PRÁCTICA 2: DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN UN SISTEMA DE TUBERÍAS

Transcripción

1 Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda Área de Tecnología Programa de Ingeniería Química Departamento de Energética Laboratorio de Operaciones Unitarias I PRÁCTICA : DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN UN SISTEMA DE TUBERÍAS 1 OBJETIVO GENERAL Determinar las pérdidas por fricción para transporte de un fluido en fase líquida. OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar las pérdidas por fricción en tubería (de superficie o distribuidas), en válvulas y accesorios (de forma o localizadas). Indicar la relación entre el caudal circulante y las pérdidas por fricción. Indicar la influencia de la rugosidad de la tubería en las pérdidas por fricción. 3 EQUIPOS NECESARIOS Sistema compuesto por dos tramos recto de tuberías (acero al carbono y de plástico), codos de 90º de esquina cuadrada y válvula de compuerta. Manómetro en U de Mercurio instalado en el sistema. Bombas conectadas en paralelo Rotámetro. 4 DATOS EXPERIMENTALES Y TEÓRICOS Lectura de la variación de altura ( h) en el manómetro en U instalado en el sistema para diferentes caudales. Caudal circulante en tubería, codos y válvula. Temperatura del agua. Diámetro de la tubería de acero al carbono D = 36.5 mm. Diámetro de la tubería de plástico D = 8 mm. Longitud de cada una de las tuberías L =.7 metros Rugosidad Relativa, ε/d= Factor de fricción, f (teórico). Coeficientes de pérdidas, K (teórica) del codo de 90º de esquina cuadrada y de la válvula de compuerta. 5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Encender el equipo y poner en circulación el fluido. Conectar las bombas en paralelo. Hacer circular el fluido por la tubería recta de acero al carbono. Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas a la tubería de acero al carbono; así como las válvulas conectadas al manómetro en U de Mercurio (letras A y B).. Verificar el cero en el manómetro, cerrando completamente la válvula del Rotámetro (válvula Nº 10). Fijar un caudal en el Rotámetro manipulando la válvula Nº 10. Tomar la lectura de manómetro ( h) para el caudal fijado. Repetir el procedimiento, colocando el flotador en el siguiente caudal y así sucesivamente hasta cubrir todos los caudales en el Rotámetro (variando los caudales de 1000 en 1000). Cerrar todas las válvulas conectadas a las mangueras. Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas a la tubería de plástico; así como las válvulas conectadas al manómetro en U de Mercurio (letras A y B).. Repetir el mismo procedimiento seguido en la Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas en el sistema formado por codos de 90 º de esquina cuadrada, así como las válvulas conectadas al manómetro en U de Mercurio (letras A y B). Repetir el mismo procedimiento seguido para la Cerrar todas las válvulas conectadas a las mangueras. Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas en la válvula de compuerta (completamente abierta, abierta ¾, abierta ½ o abierta ¼), así como las válvulas conectadas al manómetro en U de mercurio. Repetir el mismo procedimiento seguido para la 6 TRABAJO A REALIZAR Para Los Dos Tramos De Tubería Recta : Determinar las pérdidas por fricción experimentales (hf exp ) y el factor de fricción experimental (f exp )

2 Determinar el factor de fricción teórico (f teórico ) utilizando: Diagrama de Moody. Ecuación de Churchill. Determinar las pérdidas por fricción teóricas (hf teóricas ) Graficar las pérdidas por fricción teóricas (hf teóricas ) y experimentales (hf exp ) vs. Caudal Real. Comparar el factor de fricción experimental (f exp ) y teórico (f teórico ). Comparar las pérdidas por fricción experimentales (hf exp ) en los dos tramos de tubería. Para codo de 90 º esquina cuadrada y válvula de compuerta: Determinar las pérdidas por fricción experimentales (hk exp ).y el coeficiente de pérdidas experimental (K exp ) Determinar el coeficiente de pérdidas teórico (K TeóricO ) utilizando: La Gráfica A-5ª de Tablas y Gráficas de la Unidad I (Fuente: Crane, 1976) La Tabla A-4 de Tablas y Gráficas de la Unidad I ( Fuente: Crane, 1976), realizando la corrección si el flujo está parcialmente desarrollado. Determinar las pérdidas por fricción teóricas (hk teórica ) para cada coeficiente de pérdidas teórico (K TeóricO ) obtenido. Graficar las pérdidas por fricción teóricas (hk teórica ) y experimentales (hk exp ). vs. Caudal Real. Comparar el coeficiente de pérdidas experimental (K exp ) con cada coeficiente de pérdidas teórico obtenido (K TeóricO ). Realice el diagrama del equipo con la simbología correspondiente. 7 PRE-LABORATORIO Investigar: 1. Formación de Capa límite y Flujo completamente desarrollado.. Ecuación de Bernoulli corregida por efectos de fricción, en unidades de longitud de líquido, presión y energía por unidad de masa. 3. Concepto de fricción. 4. Tipos de pérdidas por fricción. 5. Concepto de pérdida por fricción en tubería (distribuida). 6. Concepto de pérdida por fricción en válvula y en accesorio (localizada). 7. Fórmula de Darcy, en unidades de longitud de líquido, presión y energía por unidad de masa. 8. Factor de Fricción. Concepto, factores de los cuales depende y métodos para determinarlo. 9. Gráfica de Moody. Cómo está construida. Para qué y cómo se utiliza. 10. Gráfica en función del Factor de Fricción de Fanning y cómo se calcula este factor. 11. Parámetro de Rugosidad () y Rugosidad Relativa (/D). Concepto y cómo se determinan. 1. Gráficas para tuberías de acero comercial en función del diámetro nominal de la tubería. 13. Coeficiente de Resistencia ó Pérdidas (K). Concepto, factores de los cuales depende y métodos para determinarlo. 14. Influencia de la velocidad, diámetro, longitud, rugosidad y Reynolds en las pérdidas por fricción. 15. Fórmulas y cálculos necesarios para determinar las pérdidas por fricción en tuberías y accesorios tanto teóricas como experimentales. 8 TABLAS DE DATOS Tabla 1. Tubería de Acero al Carbono Tabla. Tubería de Plástico Tabla 3. Codos de 90 º de Esquinas Cuadradas Q Rotámetro (l/h) h (cm) Tabla 4. Válvula de Compuerta (Completamente abierta, abierta ¾, abierta ½ o abierta ¼) Temperatura del agua:

