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Practica 5 Caidas de Presion en
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Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Laboratorio de Operaciones de Transferencia de Fluidos y Calor IQ -0432
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Caídas de Presión en Tuberías y Accesorios.
Prof. Bárbara Miranda. Fernando Salas A4796 Jorge Chaves A81733 Keylin Juárez A32747 II-2011 Resumen.
El siguiente informe se realizo orientado al objetivo de determinar las perdidas en tuberías y acces formuladas como una caída de presión. Se toman los datos necesarios para la construcción de gra de Moody y se logro obtener una proximidad bastante buena con un 7% de error. Se espera que brinde mantenimiento al equipo para obtener mejores resultados en lo correspondiente a accesorio Palabras Clave.
Flujo viscoso; flujo incompresible; número de Reynolds; rugosidad; factor de fricción; válv accesorios. Abstract.
The following report was conducted to determine goal-oriented losses in pipes and fittings made pressure drop. Wherever the data necessary for the construction of graphs of Moody and manag get a pretty good proximity with a 7% error. It is expected toRead provide maintenance for Free Foron 30this Days Sign up toequipment vote title results on the area of accessories. Useful Not useful
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cual es un número adimensional y se define como (Ibarz & Barbosa-Canovas, 2005):
(1)
Donde, Re: numero de Reynolds, adimensional v: velocidad media que lleva el fluido en la tubería, m/s d: diámetro interno de la tubería, m ρ: densidad del fluido, kg/m 3 η: viscosidad del fluido, kg/m·s Se observa que es la razón de las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas o de rozamiento. Describe las condiciones bajo las cuales un flujo laminar cambia hasta turbulento.
Difusividad de Gases
Practica 5 Caidas de Presion en
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ε0: es la rugosidad absoluta d tubería nueva, m εt: es la rugosidad absoluta de la al cabo de t años de servicio, m α: es un índice de aumento anu rugosidad, m/años
Se analiza por un momento un tramo de tu como el que se muestra a continuación:
Figura 1. Elemento de fluido en el flujo estacionario a través de una tubería.
La ecuación de energía mecánica pa Nikuradse realizo experimentos en conductos a You're Reading aelemento Preview presente en la figura anterior es: presión adhiriendo granos de arena de tamaño uniforme a paredes de modo que la altura de Unlock full access with a free trial. las asperezas la tomo como el diámetro medio de los granos. En las ecuaciones empíricas Download resultantes considero como rugosidad de la With Free Trial El único tipo de fricción es la fricción pared a ese diámetro (Avila, 2002). El valor más superficie por lo que h f = hfs, la energía pot indicativo es la rugosidad relativa que se define es despreciable y la velocidad en ambos pu como la variación de la aspereza al diámetro de es la misma. la tubería. A veces resulta imposible determinar un valor representativo de las rugosidades Read Free Foron 30this Days Sign up to vote title internas, por lo que a nivel industrial, se utiliza Useful Not useful la rugosidad absoluta, equivalente al valor de
Master your semester with Scribd & The New York Times artificial homogéneo dado por Special offer forrugosidad students: Only $4.99/month. Nikuradse que para un mismo diámetro,
Cancel anytime.
Realizando un balance de fuerzas sob volumen de control:
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Para una longitud definida L de tubería, dP/dL en la ecuación ( ), se convierte en ΔP/L. Eliminando ΔP con la ecuación (7), se obtiene la siguiente relación: (8)
Se sabe que el factor de fricción de Fanning se define de la siguiente manera:
(9)
Sustituyendo en la ecuación (9), se obtiene que las perdidas en las tuberías sean:
V: velocidad media del fluido, m/s F: fuerzas que actúan sobre el vol diferencial, N P: presión, Pa L: longitud del tramo de conducto, τ: esfuerzo cortante, Pa τw: esfuerzo cortante en la pare conducto, Pa μ: viscosidad, kg/m·s f: factor de fricción, adimensional D: diámetro de la tubería hfs: perdidas por fricción 2 2 superficie,m /s z: altura del punto de análisis, m
(7)
Practica 5 Caidas de Presion en
Según Chacón (2010) el factor de fr depende de ciertas variables tal y muestra la ecuación (11).
