INFORME - PRACTICA N°2 PERDIDAS DE CARGA EN LOS COMPONENTES DE LAS INSTALACIOENS HIDRÁULICAS

7/26/2019 INFORME - PRACTICA N2 PERDIDAS DE CARGA EN LOS COMPONENTES DE LAS INSTALACIOENS HIDRULICAS

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UNIVERSIDAD CATLICA DEL NORTEFACULTAD DE INGENIERA Y CIENCIAS

GEOLGICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA

INFORME DE LABORATORIO DE OPERACIONESUNITARIAS

GUIA N 2.PRDIDAS DE CARGA EN LOS COMPONENTES DE LAS INSTALACIONES

HIDRULICAS

Acadmicos:Mara Ye T!rre"H#$%!r &'(e%a Cr'

Ayudante:G)*! C+,e P)*%!

Integrantes:

E(!- Ca"%r! VeraGre.!r- Ferra DaMar)! R!/r.'e C!((a!

Fecha:Antofagasta, Lunes s 12 Mayo del 2014.


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LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

RESUMEN

En el presente informe, correspondiente a la segunda experiencia deLaboratorio de Operaciones Unitarias I, se determinan las rigurosidades relativas y

absolutas en tuberas de Acero Galvnico, !" y "obre# En el interior de los tubosexisten irregularidades de diferentes formas y tama$os cuyo valor medio se

conoce como rugosidad absoluta ( ) y puede definirse como la variaci%n media

del dimetro interno de la tubera# Genera p&rdidas de carga por el ro'amiento delfluido a presi%n en las tuberas#

(e determinan los coeficientes singulares de accesorios )idrulicos para latubera de acero galvnico, los accesorio son codos de *+ y -. y el coeficientepara una contracci%n gradual del ducto# (on particulares para cada accesorio eindican la influencia de estos en generar p&rdidas de carga en el interior de latubera#

(e comparan las p&rdidas de carga de sistemas de tuberas en paralelo, dedos y tres ramas# La p&rdida de carga continua es directamente proporcional a lavelocidad del l/uido y a la longitud del tramo de tubera se considera, einversamente proporcional a su dimetro# El factor de fricci%n 0 f1 es adimensional yes funci%n del n2mero de 3eynolds y de la rugosidad relativa en r&gimenturbulento de la tubera, parmetro /ue da idea de la magnitud de las aspere'asde su superficie interior#

4inalmente se determina la perdida de carga en un sistema de tuberas en seriecon accesorios )idrulicos en la tubera de acero galvnico# erdida de fricci%n

debido a la fricci%n de las partculas del fluido entre s y contra las paredes de latubera /ue las conduce#

Los resultados obtenidos en esta experiencia para las rugosidades absolutasfueron .,..+5 para el acero, .,..65 para el cobre y .,..6- para el !"# (eobtuvo un coeficiente singular de -,7 para el codo de -., -,58 para el codo de *+y 9,5: para a contracci%n gradual de la tubera de acero#

La p&rdida de carga para el sistema en serie de dos tubera fue de .,.68+ ;medir y registrar la distancia entre las tomas de presi%n de los tres tipos de

tuberas a intervenir 0!", "obre y Acero al "arbono1# Antes de dar partida a la bomba centrfuga, compruebe /ue el paso del fluFo

luego de bomba no se vea obstruido por vlvula cerrada# Encienda labomba a trav&s del interruptor del banco )idrulico#

>edir y registrar la diferencia de presi%n# Esto se reali'a al anotar el cambiode altura de la columna de mercurio en el papel milimetrado#

>edir y registrar el caudal de agua# Esto se )ace por medio del rotmetro#

>edir y registrar la temperatura del agua contenido en el tan/ue del banco)idrulico#

?etenga la bomba centrfuga trav&s del interruptor del banco )idrulico#

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*#6#91 "oeficientes singulares de accesorios )idrulicos#

>edir y registrar la distancia entre las tomas de presi%n# Los accesoriosdeben estar entre las tomas de presi%n#

