informe terminado perdidas por friccion (2)
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ESTUDIO DE LAS PRDIDAS POR FRICCIN EN UN EQUIPO INDUSTRIAL Y UN EQUIPO DIDCTICO
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICAE.A.P. Ingeniera QumicaDEPARTAMENTO ACADMICO DE OPERACIONES UNITARIAS
CURSO:Laboratorio de Ingeniera Qumica
PRCTICA:Perdidas por Friccin (equipo industrial y didctico)
PROFESOR:Ing. Jorge Len Llerena
INTEGRANTES:Mendoza Gloc Diego 11070045Morn Tern Arturo11070047Silvestre Bautista, Danitsa11070133Visua Toscano Lorena11070139
GRUPO: A
HORARIO: Sbado (8-14) pm
FECHA DE REALIZACIN:26 de Agosto y 02 y 09 de Setiembre
FECHA DE ENTREGA:24 de Octubre
Ciudad universitaria, Junio 2015Lima-Per
NDICERESUMEN3INTRODUCCIN4FUNDAMENTOS TERICOS5DETALLES EXPERIMENTALES14TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES15EQUIPO INDUSTRIAL15TABLA N1. CONDICIONES EXPERIMENTALES15TABLA N2. DIMENSIONES DEL TANQUE DE ALIMENTACIN15TABLA N3. DIMENSIONES DEL TANQUE DE DESCARGA15TABLA N4. DIMENSIONES DEL MEDIDOR VENTURI15TABLA N5. DIFERENCIA DE PRESIN EN EL VENTURI PARA LA CURVA DE CALIBRACIN15TABLA N6. DIFERENCIA DE PRESIN EN EL VENTURI PARA DIVERSOS FLUJOS MEDIDOS16TABLA N7. TIEMPOS DE LLENADO DEL TANQUE DE DESCARGA PARA DISTINTOS FLUJOS MEDIDOS16TABLA N8. DISTANCIAS ENTRE PIEZMETROS16TABLAS N9. MEDICIONES PIEZOMTRICAS17DATOS TOMADOS DE LA LITERATURA PARA REALIZAR LOS CLCULOS18TABLA N10. PROPIEDADES DEL AGUA A 22C18TABLA N11. DIMETROS INTERNOS DE LAS TUBERAS18TABLA N12. VALORES DE RUGOSIDAD RELATIVA PARA LAS TUBERAS18TABLA N13. VALORES DE K PARA DIVERSOS ACCESORIOS18EQUIPO DIDCTICO - TUBERA19TABLA N 14: CONDICIONES DE LABORATORIO19TABLA N 15: PROPIEDADES TERMOFSICAS A 20C19TABLA N 16: DIMENSIONES DE TUBERAS19TABLA N 17: TUBERA LISA N1 (D NOMINAL = 0.004 m)20TABLA N 18: TUBERA LISA N2 (D NOMINAL = 0.0075 m)20TABLA N 19: TUBERA RUGOSA N3 (D NOMINAL = 0.018 m)20TABLA N 20: TUBERA LISA N4 (D NOMINAL = 0.018 m)21EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS222223242425252626TABLAS DE RESULTADOS EXPERIMENTALES27EQUIPO INDUSTRIAL27TABLA N31. TIEMPOS PROMEDIO PARA LOS FLUJOS MEDIDOS27TABLA N32. CAUDALES PARA LAS FLUJOS MEDIDOS27TABLA N33. DATOS PARA GRAFICAR LA CURVA DE CALIBRACIN DEL VENTURI27TABLA N34. PORCENTAJE DE ERROR DEL EXPONENTE27EQUIPO DIDCTICO - TUBERAS33TABLA N 45: TUBERA LISA (D INT. = 0.00382 m)33TABLA N 46: TUBERA LISA (D INT = 0.00382m)33TABLA N 47: TUBERA LISA (D INT = 0.00744 m)34TABLA N 48: TUBERA LISA (D INT = 0.00744m)34TABLA N 49: TUBERA RUGOSA (D INT = 0.0165 m)35TABLA N 50: TUBERA LISA (D INT = 0.0165 m)35TABLA N 51: TUBERA LISA (D INT = 0.01805 m)36TABLA N 52: TUBERA LISA (D INT = 0.01805m)36EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS373738393940404141EJEMPLO DE CLCULO42CLCULOS EQUIPO INDUSTRIAL42CLCULOS EQUIPO DIDCTICO - TUBERAS52CLCULOS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS55DISCUSIN DE RESULTADOS58CONCLUSIONES60RECOMENDACIONES60APNDICE61GRFICAS EQUIPO INDUSTRIAL61GRFICAS EQUIPO DIDCTICO TUBERAS63GRFICAS EQUIPO DIDCTICO MEDIDORES DE FLUJO68GRFICAS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS71