(10)
Realizando un análisis dimensional pa ecuación anterior.
You're Reading a Preview
Donde,
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Cuadro I. Análisis dimensional para el factor de fricción.
m/n kg m s
ε m 0 1 0
ρ v Download With Free Trial 3
kg/m 1 -3 0
Master your semester with Scribd Se evalúa el rango de la matriz de la siguiente & The New York Times Special offer forforma students: Only $4.99/month.
m/s 0 1 -1
D m 0 1 0
Read Free Foron 30this Days Sign up to vote title
μ kg/m·s 1 -1 -1
Useful Not useful Cancel anytime. Acomodando para resolver el sistema.
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Practica 5 Caidas de Presion en
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De esta manera se demuestra que la fr depende del número de Reynolds y d aspereza relativa.
Acomodando para resolver el sistema.
El factor de fricción recibe dos nombres por costumbre se ha generalizado a que e de la ingeniería química trabaja con el fact fricción de Fanning y el área de la inge mecánica y la ingeniería civil con el facto fricción de Darcy. Estos se relacionan siguiente manera:
Resolviendo. a=-1, b=-1, c=1
Se tiene entonces que:
Una manera práctica de determinar los fac de fricción según el número de Reynolds aspereza relativa, son los gráficos de Moo de Fanning y se muestra en la siguiente figu
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grandes problemas funcionamiento.
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Ecuación de Von Karman (10
(15)
Ecuación de Swamee-Jain (5000
Practica 5 Caidas de Presion en
(16)
El análisis anterior se realizo para los elementos, o sea todas tuberías. Ahora para conocer de los componentes, o sea todo equipo que provoque una perdida en el sistema, se debe estudiar algunos de los dispositivos más comunes.
en
Válvula de bola: Es una vá consistente en una carcasa dentro cual un obturador de forma es puede girar 90° sobre dos casqu produciendo el cierre o la apertu paso al fluido. Es debido movimiento centrífugo, que la vá de bola puede manejar sólido suspensión. Prácticamente toda diseñadas con una sección de pa igual diámetro al del tubo al cua destinada, por lo que se utilizan pa inicio y detención del flujo, más para su control.
Válvula de mariposa: Son válvula un miembro de cierre en forma de rotatorio, con lo que puede ma Válvulas y accesorios (Smith & Zappe, 2004). sólidos en suspensión, que se abre You're Reading a Preview cierra en 90°, girando en torno a u Válvula de compuerta: Es aquella full access with a free trial. sostenido por el cuerpo de la vá válvula de deslizamiento cuyoUnlock miembro Cuando está completamente abier de cierre es uno o dos discos que caen disco se encuentra en posición pa perpendicularmente sobre elDownload asiento; With Free Trial al eje del conducto, provocando cortando verticalmente el flujo. Son de pérdida de fricción muy baja uso poco frecuente, no permite el
control de flujo porque erosiona el disco y deteriora la válvula, sino solamente como válvula de inicio y detención del flujo solamente.
Master your semester with Scribd & The New York Times Válvula de globo: Las válvulas de globo Special offer for students: Only $4.99/month. tienen un sello circular unido
Válvula check (de retención): aquellas válvulas que evitan sobrepresión en latitle tubería de entr Read Free Foron 30 Days Sign up to vote this un movimiento rápido del elemen Not useful Useful Cancel anytime. cierre, lo que provoca una des rápida de presión cuando se o
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De doble disco: Posee una bisagra en el centro que se abren axialmente rotando alrededor de la bisagra. De diafragma: Consiste en un diafragma que se deflacta (encoge o estira) contra el asiento del sello según la presión del flujo.
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Tees: Son accesorios que se fabric diferentes tipos de mater aleaciones, diámetros y se utiliza efectuar bifurcaciones o divisione líneas de tubería. Existen en diám iguales o en tipo te de recta redu que posee dos orificios de diámetro y uno desigual.
Uniones flexibles o reductoras: accesorios de forma cónica, fabri de diversos materiales y aleaciones se utilizan para disminuir el volu del fluido a través de las línea tuberías, es decir pasar de un diám de tubería a otro distinto.
