Diseño y construcción de un banco de ensayo para el estudio de pérdidas de carga por fricción y singularidad

Abstract

El presente trabajo se realizó en el laboratorio de Riego y Drenaje del Departamento de Recursos Hídricos de la Universidad Nacional Agraria La Malina. El objetivo fue el diseño y construcción de un Banco de Pruebas para evaluar las pérdidas de carga en tuberías de PVC lisas, en válvulas esféricas, en válvulas de asiento inclinado, en un tubo de Venturi, en el filtro de anillos, y en accesorios de conexión como reducciones, tees, codos de 90° y 45°. Se evaluó también el comportamiento de válvulas hidráulicas reguladoras de presión (reductora y sostenedora de presión). El Banco de Pruebas estuvo conformado por una estructura de soporte de 2.50x1.30x1.20m, 02 electrobombas centrífugas de 0.85 HP y 0.70 HP, 5 líneas de conducción de agua, y un recipiente de almacenamiento de agua con una capacidad de 350 lt. Como objetivo complementario se contempló usar el Banco de Ensayo como apoyo académico en cursos de la Facultad de Ingeniería Agrícola tales como: Mecánica de Fluidos, Hidráulica, Ingeniería de Riegos 1, Ingeniería de Riegos II y Saneamiento I. El soporte del Banco de Pruebas es móvil facilitando el acople o desacople del equipo de bombeo a través de uniones universales. El ingreso de agua de realiza a través de una tubería de PVC de 1", y el retomo al recipiente se hace mediante una manguera de polietileno de 32mm. El equipo de bombeo consta de accesorios y válvulas de 1", lo que hizo posible la configuración en serie o en paralelo para darle al Banco de Pruebas mayor presión o caudal, respectivamente, según los elementos a evaluar. El caudal de agua se midió con un caudalímetro electrónico de 1 "Se instalaron 5 líneas de conducción; en la primera línea se evaluaron las pérdidas de carga por fricción en tuberías lisas de 1 ",%"y Y2". En la segunda línea se evaluaron las pérdidas de carga en una válvula de asiento inclinado de %" marca PLASSON y las pérdidas de energía en una expansión y reducción con diámetros nominales de %'' a 2 W'. En la tercera línea se observó el comportamiento de válvulas hidráulicas de l" con pilotos reductores y sostenedores de presión; las válvulas fueron controladas a través de líneas de mandos hidráulicos instalados a la salida del equipo de bombeo. En la cuarta línea se evaluó la pérdida de carga en un tubo de Venturi de 1" en relación a su caudal de succión como inyector de fertilizante, y la pérdida de carga en un filtro de anillos de 1" de 120 mesh. En la quinta línea se evaluaron las presiones en una red en paralelo y en serie de W', así como las pérdidas de carga en tees, codos de 90° y 45° y válvulas esféricas de %"..Sobre las líneas de conducción de agua se colocaron collarines con puntos de toma manométricos en los que se insertaron manómetros para la medida de presión antes y después de cada elemento. Para la evaluación de tuberías de PVC se calcularon las pérdidas de carga teóricas mediante las fórmulas de Darcy-Weisbach, Hazen-Williams y Blasius. Se compararon los cálculos obtenidos con los resultados de la evaluación directa del Banco de Pruebas. Se eligió la fórmula más adecuada utilizando la fórmula de Equilibrio de NASH y la observación gráfica de las curvas caudal vs pérdida de carga.En la evaluación de la válvula PLASSON se halló la curva caudal vs pérdida de carga para la válvula completamente abierta y semiabierta. En la expansión y reducción se compararon las líneas de pérdida de energía con las líneas de presión para caudales diferentes. En la evaluación del tubo de Venturi se halló la curva de caudal vs pérdida de carga, referido al caudal de agua succionado por el Venturi desde un recipiente respecto a la pérdida de carga generada a través de él. Para el filtro de anillos se halló la curva caudal vs pérdida de carga. En la evaluación de las válvulas esféricas, codos y tees se halló la curva caudal vs pérdida de carga.