FLUJO DE FLUIDOS 2IV17 1. Defina desde el punto de vista de la
fsica clsica los conceptos de flujo de fluidos y de la clasificacin
con cierto detalle.El flujo de fluidos trata del estudio de los
fluidos en movimiento. Como ejemplo se tienen al desbordamiento de
un rio y al de las volutas de huma de un cigarrillo.Es de sumo
inters estudiar el transporte de fluidos de un punto a otro los
cuales son impulsados generalmente a travs de un sistema de
tuberas. Las tuberas de seccin circular son las ms frecuentes,
debido a que esta forma ofrece no slo mayor resistencia circular
son las ms frecuentes, debido a que esta forma ofrece no slo mayor
resistencia estructural, sino, tambin mayor seccin trasversal para
el mismo permetro exterior que cualquier otra forma.2. Qu se
entiende por peso especfico?Se le llamapeso especficoa la relacin
entre elpesode una sustancia y suvolumen.Su expresin de clculo
es:siendo, , el peso especfico;, el peso de la sustancia;, el
volumen de la sustancia;, ladensidadde la sustancia;, lamasade la
sustancia;, la aceleracin de lagravedad.
3. Cmo se puede pasar de densidad a peso especfico y
viceversa?La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen.
Se denomina con la letra . En el sistema internacional se mide en
kilogramos / metro cbico.El peso especfico de un fluido se calcula
como su peso sobre una unidad de volumen (o su densidad por g). En
el sistema internacional se mide en Newton / metro cbico. 4. Qu es
la hidrosttica y que ecuaciones tiene?Lahidrostticaes la rama de
lamecnica de fluidoso de la hidrulica que estudia los fluidos en
estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas que alteren
su movimiento o posicin. Los principales teoremas que respaldan el
estudio de la hidrosttica son elprincipio de Pascaly elprincipio de
Arqumedes.Lapresin(P)se relaciona con lafuerza(F)y elreao
superficie(A)de la siguiente forma:P=F/A.La ecuacin bsica de la
hidrosttica es la siguiente:dP = gdhSiendo:P: presin: densidad del
fluidog: la aceleracin gravitatoria de la Tierrah: altura
5. Qu es la hidrodinmica y que ecuaciones
tiene?Lahidrodinmicaestudia ladinmicade loslquidos.
6. Mencionar 5 materiales de construccin de las tuberas
7. Qu se entiende por rugosidad y que unidades
tiene?Larugosidadde las paredes de loscanalesytuberases funcin del
material con que estn construidos, el acabado de la construccin y
el tiempo de uso.8. Qu es la rugosidad relativa y que unidades
tiene?Es la relacin de la rugosidad absoluta para cada material,
entre el valor del dimetro interno real de la tubera a manejar.r= /
D = m/m Adimensional9. Cmo se calcula los dimetros internos y
externos de una tubera y que datos son necesarios para
obtenerlos?Los dimetros exteriores son: 2": 60.3 mm o 2 3/8", 4":
114.3 mm o 4 1/2"Los dimetros interiores dependen del espesor
seleccionado de la tubera y que se define como Schedule (Sch). El
dimetro lo calculas como Di = Do - 2* EspesorPara caos de Sch 40
los espesores son: 2": 3.91 mm, 4": 6.02 mmPara caos de Sch 80 los
espesores son: 2": 5.54 mm, 4": 8.56 mm10. Qu son los accesorios,
numere por lo menos cinco?Es el conjunto de piezas moldeadas o
mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento
determinado forman las lneas estructurales de tuberas de una planta
de proceso. Ejemplos: Bridas Codos Tes Reducciones Cuellos o
acoples Vlvulas Empacaduras Tornillos y niples
11. Cmo se calcula el factor de friccin?Elfactor de
friccinocoeficiente de resistencia de Darcy-Weisbach (f)es un
parmetro adimensional que se utiliza para calcular laprdida de
cargaen unatuberadebida a la friccin.RgimenCoeficiente de
friccinDependencia
Laminar
Turbulento liso
Turbulento intermedio
Turbulento rugoso
12. Describe la ecuacin de Fanny, Darcy y digan que unidades
tiene cada una de los variables y para que se utilizan.Ecuacion de
DarcyUna de las frmulas ms exactas para clculos hidrulicos es la de
Darcy-Weisbach. Sin embargo por su complejidad en el clculo del
coeficiente "f" de friccin ha cado en desuso. An as, se puede
utilizar para el clculo de la prdida de carga en tuberas de
fundicin. La frmula original es:h = f *(L / D) * (v2/ 2g)En funcin
del caudal la expresin queda de la siguiente forma:h = 0,0826 * f *
(Q2/D5) * LEn donde:h: prdida de carga o de energa (m)f:
coeficiente de friccin (adimensional)L: longitud de la tubera (m)D:
dimetro interno de la tubera (m)v: velocidad media (m/s)g:
aceleracin de la gravedad (m/s2)Q: caudal (m3/s)
13. Qu es longitud equivalente?Para cada accesorio en el sistema
a estudiar, una longitud virtual de tubera recta que, al utilizarse
con la ecuacin de prdida por friccin, genere la misma prdida
asociada a la prdida localizada del referido accesorio.14. Qu
representa fsicamente y como se obtiene (2 procedimientos) la
longitud equivalente?
