UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BÁSICA UNITARIAS I

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BÁSICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN Profesora: Marianela Fernández

2 Objetivo General Determinar las pérdidas de carga por fricción en tuberías y accesorios para el transporte de un fluido en fase líquida.

3 Objetivos Específicos Determinar las pérdidas de carga por fricción experimentales y teóricas de las tuberías, válvulas y accesorios utilizados. Comparar las pérdidas de carga por fricción obtenidas experimentalmente con las teóricas.

4 Caída de Presión Un interés considerable en el análisis de flujo de tuberías es el que causa la caída de presión, porque está directamente relacionado con la potencia necesaria para que una bomba mantenga el flujo. Una caída de presión ocasionada por efectos viscosos representa una perdida irreversible de presión. P L f L D v 2 prom 2

5 Fricción Es la fuerza de rozamiento que se opone al movimiento. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Se relaciona con la caída de presión y las pérdidas de carga durante el flujo. Puede ocurrir debido a la forma o a la superficie y es función de las propiedades del fluido: viscosidad, la velocidad de circulación, diámetro de la tubería y la rugosidad.

6 Pérdidas de Carga por Fricción En el análisis de los sistemas de tuberías, las pérdidas de presión comúnmente se expresan en términos de la altura de la columna de fluido equivalente llamada pérdida de carga. h L P g L f L D v 2 prom 2g Representa la altura adicional que el fluido necesita para elevarse por medio de una bomba con la finalidad de superar las pérdidas por fricción en la tubería.

7 Pérdidas de Carga por Fricción La pérdida de carga en una tubería es la pérdida de energía dinámica del fluido debida a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. La pérdida de carga se produce por la viscosidad y se relaciona directamente con el esfuerzo de corte de la pared del tubo.

8 Pérdidas de Carga por Fricción Las perdidas de carga pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. Estas dependen de: El estado de la tubería: tiempo en servicio, presencia de incrustaciones, corrosión, etc. El material de la tubería Velocidad del fluido Longitud de la tubería Diámetro de la tubería

9 Pérdidas Menores (Accesorios) El fluido en un sistema de tubería típico pasa a través de varias uniones, válvulas, flexiones, codos, ramificaciones T, entradas, salidas, ensanchamientos y contracciones, además de los tubos. Dichos componentes (accesorios) interrumpen el flujo continuo del fluido y provocan pérdidas adicionales debido al fenómenos de separación y mezcla del flujo.

10 Pérdidas Menores (Accesorios) En un sistema típico, con tubos largos, estas pérdidas son menores en comparación con las pérdidas de carga por fricción en los tubos y se llaman pérdidas menores. Las pérdidas menores se expresan en términos del coeficiente de pérdida k o también llamado coeficiente de resistencia. h L P g L fleq v 2 prom 2g h L K v 2 prom 2g

11 Pérdida adicional por Fricción para Flujo Turbulento a través de Accesorios y Válvulas

12 Factor de Fricción Factor de Fricción de Fanning (f) Es una función del Número de Reynolds (N Re ) y la Rugosidad de la superficie interna de la tubería. Esta función expresa la relación entre la pérdida de cantidad de movimiento y la carga de energía cinética. f= f(re,ε).

13 Factor de Fricción f(re,ε) Flujo Laminar Es un patrón bien ordenado donde se supone que las capas de fluido se deslizan una sobre otra. N Re < 2000 Flujo Turbulento Este patrón se presenta si el número de Reynolds del sistema excede el valor crítico se generan fluctuaciones irregulares (turbulencias) en el flujo a lo largo de la longitud de la tubería. N Re > 4000

14 Factor de Fricción La influencia de ambos parámetros sobre f es cuantitativamente distinta según las características de la corriente. Régimen laminar f 64 Re Régimen de transición y turbulento f e D 6 10 Re 1/3

15 Diagrama de Moody

16 Rugosidad Absoluta y Relativa Rugosidad absoluta: es el conjunto de irregularidades de diferentes formas y tamaños que pueden encontrarse en el interior de los tubos comerciales, cuyo valor medio se conoce como rugosidad absoluta (K), y que puede definirse como la variación media del radio interno de la tubería. Rugosidad relativa: Es el cociente entre la rugosidad absoluta y el diámetro de la tubería, la influencia de la rugosidad absoluta depende del tamaño del tubo.

17 Rugosidad Relativa de Algunos Materiales

18 Distribución de Tuberías Tuberías 1" Tubería ¾" Tubería ½" Tubería ⅜"

19 Procedimiento Experimental Accesorios Codo Válvula de Compuerta Te

20 Hoja de Toma de Datos Experiencia 1. Caídas de Presión para la Tubería de ½, L= H Venturi (in H 2 O) Venturi Tubería ½ H1 H2 H3 H4 Experiencia 2. Caídas de Presión para la Tubería de 1, L= H Venturi (in H 2 O) Venturi Tubería ½ H1 H2 H3 H4

21 Hoja de Toma de Datos Experiencia 3. Caídas de Presión para los Accesorios Accesorio Válvula de Compuerta Conexión T hacia abajo Conexión T hacia arriba Codo 90º Venturi Accesorio H1 H2 H3 H4