RESUMEN
INTRODUCCIN
FUNDAMENTOS TERICOSMTODO DEL FACTOR K O CRANEEl flujo al pasar por un accesorio genera prdidas de energa, que se pueden representar como una fraccin o mltiplo de la altura de velocidad. La ecuacin queda determinada
Nota 4ft= f (factor de Darcy)Donde:El coeficiente de resistencia K se considera independiente del factor de friccin y del nmero de Reynolds y puede tratarse como constante en un sistema de tuberas bajo cualquier condicin de flujo, incluido el rgimen laminar, esto puesto que, en teora, todas las medidas de un accesorio son geomtricamente constantes, sin embargo, la similitud geomtrica es difcil que ocurra, pasando a cambiar el valor de K.Reconoce que hay generalmente un mayor grado de turbulencia en el accesorio que en la tubera a determinado nmero de Reynold. Mtodo 2k (Hopper)El mtodo 2k est basado en la data experimental de una variedad de accesorios sobre un amplio rango de Re. El efecto del nmero de Re y la escala (tamao del accesorio) se ve reflejada en la expresin:
Donde IDin es el dimetro interno en pulgadas de la tubera que contiene el accesorio. Este mtodo es vlido para un rango de Re ms amplio.Mtodo 3k (Darby)El mtodo introduce una correccin cuando cambia el tamao de la tubera, reflejado en Kd:
DETALLES EXPERIMENTALESMATERIALES DEL EQUIPO DIDACTICOPara llevar a cabo la presente experiencia se necesitan de algunos equipos y materiales para poder realizar la experiencia tales como:1. Equipo ARMFIELD Fluid Friction Apparatus, el cual consta de tuberas de diferentes dimetros.2. Dos manmetros diferenciales (Hg y H2O).3. Termmetro de mercurio.4. Probeta de 250 mL.5. Cronmetro.6. Cinta Mtrica.7. Vernier.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALLos pasos necesarios para poder realizar la experiencia se detallara a continuacin:1. Encender la bomba, abrir todas las vlvulas y dejar que el agua fluya por todas las tuberas para eliminar burbuja de aire del sistema.2. Mantener abierta sola la vlvula de la tubera que se va a trabajar.3. Conectar el manmetro de mercurio a la tubera de trabajo.4. Usar el manmetro de mercurio si la diferencia de alturas es apreciable (Rgimen turbulento), en caso contrario utilizar el manmetro de agua (Rgimen Laminar).5. Medir el tiempo para un determinado intervalo de alturas en el medidor de volumen 6. Realizar el mismo procedimiento del paso 2 al 5 para diferentes caudales, es decir, regular el caudal del fluido para obtener mediciones en rgimen turbulento, en rgimen de transicin y en rgimen laminar, para cada una de las 4 tuberas y accesorios: Tubera lisa 1 (D= 0.004m) Tubera lisa 2 (D= 0.0075m) Tubera Rugosa 3 (D= 0.018m) Tubera Lisa 4 (D= 0.018m)