Brida: Son conexiones de tuberías con equipos como bombas, intercambiadores de calor, calderas, tanques así como accesorios tipo codos, válvulas u otras tuberías con el fin de agregar un elemento de mantenimiento. La unión entre los Elementos como válvulas, c equipos o los accesorios se ejecuta a ensanchamientos, contracciones, entr través de dos bridas, donde una de ellas salidas, curvas y otras piezas de cone se adjunta a la tubería y la otra al provocan una restricción al flujo, que se p equipo o accesorio a ser conectado. Las ventajas de las uniones bridadas se You're Reading amanifestar Preview como un cambio en la direcc velocidad del mismo, ocasionado basa en el hecho de que permite el a free trial. local en éste, que recae en pér rápido montaje y desmontaje Unlock con elfull finaccess withturbulencia adicionales por fricción conocidas de realizar reparaciones o pérdidas mantenimiento. Download With Free Trialdebido a la forma. (Potter & Wig 2002). Todas estas pérdidas se pueden ca mediante la ecuación (17). Codos: Son accesorios de forma curva, que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas una cierta cantidad de grados. Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la Read Free Foron 30this Days Sign up to vote title prefabricación de piezas de tuberías y Not useful Useful El coeficiente de pérdida de fricción (K Cancel anytime. que son fundidos en una sola pieza con Special offer for students: Only $4.99/month. coeficiente de resistencia adimensional (c características específicas según las fin de igualar las dimensiones de las pér
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Figura 3. Coeficientes de pérdidas en válvulas y accesorios. (Chacón Valle, 2010)
La longitud equivalente (L e) es la pérdida de energía (debido a la fricción) expresada en términos de un longitud de tubo recto; que se You're Reading a Preview utiliza frecuentemente en lugar del coeficiente Donde, de pérdida de energía (Chacón Valle, 2010). Unlock full access with a free trial.
P: presión, Pa Los flujos internos en oleoductos y ductos en g: gravedad, m2/s Download With Free Trial general se encuentran en todas las partes de la z: altura, m industria. Desde el suministro de agua potable hfs: perdidas por fricción de supe hasta el transporte de líquidos industriales. La m2/s2 distribución de las tuberías puede ser tan hff : perdidas por fricción de fo simple como controles hidráulicos o tan m2/s2 complejos como sistemas de flujo 4 Read Free Foron 30this Sign to vote R:up resistencia, s2Days /mtitle cardiovascular. Se detallan en forma general, 3 Q: flujo volumétrico, Useful Not usefulm /s Cancel anytime. tres tipos de distribuciones y las ecuaciones a f: factor de fricción, adimensional Special offer forutilizar students: Only $4.99/month. son: L: longitud de la tubería, m
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(22)
los
flujos
son
los
mismos,
Como todos Q 1=Q 2=…Q,
Practica 5 Caidas de Presion en
Esta última ecuación resulta más conven para resolver el sistema. (23)
Sistemas en paralelo.
Sistemas de redes.
La resolución de un sistema de redes se re en la determinación de las mallas a analiza estas, realizar balances de energía mecán de masa. A continuación se detall procedimiento.
Figura 4. Sistema de tres tuberías en paralelo y una principal.
You're Reading a Preview
En este caso, las perdidas por presión entre los Unlock full access with a free trial. nodos deben ser iguales porque sino el flujo cambia de dirección. Se tiene que el flujo neto Download With Free Trial es Q=Q 1+Q 2+…Q n. Figura 5. Sistema de redes de tuberías (Pot Wiggert, 2002). Para cualquier línea se tiene que:
semester Master your withScribd (24)
& The New York Como todas las Times pérdidas son iguales, se puede que:Only $4.99/month. Special offer fordecir students:
Los tanques en los extremos son nodo declive fijo, o sea mantiene su c Read Free For 30 Days Sign up to vote on this title piezometrica constante. Notde useful Useful Se supone la dirección los flujos y se rea Cancel anytime. los balances.
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En el nodo I
(31)
En el nodo II
(32)
Figura 7. Sistemas de redes de tuberías marcando el pseudonodo a analizar (Potter & Wiggert, 2002).
