es una constante que depende de la relacin de reas (A2/A1) y que podra encontrarse en Grficos de Coeficientes de prdidas de carga o en Tablas de prdidas adicionales por friccin en accesorios.Los datos indican que la resistencia K tiende a disminuir al incrementarse el tamao del aditamento o la vlvulaTambin se pueden obtener valores aproximados de longitudes equivalentes dimetros multiplicando K por 45 en caso de lquidos similares al agua y por 55 en el caso de gases similares al aire. La mayora de los valores dados son para aditamentos de rosca stndard y es probable que su precisin tenga un margen del 30%. La diferencia de la prdida por friccin entre terminales de rosca, con reborde y soldadas son insignificantes. Los fabricantes y usuarios de vlvulas, sobre todas las de control, han encontrado que es conveniente expresar la capacidad de la vlvula mediante un coeficiente de flujo Cv, este coeficiente se relaciona con K por medio de la expresin:

En donde Cv es el coeficiente de flujo en la vlvula en gal/mi. de agua a 60F , que pasa por una cada de presin de vlvula de 1 lbf/pulg2 y d es el dimetro interno de la vlvula expresada en pulgadasPerdida Cargas En TuberasEn estructuras largas, la perdida por friccin es muy importante, por lo que es un objeto de constante estudio terico experimental para obtener resultados tcnicos aplicables.Es muy importante la diversidad actual de sistemas de transporte de fluidos se componen de tuberas y conductos tienen una extensa aplicacin como ser las plantas qumicas y refineras parecen un laberinto en tuberas, lo mismo que pasa con las plantas de produccin de energa que contienen mltiples tuberas y conductos para transportar los fluidos que intervienen en los procesos de conversin de energa. Los sistemas de suministro de agua a las ciudades y de saneamiento consisten en muchos kilmetros de tubera. Muchas maquinas estn controladas por sistemas hidrulicos donde el fluido de control se transporta en mangueras o tubos.Para realizar el estudio se deber tomar en cuenta la diferenciacin entre los flujos laminares y los turbulentos para lo cual recurriremos al nmero de Reynolds, a medida que el fluido fluye por un conducto u otro dispositivo, ocurren perdidas de energa debido a la friccin, tales energas traen como resultado una disminucin de la presin entre dos puntos del sistema de flujo, es ah donde parten los clculos del laboratorio ya que a partir de la diferencia de presin obtenida en el inicio y final de la tubera es que obtendremos el factor de friccin de la tubera, cabe destacar tambin la importancia de la determinacin del liquido y su temperatura ya que la determinacin del numero de Reynold variara de acuerdo a la viscosidad del fluido.La importancia de esta radica en que es muy necesario tomar en cuenta las prdidas de energa por la friccin que se produce entre las paredes de las tuberas o de los diferentes accesorios que conforman determinado equipo, ya que esto se traduce en costos adicionales, y esto debe ser tomado en cuenta, ya que forma una parte esencial de la labor que cada uno de nosotros tendr como futuros ingenieros de procesos, ya que la friccin ocasionada en la tubera puede dar como resultado daos en la misma, esto sucede por el flujo del fluido; cuando trae en su masa sedimentos que aparte de daar todo un sistema de tubera de cualquier empresa por efectos de corrosin podra daar equipos e instrumentos.

La importancia del laboratorio implica un buen registro de datos y la determinacin de todos los parmetros los cuales determinaran la veracidad de los resultados obtenidos.

Figura 1. Prdidas en tuberas y Accesorios.

La Teora De La Capa LimiteEsta teora se aplica precisamente en los fluidos poco viscosos como el aire y el agua.La figura 2.a representa un cuerpo solido sumergido en una corriente de fluido, por ejemplo, un perfil de ala de avin en una corriente de aire. Estudiamos la distribucin de velocidades a lo largo de la normal a la superficie en un punto A. Aproximando un tubo de Prant muy cerca al punto A, se mide una velocidad v. macroscpicamente v es la velocidad en el punto A. sin embargo, sabemos que a causa de la viscosidad, la velocidad del flujo en A es 0. Una observacin microscpica, representa la figura 1.b, nos revela segn los casos, una de las distribuciones de velocidades siguientes, en una pelcula muy fina (capa limite):Figura 2. a) Perfil de ala de avin sumergido en una corriente de aire. b) Observacin Microscpica del punto A. en este entorno infinitesimal del punto A se sienten los efectos de la capa limite.