Antes de dar partida a la bomba centrfuga, compruebe /ue el paso del fluFoluego de bomba no se vea obstruido por vlvula cerrada# Encienda labomba a trav&s del interruptor del banco )idrulico#





*#6#51 erdidas de carga en serie#

?etermine el circuito en serie a utili'ar#

>edir y registrar la distancia entre las tomas de presi%n#

Antes de dar partida a la bomba centrfuga, compruebe /ue el paso del fluFo

luego de bomba no se vea obstruido por vlvula cerrada# Encienda labomba a trav&s del interruptor del banco )idrulico#





*#6#*1 erdidas de carga paralelo para dos y tres ramas#

?etermine el circuito en paralelo a utili'ar#

>edir y registrar la distancia entre las tomas de presi%n#

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Antes de dar partida a la bomba centrfuga, compruebe /ue el paso del fluFoluego de bomba no se vea obstruido por vlvula cerrada# Encienda labomba a trav&s del interruptor del banco )idrulico#

>edir y registrar la diferencia de presi%n# Esto se reali'a al anotar el cambio

de altura de la columna de mercurio en el papel milimetrado# >edir y registrar el caudal de agua# Esto se )ace por medio del rotmetro#



Una ve' terminada la actividad, el e/uipo de trabaFo deber deFarperfectamente limpio y ordenado los e/uipos, materiales y rea, utili'ada para lareali'aci%n de la experiencia#

#4.2 'ateriales ( E)uipos.

anco Jidrulico#

omba "entrfuga 6 [HP ] #

Can/ue de Almacenamiento#

3otmetro#

!ernier#

"inta >&trica#

Cerm%metro#

apel >ilimetrado#

4.3 *eactivos.

Agua otable

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4.4 +spectos de #eguridad.

!erificaci%n del uso de los Elementos de rotecci%n ersonal casco deseguridad, cal'ado de seguridad, lentes de seguridad, delantal y guantes#

3eali'ar una inspecci%n al rea de trabaFo, de tal manera de tomar todas lasmedidas y precauciones necesarias para el resguardo adecuado de laactividad a reali'ar#

!erificar el libre trnsito en las salidas de emergencias#

3evisar durante toda la experiencia el man%metro continuo a la bombacentrfuga#

!erificar /ue el piso siempre este seco, ya /ue el sistema el&ctrico del

banco )idrulico se encuentra conectado a la corriente alterna por el piso#

Ho apoyarse en el banco )idrulico#

"onectar adecuadamente las mangueras del medidor diferencial de presi%nal banco )idrulico, para evitar la expulsi%n de mercurio por exceso depresi%n#

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CAPITULO V: RESULTADOS Y ANLISIS

".1 ,eter$inacin de rugosidad relativa ( absoluta en tuberas de distinto$aterial.

Material Dimetr

o [m]Factor e!ricci"#

R$%o&ia

relati'a

D

R$%o&ia

a(&ol$ta

[m ]

Co(re 0,0267 0,0267 0,0477 0,00!P)C 0,027! 0,027! 0,06"7 0,00"AceroGal'a#i*ao

0,02#2 0,02#2 0,#"0 0,00$!

Ta0(a N1 23 R'.!")/a/e" re(a%),a" - a0"!('%a"4

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!3 !3 !3 !3 !3

!1

!1

Gr!ica '& !

R"g#$i%a% a&$#'"(a

Factor e Fricci"# +Aime#&io#al,

R$%oia +m,

F).'ra N1 23 R'.!")/a/e" A0"!('%a"4

(e encuentra una dependencia directa entre el factor de fricci%n y la rugosidad delmaterial, a medida /ue aumenta la fricci%n implica /ue la rugosidad del material essignificativa#

(e esperaba /ue la rugosidad del !" fuera casi nula o menor /ue las otraslneas de fluFo al ser un cuerpo liso, pero la menor rugosidad se obtuvo para latubera de cobre#

".2 Coeficientes singulares de accesorios -idrulicos.

Acce&orio Peria -or Acce&orio&hac

[m]

Coecie#te&i#%$lar

/

Coo 01 .,*..: -,7.