15. Qu es un medidor de flujo y como se clasifica (de 4 ejemplos
de medidores de rea variable y 2 de rea fija)?Para controlar los
procesos industriales, se desea conocer la cantidad que entra y
sale del proceso. Debido a que la mayor parte de los materiales son
transportados en forma fluida, siempre que sea posible.
16. Cmo se relaciona la masa, gasto msico o volumtrico con la
cada de presin en un medidor de flujo? Las prdidas de presin en un
sistema e tuberas se deben a varias caractersticas del sistema:1.
Rozamiento en las paredes de la tubera debido:a) Funcin de la
rugosidad del superficie interiorb) Dimetro interiorc) Velocidad d)
Densidad y e) Viscosidad del fluido2. Cambios de direccin del
fluido3. Obstrucciones en el paso del flujo4. Cambios repentinos o
graduales en la superficie y contorno de paso del fluidoDonde el
gasto masa es Gm=GV17. Describa el funcionamiento de un medidor
magntico y para que tipos de fluidos se utilizan.
18. Qu es un fluido electroltico?Unelectrolitooelectrlitoes
cualquier sustancia que contieneioneslibres, los que se comportan
como un medioconductor elctrico. Debido a que generalmente
consisten en iones en solucin, los electrlitos tambin son conocidos
comosoluciones inicas, pero tambin son posibles
electrolitosfundidosyelectrolitos slidos.19. Qu es , Co, Cv y que
valores estn?
20. Mencionar las ventajas y desventajas de un medidor de tipo
venturi contra un medidor tipo placa de orificio.
21. Qu se entiende por un lecho empacado?Tambin conocida como
columna; es un recipiente generalmente de seccin transversal
circular que contiene en su interior partculas solidas (empaques)
distribuidas al azar o en forma ordenada (empaque integral). Las
columnas empacadas son un medio eficiente, para llevar a cabo
varios procesos entre fases como la transferencia de calor y masa;
y la extraccin de impurezas de un gas.
22. Qu tipo de operaciones de Ingeniera Qumica se pueden llevar
a cabo en los lechos empacados?Porosidad. La fraccin de volumen de
partculas en el lecho es (1-) donde es la porosidad o fraccin
hueca.23. De manera general dar una diferencia de lechos empacados,
torres de separacin y torres de platos.
24. Mencione 5 tipos de empaques, dar sus nombres y
caractersticas de cada uno de ellos, mencione de forma general
cuales son las caractersticas ms importantes de los empaques.
25. Explique cmo funciona una celda de presin
diferencial.Consiste en un diafragma en contacto con el lquido del
tanque, que mide la presin hidrosttica en un punto del fondo del
tanque. En un tanque abierto esta presin es proporcional a la
altura del lquido en ese punto y a su peso especfico. Es decir:P =
PresinH = altura de lquido sobre el instrumento = densidad del
lquidog = 9,8 m/s226. De la definicin de bombas.La bomba es un
aparato que agrega energa a un fluido lquido para transportarlo de
un lugar a otro, puede ser sobre el mismo plano o a diferente
nivel.
27. Clasificacin general de las bombas y caractersticas de esa
clasificacin.
