Practica tuberias 2

Carrera: Ingeniería Química

Materia: Laboratorio integral I

Contenido Practica #4

Determinación experimental de correlaciones para el factor de Fricción en tubos lisos y rugosos

Alumno (a): Acosta Orozco Amanda Paulina Alonso Zavala Sthefanie Cecilia

Maestro: Norman Edilberto Rivera Pasos

Laboratorio integral I

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Índice

Objetivos.………………………………………………………………………………..3

Motivación.………………………………………………………………………………3

Fundamento teórico ………………………………………………………………….4

Hipótesis…………………………………………………………………………………6

Modelo matemático…………………………………………………………………...6

Diseño de la práctica………………………………………………………………….8

Material…………………………………………………………………………………..8

Resultados……………………………………………………………………………….9

Bibliografía……………………………………………………………………………..13

Conclusión………………………………………………………………………………13


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Objetivos

Reconocer la importancia del factor de fricción al diseñar tuberías.

Realizar las mediciones necesarias para el cálculo de factores de fricción en tubos

de diferentes características.

Motivación

Consideramos de gran importancia el calculo de las perdidas por fricción en

tuberías, ya que un ingeniero químico debe de tener los conocimientos para

determinar cuales son los materiales adecuados para el diseño de algún proceso

que involucre tuberías, ya que el factor de fricción en las tuberías podría influenciar

de manera positiva o negativa en nuestro proceso.


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Fundamento teórico

Euler fue el primero en reconocer que las leyes dinámicas para los fluidos sólo

pueden expresarse de forma relativamente sencilla si se supone que el fluido es

incompresible e ideal, es decir, si se pueden despreciar los efectos del rozamiento

y la viscosidad. Sin embargo, como esto nunca es así en el caso de los fluidos

reales en movimiento, los resultados de dicho análisis sólo pueden servir como

estimación para flujos en los que los efectos de la viscosidad son pequeños.

Flujos incompresibles y sin rozamiento

Estos flujos cumplen el llamado teorema de Bernoulli, que afirma que la energía

mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es

constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas

de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada

punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas

individuales de fluido. El teorema de Bernoulli implica una relación entre los

efectos de la presión, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad

aumenta cuando la presión disminuye

Efecto de la Rugosidad: se sabe desde hace mucho tiempo que, para el flujo

turbulento y para un determinado número de Reynolds, una tubería rugosa, da un

factor de fricción mayor que en una tubería lisa. Por consiguiente si se pulimenta

una tubería rugosa, el factor de fricción disminuye y llega un momento en que si

se sigue pulimentándola, no se reduce más el factor de fricción para un

determinado número de Reynolds.


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Principios Fundamentales que se aplican a Flujos de Fluidos

*Principio de la conservación de la masa, a partir del cual se establece la ecuación

de continuidad.

*Principio de la energía cinética, a partir del cual se deducen ciertas ecuaciones

aplicables al flujo.

*Principio de la cantidad de movimiento, a partir del cual se deducen ecuaciones

para calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por los fluidos en movimiento.

Flujo Laminar y Turbulento: a velocidades bajas los fluidos tienden a moverse

sin mezcla lateral, y las capas contiguas se deslizan mas sobre otras. No existen

corrientes transversales ni torbellinos. A este tipo de régimen se le llama flujo

Laminar. En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias

paralelas, formando el conjunto de ellas capas o láminas. Los módulos de las

velocidades de capas adyacentes no tienen el mismo valor.

A velocidades superiores aparece la turbulencia, formándose torbellinos. En el flujo

turbulento las partículas fluidas se mueven en forma desordenada en todas las

direcciones.


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Hipótesis:

Consideramos que existirá una variación en la presión de cada tubería, debido a

que son diferentes materiales y por lo tanto presentan un factor de fricción

diferente, por lo que suponemos que el flujo dentro de la tubería presentara

diferente resistencia.

Modelo matemático

Tubería Rugosa

D

ε

Mesa especificaciones Para una T esp.

∆P D υρ

Q AV L

A

QV =

2

4

D

Q

π

= 4

2DA

π=

2

2

4

2

14

1

∆=∴

D

Q

P

L

Df

πρ

= 2

42

164

2

Q

PD

L

D

ρ

π ∆= 2

42

32 QL

PDf

ρ

π ∆=

Datos experimentales

2

42

32 QL

PDf

ρ

π ∆=

υ

VD=Re

Datos teóricos

Para tubería lisa


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Rf

16= si el flujo es turbulento y

Re

64=f si el flujo es laminar

Para tubería rugosa

υ

VD=Re

( )

+

=

09

Re

74.5

7.3

1

25.

ε

DLog

f

Dl

ε=Re


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Diseño de la práctica

Conectar las mangueras a tubo galvanizado Conectar mangueras y medir la presión de perdida Prender bomba, purgar y abrir del medidor ∆p Apagar la bomba, cerrar válvula, desconectar manguera del medidor de presión diferencial Ajustar a cero el medidor de ∆p Volver a conectar mangueras del medidor de ∆p y tomar lecturas Material y equipo Mesa hidrodinámica

Resultados


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No.de Reynolds

f experimental

PVC

25930.1551 0.00095899

23551.2418 0.00059196

21291.2741 0.0149752

18674.4695 0.0192931

16533.4475 0.0222983

14035.5885 0.0248365

11656.6752 0.0260521

9158.81625 0.0281729

Cu 22272.8458 0.00179908

19756.14 0.01669772

16987.7637 0.02150824

14471.058 0.02405172

9060.14065 0.02667439

9060.14065 0.02679241

6669.2702 0.0278382

4404.23504 0.02300127

Galvanizado 3963.49302 0.01755633

6975.74772 0.0171004

9829.46269 0.01264674

13317.3366 0.01558211

16488.131 0.01467398

19817.4651 0.01304596

23146.7992 0.01020333

26159.0539 0.00344226

23146.7992 0.01020333

26159.0539 0.00344226

Datos Experimentales

-0.010

0.010.020.030.040.050.060.07

2593

0.155

2355

1.24

2

21291.2

74

18674

.47

1653

3.448

14035.