Coo 3 .,58: -,58co#tracci"#

.,688+ 9,5:

Ta0(a N1 53 C!e6)$)e*%e" S)*.'(are"4.

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!15 !2 !25 !3 !35 !4 !45

2

4

6

8

1

12

Gr!ica / '&

P)*%i%a $ing"'a*

-eria -or acce&orio 4ac

coecie#te &i#%$lar

F).'ra N153 P#r/)/a" ")*.'(are"

(e puede observar /ue las p&rdidas por accesorios se consideran perdidasmenores en vista a sus valores puntuales, aun as cabe destacar /ue las p&rdidaspor codos de -. son ms elevadas en comparaci%n a una contracci%n gradual/ue genera un perdida muc)o menor#

En base a esto podemos determinar /ue el coeficiente singular de perdida por

accesorios es directamente proporcional a la perdida de energa mecnica porfricci%n en la tubera, a la rugosidad del material y al dimensionamiento de estamisma, ya /ue a menor rea se podr obtener una velocidad del fluido muc)omayor, ocasionando una disminuci%n en el coeficiente singular por accesorio#

".3 erdidas de carga paralelo para dos ( tres ra$as.

Si&tema Paralelo e 2 Rama&

Material F%&'() *+)-&&-./

V+(&-*%*135

P+)*-*% () F)-&&-./h f[m]

AceroGal'a#i*ao

0,40 0,27# 0,0#$

P)C 0,0#4 0,220 0,0#$Ta0(a N1 73 Per/)/a /e $ar.a ")"%e8a 9ara(e(! /e 5 ra8a"4

Si&tema Paralelo e 5 Rama&

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Material F%&'() *+)-&&-./

V+(&-*%*135

P+)*-*% () F)-&&-./h f[m]

AceroGal'a#i*ao

0,40 0,4 0,007$

Co(re 0,070 0,"! 0,007$P)C 0,0#4 0,7# 0,007$Ta0(a N1 :3 Per/)/a /e $ar.a ")"%e8a 9ara(e(! /e 7 ra8a"4

!1 !15 !2 !25 !3

!1

!1

!2

!2

Grca 4! '& '

+a*a')'# 3 *a,a$

+a*a')'# 2 *a,a$

'elocia 6m7&8

P9ria -or !ricci"# +m,

F).'ra N1 73 C!89ara$);* /e ")"%e8a" e* 9ara(e(!

(e comprueba experimentalmente /ue las p&rdidas por fricci%n en sistemas enparalelo son iguales para cada lnea de fluFo, teniendo el sistema de 9 ramas unaperdida mayor en comparaci%n con el sistema de 5 ramas, esto debido a ladivisi%n de fluFo#

El sistema de 5 ramas, presenta tres velocidades lineales diferentes, debido a ladivisi%n de caudales para las 5 ramas, disminuir tambi&n la velocidad del fluido,produciendo de esta manera una disminuci%n de perdida de carga en comparaci%n

a 9 ramas#

".4 erdidas de carga en serie.

Si&tema e# &erie -eria e:-erime#tal

,a()*ia' P+)*-*% *+ &%)% hL [m ]

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Acero Gal'a#i*ao ,72"Ta0(a N1


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obtenidos y se puede comprobar /ue al aumentar el factor de fricci%nimplica una rugosidad relevante en la superficie#

Los coeficientes singulares son de total importancia, ya /ue al tenernumerosos accesorios aumentara la p&rdida por energa mecnica del

sistema considerando tambi&n las rugosidades del material para dic)aperdida de energa#

(e pudo apreciar /ue la disminuci%n de energa mecnica en paralelo esms factible al agregar una rama extra, ya /ue al dividir los caudales por lasramas se tendr tambi&n una disminuci%n de velocidades de fluFo,produciendo de esta manera una disminuci%n de perdida de energamecnica por tubera#

&.2 *eco$endaciones.

