Tecnolgico de Estudios Superior de San Felipe del Progreso
Divisin de Ingeniera Qumica
Laboratorio integral I
PracticaDETERMINACIN DE CAIDA DE PRESIN Y FACTOR DE FRICCIN DE
FLUIDOS INCOMPRENSIBLES.
Facilitador:
Ing. Ana julia Huicochea Salinas
Elaborador:
Hernndez Jimnez Ruth
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ObjetivoMarco tericoUn flujo interno debe tenerse en cuenta el
comportamiento en la capa lmite. A la entrada de un ducto o tubera
la capa lmite generalmente es muy delgada, de manera que en esta
regin el flujo puede considerarse como no viscoso, excepto cerca de
la frontera. Sin embargo, a lo largo del flujo existe un aumento de
espesor de la capa lmite. En muchos flujos la capa lmite puede
ocupar con rapidez toda la seccin transversal del flujo; cuando
esto ocurre en las primeras etapas del flujo, por lo general se
considera ste como completamente viscoso; mientras que en esto se
encuentras los flujos lamnales y turbulentos con base al
experimento de Reynolds, en donde el flujo laminar en relacin con
la ley de viscosidad de Newton. Este flujo se describi como un
patrn bien ordenado donde se supone que las capas de fluido se
deslizan una sobre otra. Por otro lado se desarrollan fluctuaciones
irregulares del flujo, de manera que la tinta se dispersa
completamente antes de alcanzar una distancia importante a lo largo
de la tubera. Este flujo irregular se conoce como flujo turbulento.
En los flujos que se consideran sin friccin puede existir
turbulencia. Luego, existen casos en los cuales debe tenerse en
cuenta la turbulencia de la corriente libre en flujos que se
consideran sin friccin en clculos ordinarios. En el nmero de
Reynolds nos dice que la relacin entre las fuerzas inerciales y las
fuerzas de friccin, usualmente en funcin de parmetros geomtricos y
de flujo convenientesEc. 1.- Ecuacin de ReynoldsMientras que el
flujo en tuberas de diferentes dimetros conectadas mediante varios
accesorios, para el volumen de control indicado puede utilizarse la
ley de la termodinmica. En flujo laminar el trmino de altura de
velocidad ser una cantidad pequea en comparacin con los otros
trminos, la magnitud del error inherente en estos casos suele
sobrepasar los errores en los que se incurre al utilizar un proceso
de promedio incorrectoEcu. 2La ecuacin de Bernoulli modificada se
puede aplicarse a cualquier serie de tubos rectos interconectados
mediante diferentes clases de accesorios conectores. En esta
ecuacin la densidad se mantiene constante, pero se tiene en cuenta
para los cambios en la energa interna y la transferencia de calor.
Considrense tuberas que transportan Lquidos como agua o aceite a lo
largo de distancias relativamente grandes. Los lquidos tienden a
permanecer a una temperatura constante cercana a la de los
alrededores durante estos viajes largos y, en consecuencia, aun con
grandes cambios en la presin, la densidad permanece esencialmente
constante. A pesar de que la tasa de transferencia de calor puede
ser muy baja para cualquier tramo pequeo de la tubera, hay que
tener en cuenta que dQ/dm es la transferencia total de calor para
una unidad de masa de fluido que se mueve a lo largo de la
distancia completa. Los cambios en la energa interna debidos al
cambio de presin y a cualquier pequea diferencia de temperatura,
tambin deben tenerse en cuenta en el trmino de prdida de
altura.Ecu. 3El factor de friccin o coeficiente de resistencia de
Darcy-Weisbach es un parmetro a dimensional que se utiliza para
calcular la prdida de carga en una tubera debida a la friccin.
Factor de friccin de Darcy, recordamos que el factor de friccin o
coeficiente de resistencia de Darcy-Weisbach (f) es un parmetro a
dimensional que depende del nmero de Reynolds y de la rugosidad
relativa. Decamos que la influencia de ambos parmetros sobre f es
cuantitativamente distinta segn las caractersticas de la
corriente.Factor de friccin de Fanning, considerando el balance de
fuerzas y la definicin del factor de friccin.
El coeficiente f se conoce como factor de Fanning y depende del
nmero de Reynolds y de la rugosidad de la tubera. No ha sido
posible encontrar una sola ecuacin que prediga los valores de para
todos los patrones de flujo, encontrndose las siguientes r
elaciones a partir de datos experimentales:a) Para flujo
laminar
b) Para flujo turbulento. N Re > 10000 En tubos lisos
En tubos rugosos
c) Para flujo transicional. 2100 < NRe < 10000
Rugosidad relativa a las prdidas de presin por friccin en un
tubo: Las prdidas de presin por friccin en una tubera debido a la
friccin con las paredes de la conduccin, carga que sufre el fluido
debido a la existencia de diversos elementos singulares y que hacen
que el fluido experimente una prdida de energa.