Si el fluido fuera ideal la Hidrodinmica nos da una distribucin de velocidades como al de la curva a. Si los efectos de la viscosidad son muy apreciables, la distribucin de las velocidades es parablica y se representa en la curva b. Si los efectos de la viscosidad son muy poco apreciables, la distribucin de velocidades es logartmica y se representa por la curva. La curva c representa un caso intermedio. La curva d solo diverge de la curva ideal a en una pelcula muy fina (es decir, en un entorno de radio muy pequeo, centsimas de mm) en la normal al contorno en un punto cualquiera A, como en la Fig. 2.a, que agrandando puede verse en la fig 2.b) esta pelcula se denomina la capa limite. El aire y el agua realizan con frecuencia curvas de este tipo. Esta capa limite tiene un espesor muy pequeo, del orden de micras o mm, segn el caso; en ella se hacen intensamente los efectos de la viscosidad y razonamiento, aunque sea pequeo solo tiene importancia en una fina capa limite y es llamado rozamiento pelicular o rozamiento de superficie. Fuera de esta pelcula prcticamente infinitesimal, un lquido poco viscoso, como el aire y el agua. Se comporta como un fluido ideal; fuera de esta capa lmite se pueden aplicar todos los mtodos matemticos y experimentales.

Regmenes de circulacin de los fluidosa. Rgimen laminar:

Las capas de fluido se desplazan paralelamente a s mismas. El movimiento en estere gimen es ordenado, estatificado; el flujo se mueve como clasificado en capas que no se mezclan entre s, As el fluido no se desplaza como un cilindro, que desliza en el interior de la tubera estacionaria de seccin circular, sino, como se representa en la fig. 3, en forma de tubos concntricos cilndricos que deslizan unos con relacin a los otros como los tubos de un telescopio. El tubo exterior de fluido queda adherido siempre a la tubera, su velocidad es cero. La velocidad de desplazamiento del filamento interior de seccin circular infinitesimal es mxima.

Un ejemplo de rgimen lamiar podra ser de un fluido my viscoso, por ejemplo aceite, movindose a velocidad no muy grande por una tubera de pequeo dimetro y de seccin constante, en rgimen permanente. El fluido no se desplaza con velocidad constate en toda la seccin de la tubera, como hemos supuesto hasta ahora, sino que lo hace en forma de tubos concntricos cilndricos que deslizan unos con relacin a otros como los tubos de una telescopio (figura 4.a). Si representamos mediante un grfico la distribucin de velocidades en rgimen laminar en una tubera de seccin circular, nos encontramos con una distribucin parablica, figura 4.b.

Figura 4. Rgimen de flujo laminar

La velocidad es cero en los puntos de contacto con la tubera y va aumentando hasta el centro donde alcanza el valor mximo. La distribucin es simtrica respecto al eje de la tubera. Si se representa la componente de velocidad en la direccin del eje de la tubera, en funcin del tiempo, en un flujo laminar estacionario, se obtiene una lnea recta horizontal (figura 5).

Figura 5. Componente de velocidad en la direccin del eje de la tubera.

b. Rgimen Turbulento

Las capas de fluido se desplazan entremezclndose. Es el tipo de derrame que se da prcticamente en la totalidad de los casos de circulacin de agua en las instalaciones de calefaccin y A.C.S. Es catico; es as que las partculas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partculas se entrecruzan formando pequeos remolinos aperidicos. La fig. 6. a representa pequeos trozos de trayectoria de muchos partculas correspondientes a un mismo espacio breve de tiempo, y la fig. 6.b representa la trayectoria de de una sola partcula durante un periodo ms largo de tiempo. Como se ve la velocidad flucta continuamente en cada punto.

Por el contrario, en rgimen turbulento el movimiento de las partculas fluidas es catico. Por ejemplo, supongamos un fluido poco viscoso, como el agua, movindose a gran velocidad en una tubera de gran dimetro y de seccin constante, en rgimen permanente. Las partculas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partculas se entrecruzan formando pequeos remolinos.Si representamos segmentos de trayectorias de muchas partculas correspondientes a un mismo espacio breve de tiempo, se puede observar los movimientos caticos (Figura 7).

Figura 7. Rgimen de flujo turbulento

El numero de Reynolds Re 2.000 Rgimen Laminar 2.000