UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE OPERACIONES UNITARIAS LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA - I Pérdidas de Presión debido a la fricción en tuberías (Equipo didáctico) INTEGRANTES: 1. Córdova Paz, Carlos (11070142) 2. Cornejo Morocho, Jaime (09070170) 3. Muro Manrique, Andrés (09070109) 4. Villaruel Quispe, Fernando (09070119) Profesor: PhD. Ricardo Lama Ramírez Ciudad universitaria, 30 de noviembre de 2012
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICADEPARTAMENTO ACADEMICO DE OPERACIONES UNITARIAS
LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA - I
Pérdidas de Presión debido a la fricción en tuberías (Equipo didáctico)
INTEGRANTES:
1. Córdova Paz, Carlos (11070142)
2. Cornejo Morocho, Jaime (09070170)
3. Muro Manrique, Andrés (09070109)
4. Villaruel Quispe, Fernando (09070119)
Profesor: PhD. Ricardo Lama Ramírez
Ciudad universitaria, 30 de noviembre de 2012
RESUMENEn la siguiente experiencia se hace circular flujos liquidos (agua) en tres regímenes laminar , transición ,turbulento en 4 tuberias independientes (uno a la vez) de diferentes diámetros (4-18)mm , de las cuales 3 son lisas y una rugosa (0.2mm).La experiencia se realiza en el equipo didáctico Armfield a 756 mmHg y a una temperatura inicial de 22 ºC . La temperatura del agua va calentándose a medida que se desarrolla la práctica. Se obtiene flujos en distinto régimen laminar ,transición y turbulento en sendas tuberías con números de Reynolds desde 1495 hasta 52929.8 .
INTRODUCCION
La determinación de las caídas de presión por la fricción, son muy importantes en las prácticas de ingenieria , debido a que éstas, nos sirven de parámetros para el dimensionamiento de equipos tales como bombas y sopladores en el caso de impulsar líquidos o gases respectivamente.
El objetivo de la siguiente práctica es evaluar las pérdidas por fricción originadas por el flujo de un líquido en este caso agua, a través de un sistema de tuberías (Equipo Armfield), que contiene tramos rectos lisos y rugosos, accesorios y medidores de caudal; y comparar estas pérdidas de presión debido a la fricción con los resultados calculados teóricamente por medio de las ecuaciones de flujo de fluidos.
FUNDAMENTO TEÓRICO
FLUIDO:Es una sustancia que se deforma continuamente en el tiempo cuando se somete a un esfuerzo cortante, sin importar la magnitud de éste, que a su vez depende de la viscosidad y velocidad del fluido.
NÚMERO DE REYNOLDS
La naturaleza de determinado flujo incompresible se puede caracterizar mediante su número de Reynolds.
𝑹𝒆=𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒊𝒏𝒆𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍𝒆𝒔𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒗𝒊𝒔𝒄𝒐𝒔𝒂𝒔
=𝒗𝑫 𝝆𝝁
ECUACIÓN DE BERNOULLI
Se basa en el principio de conservación de la energía.
𝑷𝟏
𝜸+𝒗𝟏𝟐
𝟐𝒈+𝒛𝟏=
𝑷 𝟐
𝜸+𝒗𝟐𝟐
𝟐𝒈+𝒛𝟐+𝒉𝒇 +𝒉𝒘
Esta es la forma general resultado del balance de energía del sistema; la cual incluye los siguientes términos:
Carga hidrostática debido a la presión
Carga hidrostática cinética
Carga hidrostática potencial
OBTENCIÓN DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN:
CALCULO DEL FACTOR DE DARCY
1. Usando el diagrama de Moody:El diagrama de Moody es universalmente válido para todos los flujos incompresibles, permanentes en tubos de cualquier forma de sección de flujo. El diagrama de Moody se utiliza como una ayuda para determinar el valor del factor de fricción, f, para ello deben conocerse los valores del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.
2. Empleando la ecuación de
Colebrook-White.
𝟏√ 𝒇 𝒅
=−𝟐 𝒍𝒐𝒈 ( 𝜺𝑫𝟑 .𝟕
+ 𝟐 .𝟓𝑹𝒆 .√ 𝒇 𝒅
)
Una vez conocido el coeficiente de fricción se puede calcular la pérdida de carga en una tubería debida a la fricción mediante la ecuación de Darcy Weisbach:
NUMERO DE REYNOLDS:
Donde D: Diámetro de la tubería, V: velocidad media del líquido, p: Densidad del liquido, u: Viscosidad.
Temperatura (°C) Densidad (kg/m3) Viscosidad (cp)
22 997.80 0.9579
28 996.27 0.8360
31 995.37 0.7840
33 994.73 0.7523
TABLA DE DATOSTabla N°1: Tabla de densidad y viscosidad del agua a diferentes temperaturas
Gráfica N°7: Perdidas de presión debido a la fricción teórica y experimental en función de la velocidad para la tubería 4 (lisa, D=18mm)
0.01 0.1 1 100.001
0.01
0.1
1
log Velocidad
log
(p
erd
idas
po
r fr
icci
on
)
Gráfica Nº8: Perdidas por fricción experimental en función de la velocidad (escala logarítmica) para la tubería 4 (lisa, D=18mm)
Gráfica Nº9: Comparación de pérdidas por fricción en tuberías lisas (tuberías 1, 2 y 4) a diferentes diámetros.