28. Dar 3 ejemplos justificando la respuesta del uso de las
bombas. Las bombas de fbricas textiles manejan colorantes, agua,
sulfuros de carbono, cidos, sosa custica, sosa comercial, acetatos,
solventes, decolorantes, alcoholes, sales, perxidos de hidrgeno,
sales, engomado y butano. Se usan muchas bombas de medicin y
dosificacin en las aplicaciones textiles para manejar las
soluciones de decolorantes, control de pH del agua de lavado de las
fibras sintticas, control de color en el teido, carbonizacin de la
lana, etc. Las principales aplicaciones dentro de la industria
siderrgica son: enfriamiento de molinos, enfriamiento de hornos,
servicios de suministro de agua, remocin de escoria en los
lingotes, etc. La industria farmacutica, es una de las que tienen
los ms altos ndices de crecimiento. Para sus procesos utiliza gran
variedad de bombas las que incluyen bombas de vaco, comprensoras,
bombas para substancias qumicas, agua tratada, vapores, gases
licuados, etc.29. Dar las partes principales y funcionamiento de
las bombas centrifugas.Las Bombas centrfugas tambin llamadas
Rotodinmicas, son siempre rotativas y son un tipo debomba
hidrulicaque transforma laenerga mecnicade un impulsor
Corte esquemtico de una bomba centrfuga. 1acarcasa, 1b cuerpo de
bomba, 2 soporte de cojinetes, 3 tapa de depresion, 4 apertura del
eje, 5 cierre del eje, 6 eje.
30. Qu ventajas tiene las conexiones en serie y en paralelo en
la conexin de 2 bombas de caracterstica similar?Cuando la necesidad
de operacin sea la de tener alta carga a gasto constante es
necesario utilizar un sistema en serie. Si la demanda en el proceso
es la de tener un alto gasto con una carga constante (no
necesariamente) se debe utilizar un arreglo en paralelo.31. De un
arreglo paralelo de caractersticas similares al anterior.
32. Qu se entiende por cabeza, carga o altura de una bomba y que
unidades tiene? La energa total de la bomba suministre al liquido
se define como una carga o columna de liquido, es decir como el
numero de metros de liquido que ejercen una presin igual a la
presin suministrada al fluido por la bomba.33. Cmo se calcula la
carga, cabeza o altura (H)?Matemticamente se calcula pr la
ecuacin
Donde: H=carga suministrada por la bomba al liquido m P= presin
suministrada por la bomba al liquido Kgf/m2W= peso especifico del
liquido bombeado Kgf/m334. Mencione 3 curvas caractersticas de
operacin de las bomba y explicar brevemente el contenido de dicha
curva.
Las curvas caractersticas representan el comportamiento
hidrulico de una bomba en general.
35. Qu se entiende por la cabeza de succin neta positiva NPSHA
disponible y la requerida NPSHR cul es la de el fabricante y la del
cliente ( CSNPD)?El NPSHrequerido es un parmetro de la bomba y lo
debe dar el fabricante. Se puede interpretar como la succin que
produce la bomba para poder manejar el caudal y la cabeza para las
cuales fue seleccionada.El NPSHdisponible es un parmetro del
sistema y debe calcularse. Nos dice que tanta succin se puede
tolerar antes que la presin alcance Psat. De ah el requerimiento
NPSHrequerido < NPSHdisponible.Se calcula de la siguiente
manera:NPSHdisponible. = hsp hs hf - hvaphsp: Cabeza de presin
esttica aplicada al fluido (en escala absoluta) expresada en metros
de altura de columna del fluido.hs: Diferencia de elevacin entre el
nivel del fluido en el depsito y la entrada a la bomba. Positivo
cuando la bomba esta por debajo del depsito (preferido) y negativa
cuando est por encima del mismo.hf: prdida por friccin en la tubera
de succin expresada en metros.36. Qu es la cavitacin de una
bomba?Es un fenmeno fsico, mediante el cual un lquido, en
determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y en unos instantes
despus pasa nuevamente a estado liquido.37. Cmo se evita y como se
corrige?
38. Cmo se modifica la cabeza de la bomba con el gasto?La
naturaleza del fluido que se est transformando como la
corrosividad, temperatura, presin de vapor, viscosidad y slidos en
suspensin. 39. Describe la ecuacin de Bernoulli y en funcin de que
energas estn y cada trmino explicar.La energa de un fluido en
cualquier momento consta de tres componentes: cintica: es la energa
debida a la velocidad que posea el fluido; potencial gravitacional:
es la energa debido a la altitud que un fluido posea; energa de
flujo: es la energa que un fluido contiene debido a la presin que
posee.La siguiente ecuacin conocida como "ecuacin de Bernoulli"
(Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos trminos.
donde:=velocidaddel fluido en la seccin considerada.=densidaddel
fluido.=presina lo largo de la lnea de corriente.=aceleracin
gravitatoria= altura en la direccin de lagravedaddesde unacotade
referencia.
40. Bernoulli en los siguientes casos: atura constante,
velocidad del fluido constante, mismos dimetro, cuando no haya
cambio de presin, cuando no hay gradiente de flujo (reducir la
ecuacin).