En el pseudonodo
Difusividad de Gases
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Moody para dos diámetros diferentes. práctica tiene además como fin conoc estudiar el funcionamiento de válvul accesorios en sistemas de tubería.
Antes de iniciar con el experimento se de revisar si el módulo básico para est hidrodinámicos está lleno de agua, y que los acoples y válvulas estén bien ajust Luego se debe de encender la bomba, regu flujo y eliminar las burbujas de aire d mangueras de conexión a los manómetros.
El flujo se determina por medio del medid volumen del canal y un cronómetro. Las c de presión en los accesorios se miden medio del manómetro. Se debe medir las c de presión en:
Dos diámetros diferentes de tuberí Dos tipos distintos de válvulas Un codo You're Reading a Preview Dos tipos distintos de tees Unlock full access with a free trial. Una expansión o una contracción (33)
Finalmente se repite el ensayo para Download Y se procede a resolver el sistema de With Free Trial cinco flujos adicionales. ecuaciones. Metodología.
Master your semester Scribd Los objetivos principales dewith la práctica de caída de presión en tuberías y accesorios se basan en & The New York Times la medición de pérdidas de energía en forma de Special offer forpresión students:debido Only $4.99/month. a segmentos de tubería de diferentes diámetros, válvulas y accesorios.
Las variables de respuesta son las caída presión en las tuberías y accesorios. Se t como factores controlables durante la pr Free For 30 Days comoRead el diámetro de las tuberías, la aspere Sign up to vote on this title éstas. no useful controlable se tie Usefulfactor Not Como Cancel anytime. fluctuación de la temperatura y la pr atmosférica. Las variables de estudio s
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Reactivos.
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Cuadro III. Propiedades fisicoquímicas y toxicológicas de las sustancias utilizadas.
Nombre
Símbolo
Agua
H2O
Masa Molar (g/mol) 18.001
Punto de fusión (°C) 0
Punto de ebullición (°C) 100
Densidad (g/mL)
Solubilidad
1
Infinita
Toxic
Diagrama Experimental.
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Figura 8. Modulo básico para estudios hidrodinámicos.
Master your semester with durante Scribd Simbología utilizada la Cuadro IV. práctica. & The New York Numero Times Componente Special offer for students: Only 1 $4.99/month.
2
Tubo grande Tubo pequeño
flujo es laminar, o sea no se generan vór Read Free Foron 30this Days Sign up to vote title Esto implica que la rugosidad no influye e Useful Not useful para este tub resultados del Cancelexperimento, anytime. graficar la variación del N Re con f en una e logarítmica, se observa que sigue
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Factor de Friccion, f
1.0 e R , s d l o n y e R e 0.1 d o r e m u N
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10
100
1000
0.0
Figura 9. Correlación del factor de fricción con el número de Reynolds para la tubería 1 .
Realizando el mismo proceso antes mencionado, se obtiene la Figura 10. La misma sigue un comportamiento lineal inverso con el número de Reynolds.
Difusividad de Gases
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dato con el obtenido para el mismo núme Reynolds en la Figura 2, se tiene un f=0.1 que induce a un porcentaje de error de 7% mismo, para el tubo de menor diámetr toma del Cuadro IX, que para un Re=10 f=0.15, observando en la Figura 2, para mismo Reynolds se tiene un f=0.16 lo también implica un porcentaje de error d Esto dice que ambas figuras (9 y 10 semejantes entre sí, y a la vez, son equival con el grafico de Moody de la Figura 2.
A pesar de la semejanza, cabe destacar entre los errores cometidos se encuent lectura de la caída de presión en el manóm debido a la inestabilidad del fluido y el e de paralaje de la persona que realiz medición. Para efectos educativos, el resu es aceptable pues es una buena aproxim de lo que dicta la literatura.