(e debe girar el banco )idrulico para trabaFar mirando a la pared, ya /ue alborde de la pared )ay un desnivel /ue puede generar tropie'o# Adems lacondici%n actual de trabaFo confina el espacio, entorpeciendo el libretrnsito#

(e considera contar con un man%metro en la 'ona de distribuci%n del fluFode alimentaci%n para los diferentes tipos de tuberas y con otro en la 'onadel fluFo de salida antes del rotmetro, as se considera las variaciones depresi%n al dividir y unir fluFos#

Agregar un tercer man%metro para la experiencia de sistema de tuberasen paralelo de tres ramas, al contar con dos instrumentos, )ay /ue tomaruna medida para dos lneas inicialmente y luego para la tercera tubera#

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CAPITULOS VIII: REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

>OCC 3# Mecnica de Fluidos# (exta edici%n# earson Educaci%n# 9.65#>&xico#

(JA>E( I# Mecnica de Fluidos# Cercera edici%n# >cGra@KJill# 6--+#"olombia#

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CAPITULO I8: AP9NDICE

+/0O 1 Eje$plos de Clculos.

C%&;( *+ );(-*%*+ )+%'-


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hL=0,094 [ m ]

Obtenido hL se puede determinar el coeficiente de fricci%n con la ecuaci%n

de ?arcy#

hL=f L

D

v2

2 g

En donde v se puede determinar de la siguiente ecuaci%n

Q=vA

Ceniendo los siguientes valores para dic)as variables#

Q=0,0003 [ms3

]

A=6,25106 [m2 ]

(iendo de esta manera

v=0,48

[

m

s

]or lo tanto

hLD2g

Lv2

f=

f=0,0940,028229,8

1,510,482

f=0,15

!erificando 3eynolds#

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=vD

En donde las propiedades del agua a 9." son

=998[kgm3 ] =1,02103[Nsm2 ]

3eempla'ando en la ecuaci%n de 3eynolds, se obtiene lo siguiente

=9980,480,0282

1,02103

=13244,04

(abiendo de esta manera /ue el fluido se encuentra en el r&gimen turbulento,se puede utili'ar la siguiente ecuaci%n

1

f=2log10( 3,7D )

Muedando despeFadoD

de la siguiente manera

D

=

10( 12f)

3,7

D

=

10

1

20,15

3,7

D

=5,282

D=0,189

(iendo la rugosidad relativa de

D=0,189 para el acero galvani'ado# "on

una rugosidad absoluta de

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=0,1890,0282

=0,0053 [ m ]

2 C%&;( *+ C(+-&-+/'+ S-/;%)+ %)% ( A&&+()-(

CODO


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Ceniendo los siguientes valores para dic)as variables#

Q=0,00028 [m3

s] A=0,000625 [m2 ]

(iendo de esta manera v=0,45[ ms] , de esta forma obtenemos el n2merode 3eynolds#

=9980,450,0282

1,02103

=12416,3

Efectivamente el fluido se encuentra en el r&gimen turbulento, se puede utili'arla siguiente ecuaci%n

1

f=2log10( 3,7D )

La rugosidad fue determinada de los clculos anterioresD

=5,282 [m ]

?e este modo

1

f=2log

10

(3,75,282 ) obteniendo un factor de fricci%n

fN .,6+#

Obtenemos la perdida de Energa h f=f L

D5

8Q2

2

g as.:

hf=0,15 1,016

0,02825

(0,00028)2

29,8

h f=0,0554 [m]

Las &rdidas por accesorios se obtienen por despeFe hL=hf+hac

hac=0,456!0,0554 hac=0,4006 [m]

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4inalmente la p&rdida singular del accesorio se determina de la ecuaci%n

hac=k v

2

2g

En el circuito )ay presente 9 codos de -., despeFando se obtiene el valor de #

hac=2k v

2

2 g k=

0,050,40069,80,2025

k=19,37 ara ambos codos#

(ingularmente el coeficiente para un codo de -. es k=9,7 #

CODO 23@

?e la ecuaci%n de la energa

hL=h"+hac=p

1p

2

+z

1z

2

El delta de presi%n se puede determinar con la medici%n del man%metro, endonde

p1p2 =0,0095[136,29,79 1]

p1p2 =0,12[m]

or trigonometra se obtiene la elevaci%n por el codo de *+

(en0*+1 N '68 de esto la elevaci%n z1z2=0,32[m ]