Gráfica Nº10: Comparación de pérdidas por fricción en tuberías de igual diámetro, pero diferente rugosidad (tubería 3 rugosa, tubería 4 lisa)
Grafica 11 : factor de friccion vs Reynolds ( tuberia 2 )
0 10000 20000 30000 40000 50000 600000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
fd vs Re
Reynolds
Fac
tor
de
fric
cio
n
Grafica 12 : factor de friccion vs Reynolds ( tuberia 3 )
0 5000 10000 15000 20000 25000 300000
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
f vs Re
Reynolds
Facto
r d
e f
riccio
n
0 10000 20000 30000 40000 50000 600000
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
fd vs Re
Reynolds
Fact
or d
e fr
icci
on
Grafica 13 : factor de friccion vs Reynolds ( tuberia 4 )
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
En todos los casos de la presente práctica, notamos que las pérdidas experimentales son mayores a las teóricas (calculadas mediantes las ecuaciones de flujo de fluidos), esto se puede deber a diversos factores, entre ellos que el fluido de trabajo en el equipo lleve empozada buen tiempo. En la gráfica 1 se aprecia que las pérdidas por fricción experimentales son mayores que las pérdidas por fricción teóricas, esto se debe a distintas razones, como por ejemplo, sabemos que dicha agua que se utiliza en dicha experiencia es agua estancada y las propiedades de dicha agua no son las que se esperan en los cálculos, ya que esta agua estancada contiene partículas sedimentadas que hacen que se presente mayor perdida por fricción en la tubería 1.
Experimentalmente se observa de las tablas 12 ,13 ,14 y 15 que a mayor diámetro de la
tubería se necesita un caudal de operación mucho mayor. El régimen de dicho fluido (agua) depende de la cantidad de fluido que recorre dichas tuberías.
En la gráfica 10 se observa una diferencia apreciable respecto a las pérdidas por
fricción, ya que el comportamiento de la tubería 3 ( tubería rugosa de 18mm de diámetro) el cual se observa una mayor desviación de las pérdidas por fricción experimentales con respecto a las teóricas , en cambio la tubería 4 ( tubería lisa de 18 mm de diámetro ) no se observa mucha desviación en las perdidas por fricción experimentales con respecto a la teórica, ya que es una tubería lisa.
CONCLUSIONES1) A mayor caudal (y por tanto a mayor velocidad), mayor será la pérdida
de presión por fricción en un mismo sistema de tuberías.
2) Se observa que las pérdidas por fricción varían de manera inversamente proporcional con el diámetro de la tubería para un mismo caudal.
3) Los resultados que se obtienen para las tuberías se puede decir que a
medida que el diámetro es más pequeño las pérdidas son mayores. Así como también esta aumenta cuando la rugosidad y el caudal son mayores.
4)El factor de fricción depende del régimen del caudal y de la rugosidad de
la tubería , también depende del fluido que se usa en la experiencia , ya que en este caso es agua estancada y está claro que tiene propiedades muy diferentes que el agua común y corriente .
RECOMENDACIONES
1) Al momento de realizar la toma de datos experimentales, se deben hacer de manera cuidadosa, debido a que las lecturas en los manómetros presentaban fluctuaciones, lo cual dificulta la obtención de una adecuada lectura constante. Por eso previamente uno debe calibrar de manera adecuada ya sea el manómetro de mercurio para grandes diferencias de presiones o el manómetro de agua para menores diferencias de presiones.
2) Antes de comenzar el experimento, eliminar el aire presente en las tuberías empleando una válvula de escape. También eliminar las burbujas presentes en las mangueras que miden la diferencia de presión.
3) Debido a que solo hay una tubería que presenta rugosidad, se recomienda tener un juego
de tuberías de similar rugosidad, pero con diferente diámetro. Esto con el fin de comparar la tendencia de las tuberías lisas con las tuberías rugosas.
4) Para hallar en el fluido régimen laminar es un poco complicado y no es muy exacto, para
dicho problema, tener un manómetro que contenga un líquido de menor densidad del agua , que podría ser un manómetro de aceite , para analizar un poco más el régimen laminar de dicho fluido empleado en la experiencia .
ANEXOS
La enfermedad del legionario es una infección pulmonar. Es una forma de neumonia que recibió su nombre después de que azotara a la Convención de Legionarios
Estadounidenses de 1976.
CAUSAS
La enfermedad del legionario puede ser contraída por:
Respirar vapor de una fuente de agua estancada contaminada con la bacteria Legionella
Respirar polvo de un suelo que contenga la bacteria Legionella
NOTA: La infección no se contagia de una persona a otra.
FACTORES DE RIESGO Los factores que incrementan su probabilidad de padecer la enfermedad del legionario son:
-Edad avanzada
-Sexo masculino
-Tabaquismo
-Consumo excesivo de alcohol
SÍNTOMAS
Los síntomas pueden incluir:
-Fatiga
-Fiebre (con frecuencia alta)
-Escalofríos y dolores musculares
-Tos seca
DIAGNÓSTICO
-Exámenes sanguíneos.-Análisis de esputo.
-Pruebas de la función renal.-Exámenes de orina.
PREVENCIÓN
El diseño, el mantenimiento y la limpieza adecuados de las áreas de alto riesgo pueden reducir el riesgo de difusión de la enfermedad. Esto incluye cualquier área donde haya agua estancada.
Uno puede reducir el riesgo de contraer la enfermedad del legionario al:
- No fumar
- Limitar la cantidad de bebidas alcohólicas que ingiera
Si uno trabaja con suelos recién cultivados o de encapsulamiento: Usar guantes y máscara. No inhalar polvo de los suelos. Humedecer los suelos para disminuir la cantidad de polvo.