3 Tabla 5. Tubería de Acero al Carbono Q Real (m 3 /s) P (N/m ) hf exp (m) f exp f 1teorico hf 1teo (m) f teorico hf teo (m) % Error hf exp / n f exp / n f 1teo / n hf 1 teo / n f teo / n hf teo / n Tabla 6. Tubería de Plástico Q Real (m 3 /s) P (N/m ) hf exp (m) f exp f 1teorico hf 1teo (m) f teorico hf teo (m) % Error hf exp / n f exp / n f 1teo / n hf 1 teo / n f teo / n hf teo / n Tabla 7. Codo de 90 º Q Real (m 3 /s) P (N/m ) hk exp (m) k exp (m) k 1teo (m) hk 1teo (m) k teo hk teo % Error hkexp / n kexp / n k 1teo / n hk 1teo / n k teo / n hk t eo / n Tabla 8. Válvula de Compuerta Q real (m 3 /s) P (N/m ) hk exp (m) k exp (m) k 1teo (m) hk 1teo (m) k teo hk teo % Error hkexp / n kexp / n k 1teo / n hk 1teo / n k teo / n hk teo / n Donde: Caudal Real Q Real : caudal real leído de la curva de calibración del Rotámetro [m 3 /s] Diferencia de Presión medida por el manómetro en U de Mercurio P h( Hg H O ) [Pa] P: caída de presión [N/m ] h: dif. altura manómetro en U de Mercurio [m] γ Hg : peso específico del Mercurio a T agua [N/m 3 ] γ HO : peso específico del agua a T agua [N/m 3 ] Área transversal de la tubería A D [m ] 4 D: diámetro de la tubería [m]

4 Velocidad promedio del fluido Q V [m/s] A Número de Reynolds H OVD Re H O ρ HO : densidad del agua a T agua [kg/m 3 ] μ HO : viscosidad del agua a T agua [Pa.s] Pérdida por fricción en tuberías experimental P hfexp [m] HO Factor de fricción experimental g D fexp hfexp V L L: longitud de la tubería [m] g: aceleración de la gravedad [m/s ] Pérdidas por fricción en tuberías teórica V L hfteo fteo [m] g D f teo : Factor de fricción teórico adimensional calculado mediante la gráfica de Moody y la Ecuación de Churchill Ecuación de Churchill 1/ ff 1,5 Re (a b) Lectura tomada en el manómetro en U para un codo de 90 º de esquina cuadrada h = h (para codos)/ codos [m] h : Lectura tomada en el manómetro en U para codos de 90º de esquina cuadrada Pérdidas por fricción experimental en codo y válvula P hk exp [m] HO Coeficiente de pérdida experimental en codo y válvula g k exp hk exp V Pérdidas por fricción teórica en codo y válvula V hk k teo g teo [m] k teo1 : coeficiente de pérdida del accesorio por el método 1 k teo : coeficiente de pérdida del accesorio por el método. a,457ln1/ Al b Re 16 Al 7 Re 0,9 0,7 D f f : factor de fricción de Fanning f D : factor de fricción de Darcy = 4 f f

5 PRÁCTICA DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN UN SISTEMA DE TUBERÍAS REPORTE DE DATOS MEDIDA DE h A TRAVÉS DE TUBERÍA RECTA Acero al Carbono h (cm) Plástico MEDIDA DE h A TRAVÉS DE CODOS DE 90 º Q Rotámetro (l/h) h (cm) MEDIDA DE h A TRAVÉS DE VÁLVULA DE COMPUERTA (Completamente abierta, abierta ¾, abierta ½ o abierta ¼) Temperatura del A gua: Sección: Grupo: Integrantes: Nombre y Apellido C.I Firma