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!cmE

23@


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As la perdida de energa hL=0,12+0,32 hL=0,44[m] #

El caudal obtenido de la medici%n fue 67 ;lmin


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hac=0,44!0,054 hac=0,386 [m]

La p&rdida singular del accesorio se determina de la ecuaci%n

hac=k v

2

2g

En el circuito )ay presente 9 codos de *+, despeFando se obtiene el valor de #

hac=2k v

2

2 g k=

0,3869,80,2025

k=18,7 ara ambos codos#

(ingularmente el coeficiente para un codo de *+ es k=9,35 #

CONTRACCIN "RU&CA


hL=h"+hac=p1p2

El delta de presi%n se puede determinar con la medici%n del man%metro, endonde

p1p2 =0,021[136,29,79 1]

p1p2 =0,26[m ]

El fluido se encuentra en el r&gimen turbulento, se puede utili'ar la siguienteecuaci%n

1

f=2log10( 3,7D )

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La rugosidad fue determinada de los clculos anteriores =0,0053. ?e este

modo para cada dimetro se determina un factor de fricci%n, para el dimetro menor

de la contracci%n D2=0,0169 [m] con L2=0,0635[m ]

1

f=2log10( 3,70,01690,0053 ) Obteniendo un factor de fricci%n f N .,99#

Anlogo a esto, para el dimetro mayor D1 N .,.989 ;m< con

L1=0,1016 [m ] (e obtiene un factor de fricci%n f N .,6+#

La p&rdida de Energa para la contracci%n del fluFo es

h f=f1L1

D1

v12

2g+f2

L2

D2

v22

2 g

El caudal obtenido de la medici%n fue 67 ;lmin


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Las &rdidas por accesorios se obtienen de la misma forma hL=hf+hac

hac=0,260,0715 hac=0,1885 [m ]

La p&rdida singular del accesorio se determina de la ecuaci%n

hac=k v

2

2g

Luegok=

0,188529,8

(1,25)2 , El coeficiente singular de la contracci%n es

k=2,36 #

! C(%)%) % >)*-*% *+ &%)% +/ -'+% *+ ';?+)@% +/ %)%+(, *+

*( ')+ )%%

P$RDIDA D$ CAR+A &I&T$5A D$ DO& TU"$RGA& $N PARAL$LO P%CHAC$RO+AL%ANIADO

ACERO P)C

D; +m, .,.989 D2 15 .,.975L; +m, 6,+6 L2 15 6,+6

!; .,6* 2 .,.8*

A; +m2, :,9*P6.K* A2 125 +,8+P6.K*

Ta0(a N1 ?3 Da%!" 9ara /e%er8)*ar P#r/)/a /e Car.a e* S)"%e8a Para(e(!@ /!" ra8a"4

En sistemas en paralelo se cumple QT=Q1+Q2 con Q=vA

tambi&n se cumple /ue h f1=h f2

Comando hf1=h f2

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f1L1

D1

v12

2 g=f2

L2

D2

v22

2 g

0,14v12

0,0282 =

0,084v22

0,0273

v12=0,62v2

2

J!6

?el caudal QT=Q1+Q2

=B===0 K 6,24104(0,79v2)+5,8510

4v2 J'6

Jaciendo un sistema de ecuaciones de las dos relaciones anteriores sedeterminan los valores de las velocidades#

v1=0,278[m /s]

v2=0,220[m/s]

"on estos valores se puede obtener el la perdida de carga de las 9 tuberas#

h f1=f1L1

D1

v12

2 g

h f1=

0,141,540,0282

(1.54)2

29,8

hf1=0,0185[m ]

ara la tubera de !", se reali'a de forma anloga#

hf2=0,0185[m]