589

11656

.675

9158.

8163

Re

f

Galvanizado

Cu

PVC


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PVC

-0.0005

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0.0035

0.004

0 10000 20000 30000

Re

f

ƒ teoricos

f experimentales

Medicion Q

(L/min) Q (m3/s) ∆

P(mbar) ∆P(Pa) V (m/s) No.de

Reynolds ƒ teóricos ƒ experimental PVC

1 21.8 0.00036333 21.2 2120 1.60766962 25930.1551 0.000617042 0.0281729 D=.017m 2 19.8 0.00033 16.5 1650 1.46017699 23551.2418 0.00067937 0.0260521 Є=.0000003m 3 17.9 0.00029833 12.6 1260 1.320059 21291.2741 0.000751482 0.0248365 R=D/Є 4 15.7 0.00026167 8.7 870 1.15781711 18674.4695 0.000856785 0.0222983 56666.66667 5 13.9 0.00023167 5.9 590 1.02507375 16533.4475 0.000967735 0.0192931 ρ=998,68Kg/m³ 6 11.8 0.00019667 3.3 330 0.87020649 14035.5885 0.001139959 0.0149752 T=º18C 7 9.8 0.00016333 0.9 90 0.72271386 11656.6752 0.001372604 0.00059196 L=1m 8 7.7 0.00012833 -0.9 -90 0.56784661 9158.81625 0.001746951 0.00095899

9 5.7 0.000095 -2.4 -240 0.42035398 6779.90294 0.002359916 -

0.000000443 10 3.7 6.1667E-05 -3.3 -330 0.27286136 4400.98963 0.003635546 -16.07


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Cu

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000Re

f Teorico

Experimental

Medición Q

(L/min) Q (m3/s) ∆

P(mbar) ∆ P(Pa) V (m/s) No. De Reynolds f teóricos

f experimental Cu

1 21.5 0.00035833 28.8 2880 1.7822209 27054.5867 0.072245372 0.02300127 D=.016m

2 19.5 0.000325 22.7 2270 1.61643291 24537.8809 0.072244243 0.0278382 Є=.0000015m

3 17.7 0.000295 18 1800 1.46722371 22272.8458 0.072243021 0.02679241 R=D/Є

4 15.7 0.00026167 14.1 1410 1.30143572 19756.14 0.072241353 0.026674394 10666.66667

5 13.5 0.000225 9.4 940 1.11906893 16987.7637 0.072238979 0.024051719 ρ=998,68Kg/m³

6 11.5 0.00019167 6.1 610 0.95328094 14471.058 0.072236079 0.021508239 T=º18C

7 9.6 0.00016 3.3 330 0.79578235 12080.1875 0.072232271 0.016697724 L=1m

8 7.2 0.00012 0.2 20 0.59683677 9060.14065 0.07222477 0.001799081

9 5.3 8.8333E-05 -1.7 -170 0.43933817 6669.2702 0.072214333 -0.028243

10 3.5 5.8333E-05 -3 -300 0.29012898 4404.23504 0.072194732 -0.1143319


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Galvanizado

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 10000 20000 30000 40000

Re

f

Teoricos

experimentales

Medición Q

(L/min) Q (m3/s) ∆

P(mbar) ∆

P(Pa) V (m/s) No. De

Reynolds f teóricos f experimental Galvanizado

1 20.7 0.000345 51.2 5120 2.72361254 32817.7222 0.18379968 0.017556331 D=.0127m

2 18.7 0.00031167 40.7 4070 2.46046157 29646.9278 0.183793278 0.0171004 Є=.00015m

3 16.5 0.000275 30.1 3010 2.1709955 26159.0539 0.183784543 0.012646737 R=D/Є

4 14.6 0.00024333 22.6 2260 1.92100208 23146.7992 0.183775001 0.015582108 84.66666667

5 12.5 0.00020833 15.6 1560 1.64469356 19817.4651 0.183761275 0.014673984 ρ=998,68Kg/m³

6 10.4 0.00017333 9.6 960 1.36838504 16488.131 0.183742333 0.013045962 T=º18C

7 8.4 0.00014 4.9 490 1.10523407 13317.3366 0.183716026 0.010203332 L=1m

8 6.2 0.00010333 0.9 90 0.81576801 9829.46269 0.183668761 0.003442261

9 4.4 7.3333E-05 -1.4 -140 0.57893213 6975.74772 0.183597343 -

0.010625923

10 2.5 4.1667E-05 -3.1 -310 0.32893871 3963.49302 0.183419212 -

0.072899604


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Bibliografía

• Manual de prácticas de la mesa hidrodinámica

• Mecánica de fluidos de Robert L. Mott sexta edición

Conclusión

Después de las mediciones que se realizaron, se observo que la presión varia

mucho según la tubería que se utilice, además que presentan diferentes diámetros

por lo que el factor de fricción es diferente en todas, también observamos que

tubería y material resulta mas eficiente para el transporte de agua, lo cual será de

mucha utilidad en la practica.

Practica tuberias 2

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