Sin dejar de lado las válvulas y acces utilizados, se realizo el cálculo de las per 1.0 en estos componentes full access withpor a free fricción trial. 10 100 Unlock 1000 e 1 R procedimiento del cálculo se muestra , s d l Metodología de Cálculo y los resul Download With Free Trial o n pertinentes en los cuadros X al XVII. En y e R procedimiento se obtuvo mucha diferen e d comparar las perdidas por fricción de o r componente con las teóricas. La más ace e m fue cada uno de los codos y le sigue la tee u N embargo esFree considerable esta diferencia. Read Foron 30this Days Sign up to vote title discrepancia se debe más que todo al esta Useful Not useful Cancel anytime. los componentes pues no re 0.1 Special offer for students: Only $4.99/month. mantenimiento y al funcionamiento que Figura 10. Correlación del factor de fricción con dio, pues se debe dejar que el flujo se esta
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Factor de Friccion, f
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debido al cambio brusco y repentino de diámetro efectivo, lo que produce una disminución o aumento de velocidad acompañando de un aumento o disminución de presión respectivamente. Los codos presentan pocas perdidas pues el fenómeno que ocurre en ellos es el cambio de dirección en 90°. Las fluctuaciones entre las válvulas y las tee, se deben al estado en que se encuentran y al modus operandi que se les dio.
Difusividad de Gases
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perdidas por fricción de forma perdidas por fricción hfs: de superficie velocidad media que v: lleva el fluido en la tubería altura del punto de z: análisis es un índice de α: aumento anual de rugosidad Conclusiones y Recomendaciones. es la rugosidad ε0: absoluta de la tubería La similitud en forma y contenido de las nueva graficas de Moody realizadas es la rugosidad experimentalmente son aceptables con absoluta de la tubería un 7% de error en ambas. εt: al cabo de t años de Las perdidas en accesorio resultaron servicio desfavorables, teniendo cada codo un η: viscosidad del fluido porcentaje de error de 53% respecto al ρ: densidad del fluido coeficiente teórico. τ: esfuerzo cortante Realizar una limpieza, al menos una vez You're Reading a Preview esfuerzo cortante en por semestre, de las tuberías y τw: Unlock full access with a free trial. la pared del conducto accesorios del equipo. μ: viscosidad Nomenclatura. f s: fricción de superficie Download With Free Trial f f : fricción de forma Símbolo Descripción Unidades 2 w: pared (wall) A: área transversal m 0: denota inicio diámetro de la D: m t: años tubería hff :
m2/s m2/s m/s m
m/años
m
m
fuerzas que actúan Master yourF semester withN Scribd sobre el volumen diferencial & The New York Times coeficiente de Special offer for students: Only $4.99/month. K: pérdidas de
adimensional
Bibliografía. Read Free Foron 30this Days Sign up to vote title
kg/m·s kg/m Pa Pa kg/m·s
Useful Not useful Cancel 1. Avila, G. anytime. S. 2002. Hidraulica de Can
Mexico: UNAM.
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4. Martinez, M. A. 1993. Hidraulica
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7. Potter, M. C., & Wiggert, D. C. 2002
Aplicada a Proyectos de Riego. Murcia:
Mecánica de fluidos. 3º Edición.
EDITUM.
D.F.: International Thomson Editor
5. McCabe, J. Smith, & P. Harriot, 2007.
8. Smith, P., & Zappe, R. W. 2004.
Operaciones Unitarias en Ingenieria
selection handbook (5º edición).
Quimica. pp. 55,104-109,115. Mexico,
Elsevier.
D. F: McGraw-Hill. 6. Mott, R. L. 2006. Mecánica de fluidos. 6º Edición. México: Pearson Education. Muestra de Datos Experimentales. Cuadro V. Caídas de presión en centímetros tomadas en el laboratorio s egún cada equipo.