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P$RDIDA D$ CAR+A &I&T$5A D$ TR$& TU"$RGA& PARAL$LO

ACERO COBRE P)C

D; +m, .,.989 D2 15 .,.9:7 D! 15 .,.975

L; +m, 6,+6 L2 15 6,+6 L! 15 6,+6

!; .,6* 2 .,.7 ! .,.8*

A; +m2, :,9*P6.K* A2 125 +,:P6.K* A! 125 +,8+P6.K*

Ta0(a N1 3 Da%!" 9ara De%er8)*ar Per/)/a /e Car.a S)"%e8a Para(e(!@ %re" ra8a"4

En sistemas en paralelo se cumple QT=Q1+Q2+Q3 con Q=vA

tambi&n se cumple /uehf1=

hf2=

hf3

As0,03=6,24104v1+5,610

4v2+5,85104v3 J!6

Comando hf1=h f2

f1L1

D1

v12

2 g=f2L2

D2

v22

2 g

Los t&rminos de longitud y gravedad se simplifican, los dems valores sonreempla'ados obteniendo otra relaci%n#

v1=0,73v2 J'6

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Comando hf2=h f3

0,07v22

0,0267

=0,084v3

2

0,0273

v2=1,08v3 J06

Jaciendo un sistema de ecuaciones de las tres relaciones anteriores sedeterminan los valores de las velocidades de cada lnea de fluFo#

v1=0,141[m/ s]

v2=0,193[m /s]

v3=0,178[m/s ]

"on estos valores se puede obtener el la perdida de carga de las 5 tuberas#

h f1=f1 L1D1v1

2

2 g

h f1=

0,141,810,0282

(0,141)2

29,8

hf1=0,0075[m ]

ara la tubera de acero galvani'ado, anlogo a esto se obtiene para las otrastuberas#

h f2=0,0075[m]

hf3=0,0075[m ]

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4 E';*-%) % >)*-*% *+ &%)% +/ ;/ -'+% *+ ';?+)@% +/ +)-+


p1

+z1+

v12

2g=

p2

+z2+

v22

2g+hL

"on un caudal M N .,...98;m5s


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ara D2=0,0169 [m ] v2=1,25 [m/ s]

Luegov12v2

2

2g =0,069[m ] #

4inalmente la p&rdida de carga

hL=1,442+0,3560,069 [m ]

hL=1,729 [m ] # Experimental#

(e calcula la perdida te%rica para comparar la obtenida experimentalmente#(e determina el factor de fricci%n para ambos dimetros de la tubera#

ara D1=0,0282[m ] # El fluido se encuentra en el r&gimen turbulento, se

puede utili'ar la siguiente ecuaci%n1

f=2log10( 3,7D )

1

f=2log10( 3,70,02820,0053 ) (e obtiene f1=0,15 #

ara D2=0,0169 [m ]

1

f=2log10( 3,70,01690,0053 ) (e obtiene f2=0,22 #

La p&rdida de energa en el sistema en serie se define hL=hf1+hf2+hac

Utili'ando la siguiente relaci%n hf=f L

D

v2

2g as.:

h f1=

0,152,140,0282

(0,448)2

29,8 h f1=0,117 [m] #

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hf2=

0,220,89060,0169

(1,25)2

29,8 hf2=1,028[m ] #

La p&rdida de energa por accesorios se calcula con los valores de lasperdidas singulares de cada uno de ellos#

hac=k90v1

2

2g+k45

v12

2g+kc$%t&

v12

2g+k45

v22

2g

hac=19,39(0,448 )2

29,8 +

18,7(0,448 )2

29,8 +

2,36(1,25)2

29,8 +k45

(18,7)2

29,8

hac=0,199+0,191+0,188+1,49

hac=2,068 [m ]

4inalmente la p&rdida de carga total

hL=0,117+1,028+2,068 [m]

hL=3,213 [m ] # Ce%rico

INFORME - PRACTICA N°2 PERDIDAS DE CARGA EN LOS COMPONENTES DE LAS INSTALACIOENS HIDRÁULICAS

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