Materiales y reactivos
Agua corriente
Diagrama de flujo
Metodologa
Datos y observaciones
Clculos y resultados Calculo de las perdidas por friccin
mediante longitudes equivalentesPerdidas por friccin a la entrada
de la tuberaAccesorioDimetro (in)Longitud equivalente (m)
llave de paso1 0.3
tubo1 1.29
Vlvula de compuerta abierta1 0.3
Tubo1 0.19
Codo de 901 0.9
tubo1 0.235
La longitud equivalente de los accesorios se obtiene a partir de
tablas del apndice XXVI del libro problemas de flujo de fluidos,
Valiente segunda edicin.Y se obtiene que la longitud equivalente de
los accesorios y la tubera es de 3,215 metrosComo anteriormente se
obtenan los datos de tablas para las longitudes equivalentes se
realiza lo mismo pero ahora para diferentes dimetros de tubera a la
sala de la bomba.AccesorioDimetro (in)Longitud equivalente (m)
Tubo10.265
Valvula de diafragma11
Tubo10.05
Rotametro11.1
Tubo10.03
Codo de 9010.7
Tubo10.12
ReductorDe 1 a 0.07
La longitud equivalente de los accesorios y la tubera de 1 es de
3.305 metrosSe realza el mismo procedimiento para obtener las
longitudes equivalentes par la tubera de y se obtiene
que:AccesorioDimetro (in)Longitud equivalente (m)
Tubo1.63
Arreglo de codos de 900.8
Tubo0.18
Codo de 450.3
Tubo0.18
Codo de 450.3
Tubo0.295
Valvula de compuerta abierta0.1
La longitud equivalente de los accesorios y la tubera de es de
3.785 metrosCalculando la velocidad para los distintos dimetros de
tubera con la siguiente formula obyeemos que.V=Teniendo estos datos
de dimetros obtenidos de tablas del apndice XXXI de problemas de
flujo de fluidos valiente segunda edicion se sustituyen en la
ecuacin y teniendo en cuenta que se trabajo con un caudal de 300
.En la siguiente tabla se muestran los dimetros internos de los
distintos dimetros de la tubera.Dimetro de tubera (in)Dimetro
interno de la tubera (cm)Dimetro interno de la tubera (m)
1.8350.01835
12.4310.02431
1 3.810.0381
Para poder sustituir los valores se inicia convirtiendo las
unidades del caudal a entonces se realiza la siguiente
conversin.Ca=(300 )((=8.333x10-5 Entonces se obtiene el caudal que
es de 8.333x10-5 Ahora realizando el anlisis de unidades para
sustituir valores en la ecuacin de velocidad setiene
que.V=Obtenemos que las unidades de la velocidad son:V=Entonces se
sustituyen los valores para calcular la velocidad de flujo en cada
dimetro de tubera.Calculo de la velocidad para la tubera de 1V=Se
obtiene que la velocidad en la tuberia de 1 es de 0.1794672
Realizando el mismo calculo para la tuberia de V=La velocidad de
flujo en la tuberia de es de 0.31498 .Entonces para la tubera de 1
obtenemos que la velocidad de flujo en esta tubera es de 0,073064
.Calculando el nmero de Reynolds para cada velocidad de flujo para
saber que tipo de flujo es en cada dimetro de tubera con la
siguiente ecucion.No. ReObteniendo los siguientes datos para el
agua a 19 C del II y XIV del valiente segunda edicin.Densidad del
agua a 19C ()Viscosidad del agua ()
998.41.140 x 10-3
Calculando el nmero de Reynolds para la tubera de No. ReEl flujo
en la tubera de es turbulento ya que el numero de reynolds es de
5060.9466
En la siguiente tabla se dan a conocer los nmeros de reynolds
para cada diametro de tubera as como si es laminar, turbulento o en
estado de de rancision.Dimetro de la tubera (in)Numero de
ReynoldsTipo de flujo
5060.9466Turbulento
13820.0173Turbulento
1 2437.3469Turbulento
Los flujos se consideran turbulentos ya que en las tuberas se
considera apartir de los 2000 como un flujo turbulento.Calculando
el factor de Darcy por la siguiente ecuacin se obtienen los
siguientes valores mostrados en la siguiente tabla.Obteniendo a
k=0.007 mEntonces la rugosidad relativa para cada diametro.Para el
diametro de 0.01885 m
La rugosidad relativa para la tuberia con diametro de 0.01885 m
es de 0.7957559682Para el diametro de 0.02431 m la rugosidad
relativa es de 0.617030Para el diametro de 0.0381 m la rugosidad
relativa es de 0.39370Calculando el factor de Fanning con la
siguiente ecuacin se obtiene queFf=
Anlisis de resultadosConclusinReferencias