Practica tuberias 2

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Practica tuberias 2

  1. 1. 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
  2. 2. Laboratorio integral I 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 2 3/5/2010
  3. 3. Laboratorio integral I 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. 3 3/5/2010
  4. 4. Laboratorio integral I 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. 4 3/5/2010
  5. 5. Laboratorio integral I 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. 5 3/5/2010
  6. 6. Laboratorio integral I 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 ε D Mesa especificaciones Para una T esp. ∆P D υρ Q AV L π 2 D 4 ∆P Q 4Q πD 2 1D ∆P 2 D π 2 D 4 ∆P f = V = = 2 A= ∴f = = = 32 LρQ 2 A 4 4 L 1  4Q  2 4 L ρ16Q 2 πD ρ  2  πD 2  Datos experimentales π 2 D 4 ∆P f = 32 LρQ 2 VD Re = υ Datos teóricos Para tubería lisa 6 3/5/2010
  7. 7. Laboratorio integral I 16 64 f = si el flujo es turbulento y f = si el flujo es laminar R Re Para tubería rugosa       VD   Re =   . 25 υ f =           Log  1 + 5 . 74      D   (Re )09    3 .7        ε   ε Re l = D 7 3/5/2010
  8. 8. Laboratorio integral I 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 8 3/5/2010
  9. 9. Laboratorio integral I No.de f Reynolds experimental PVC 25930.1551 0.00095899 23551.2418 0.00059196 21291.2741 0.0149752 18674.4695 0.0192931 Datos Experimentales 16533.4475 0.0222983 14035.5885 0.0248365 11656.6752 0.0260521 0.07 9158.81625 0.0281729 0.06 0.05 Cu 0.04 Galvanizado 22272.8458 0.00179908 0.03 Cu f 19756.14 0.01669772 0.02 16987.7637 0.02150824 PVC 0.01 14471.058 0.02405172 0 9060.14065 0.02667439 -0.01 9060.14065 0.02679241 47 5 2 4 8 9 5 3 15 24 27 44 58 67 16 6669.2702 0.0278382 4. .8 0. 1. 1. 3. 5. 6. 67 93 55 29 53 03 65 58 4404.23504 0.02300127 18 25 23 21 16 14 11 91 Galvanizado 3963.49302 0.01755633 Re 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 9 3/5/2010
  10. 10. Laboratorio integral I Q ∆ No.de ƒ Medicion (L/min) Q (m3/s) P(mbar) ∆P(Pa) V (m/s) Reynolds ƒ teóricos 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 PVC 0.004 0.0035 0.003 0.0025 0.002 ƒ teoricos f 0.0015 f experimentales 0.001 0.0005 0 -0.0005 0 10000 20000 30000 Re 10 3/5/2010
  11. 11. Laboratorio integral I Q ∆ No. De f Medición (L/min) Q (m3/s) P(mbar) ∆ P(Pa) V (m/s) Reynolds f teóricos 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 Cu 0.08 0.07 0.06 0.05 Teorico 0.04 f Experimental 0.03 0.02 0.01 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Re 11 3/5/2010
  12. 12. Laboratorio integral I Q ∆ ∆ No. De f Medición (L/min) Q (m3/s) P(mbar) P(Pa) V (m/s) Reynolds f teóricos 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 Galvanizado 0.2 0.15 Teoricos 0.1 f experimentales 0.05 0 0 10000 20000 30000 40000 Re 12 3/5/2010
  13. 13. Laboratorio integral I 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. 13 3/5/2010

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