Caídas de Presión (cm) Tubo 1
Tubo 2
Válvula 1
Válvula 2
Codos
Tee 1
Tee 2
Expansión
Contrac
2
49
20
36
56
38
13
-71
58
-2
41
17
31
48
35
11.5
-59
50
-0.5
21.5
7.5
14.5
25.5
19
6
-28
24
-1
21
7.5
You're Reading 13.5 24.5 a Preview 19 6
-26
23.5
-0.5
12.5
4.5
8 15 with a free 12 trial. 35 Unlock full access
-14
14
tomadas With en el laboratorio. Cuadro VI. Caídas de presión en pascales Download Free Trial Caídas de Presión (Pa)
Tubo 1
Tubo 2
Válvula 1
Válvula 2
Codos
Tee 1
Tee 2
Expansión
Contra
2663.3
65250.8
26632.9
47939.3
74572.3
50602.6
17311.4
94547.07
7723
2663.3
54597.6
22638.0
41281.1
63919.1
46607.7
15313.9
78567.29
6658
Master your with Scribd 665.82 semester 28630.4 9987.37 19308.9 33957.0 1331.6 27964.63 9987.37 17977.26 32625.40 & The New York Times 665.82 16645.61 5992.42 10653.19 19974.73 Special offer for students: Only $4.99/month. Cuadro VII. Datos útiles a utilizar
25301.33 7989.89 37286.17 3195 Read Free Foron 30this Days Sign up to vote title 25301.33 7989.89 34622.87 3129 Useful Not useful anytime. 18643.08 15979.79 Cancel 46607.71 1864
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Caida de Presion en Tuberias y Accesorios
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1 2 3 4 5
of 15
Correlación de los números de Reynolds y el factor de fricción de cada tubería.
Cuadro IX.
No. Fluj o
Calculo Hidraulico de
1
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Re Tub o1 182. 196 169. 317 146. 911 137. 729 107. 496
Tub o2 114. 863 106. 743 92.6 18 86.8 29 67.7 69
Tipo de Flujo Tub Tub o1 o2 lami lami nar nar lami lami nar nar lami lami nar nar lami lami nar nar lami lami nar nar
Factor de Fricción (f) Tubo Tubo 1 2 0.08 0.13 78 93 0.09 0.14 45 99 0.10 0.17 89 28 0.11 0.18 62 43 0.14 0.23 88 61
Cuadro X. Perdidas en la válvula 1.
Válvula 1
K
26632.98
2.72
9987.37 9987.37 5992.42 Kprom Cuadro XI. Perdidas en la válvula 2.
K
Master your semester with 47939.36 4.90Scribd 4.22 & The New41281.12 York Times 19308.91 1.97 Special offer for students: Only $4.99/month. 17977.26
Practica 5 Caidas de Presion en
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Cuadro XIII. Perdidas en la tee 1.
Tee 1
K
50602.66
5.17
46607.71
4.77
25301.33
2.59
25301.33
2.59
15979.79
1.63
Kprom
3.35
Cuadro XIV. Perdidas en la tee 2.
Tee 2
K
17311.44
1.77
15313.96
1.57
7989.89
0.82
7989.89
0.82
46607.71
4.77
Kprom
1.95
XV. Perdidas en la expansión. You're Reading aCuadro Preview 2.31 Expansión K 1.02 Unlock full access with a free trial. 94547.07 9.67 1.02 78567.29 8.03 0.61 Download With Free Trial 37286.17 3.81 1.54 34622.87 3.54
22638.03
Válvula 2
Difusividad de Gases
1.84
18643.08
1.91
Kprom
5.39
Read Free Foron 30 Days Perdidas en latitle contracción. Cuadro XVI. Sign up to vote this Useful Not useful Contracción Cancel anytime.
K
77235.64
7.90
66582.45
6.81
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Calculo Hidraulico de
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Cuadro XVII.
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of 15
Difusividad de Gases
Practica 5 Caidas de Presion en
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Comparaciones de las pérdidas en accesorios.
K ordenados
Componente
Kteorico
%E
1.54
Válvula 1
0.2
669
1.95
Tee 2
1
95
2.30
Codos
1.5
53
2.80
Válvula 2
0.2
1302
3.35
Tee 1
1
235
4.62
Contracción
0.400
1054
5.39
Expansión
0.363
1385
Metodología de Calculo.
Para calcular los flujos volumétricos se utiliza la siguiente relación.
Para determinar el número de Reynolds pa dos tuberías de diámetro distintos medid utiliza la ecuación (1):
Y para determinar las perdidas en accesorio se utiliza la siguiente ecuación:
Las pérdidas de expansión y contracció determinan de la siguiente manera:
(34)
Para determinar los cambios de presión en cada tubería o accesorio, se utilizo la You're siguiente Reading a Preview Fotocopia de los datos obtenidos e ecuación: Unlock full access withlaboratorio. a free trial.
(35)
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