7. Calcular el nmero de Reynolds con los datos obtenidos y verificar el rgimen de trabajo.
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES 1. EQUIPO INDUSTRIAL
1. EQUIPO DIDCTICOEQUIPO DIDCTICO - TUBERADensidad H2O 996.55
Densidad Hg 13542.19
Viscosidad H2O 0.0008545
Diam. NominalDiam. Interno
Tubera N1 Lisa (m)0.0040.00382
Tubera N2 Lisa (m)0.00750.00744
Tubera N3 Rugosa(m)0.0180.01650
Tubera N4 Lisa (m)0.0180.01805
TABLA N 2.1: PROPIEDADES TERMOFSICAS A 20C
TABLA N 2.2: DIMENSIONES DE TUBERAS
Longitud de Tuberias (m)0.98
Rugosidad (tuberia1,2,4): PVC (m)0.0000015
Tubera Rugosa 3 (m)0.00075
TABLA N 2.3: ESPECIFICACIONES DE TUBERAS
Volumen(mL)Tiempo promedio(s)Prdidas Experimentales (mm H2O)
12011.3420
2207.0532
3205.4145
4405.7294
5404.10164
6203.1981.9
7403.46302
8402.56567
960012.944914
1040015.901323
TABLA N 2.4: TUBERA LISA N1 (D NOMINAL = 0.004 m)
Volumen(mL)Tiempo promedio(s)Prdidas Experimentales (mm H2O)
1205.782
210014.164
310010.878
440023.1824
560025.0650
660021.8066
740012.6086
86007.86491.4
91,0008.001323
101,0005.893427.2
TABLA N 2.5: TUBERA LISA N2 (D NOMINAL = 0.0075 m)
Volumen(mL)Tiempo(s)Prdidas Experimentales (m H2O)
125020.4802
225011.6034
32507.8379
42507.04711
52,00041.00716
62,00020.59766
72,00016.203107
TABLA N 2.6: TUBERA RUGOSA N3 (D NOMINAL = 0.018 m)
Volumen(mL)Tiempo(s)Prdidas Experimentales (m H2O)
12508.4732
280012.5135
38008.92710
44,00028.55731
54,00022.68046
64,00020.48071
74,00015.210220
84,00013.333285
94,00012.827340
TABLA N 2.7: TUBERA LISA N4 (D NOMINAL = 0.018 m)
EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOSVol, mltprom,sP(mm H2O)
140014.614
24009.978
340012.106
460011.0418
51,0006.45126
61,0004.68504
71,0003.68856.8
Vol, mltprom,sP(mmH2O)
11003.591
21,00018.583
32,00027.985
42,00020.1510
51,0007.5212
61,0007.1515
71,0006.5323
Vol, mltprom,sP (mm H2O)
140016.8513
2202.922
3403.175
41,00012.03163.8
51,0007.49378
61,00010.18226.8
Vol, mltprom,sP(mm H2O)
1403.509
2206.021
3203.503
440016.0432
5404.236
66009.07252
71,4009.491147
84007.53126
TABLAS DE RESULTADOS EXPERIMENTALESEQUIPO DIDCTICO - TUBERAS Tubera N1Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin
10.110.15697.80.091720.02842.08
20.170.251126.90.056790.04542.18
30.220.321473.90.043420.05931.11
40.420.612890.40.022140.10814.54
50.580.854048.50.039620.375128.51
60.380.552595.60.024660.09617.56
70.691.014806.60.037950.50466.65
80.941.366602.90.035060.85049.87
92.784.0520031.30.026565.68815.75
101.512.2010843.20.030971.95147.47
TABLA N 2.12: TUBERA LISA (D INT. = 0.00382 m)
1-0.813-1.699-1.546
2-0.606-1.495-1.342
3-0.492-1.347-1.229
4-0.215-1.027-0.968
5-0.070-0.785-0.426
6-0.262-1.087-1.016
70.003-0.519-0.298
80.134-0.246-0.071
90.6070.6910.755
100.3410.1220.290
TABLA N 2.13: TUBERA LISA (D INT = 0.00382m)
Tubera N2Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin
10.210.08690.20.092720.00496.94
20.420.161348.90.047450.008110.23
30.550.211836.70.034840.01031.02
41.040.403496.40.041090.04381.06
51.440.554872.10.037820.07753.99
61.650.635374.90.036910.09950.51
71.910.736504.40.035190.12646.55
84.581.7617266.20.027570.57016.02
97.502.8828297.30.024361.3532.29
1010.193.9137802.50.022662.32032.30
TABLA N 2.14: TUBERA LISA (D INT = 0.00744 m)
1-1.099-2.699-2.405
2-0.789-2.398-2.075
3-0.674-2.097-1.980
4-0.401-1.620-1.362
5-0.259-1.301-1.114
6-0.198-1.180-1.003
7-0.136-1.066-0.900
80.244-0.309-0.244
90.4590.1220.131
100.5920.5350.366
TABLA N 2.15: TUBERA LISA (D INT = 0.00744m)
Tubera N3Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin
10.730.0571,1520.08600.000956.7
21.290.1012,1110.07870.002538.2
31.910.1493,1250.07560.005242.2
42.130.1663,4750.07500.006442.0
52.930.2284,5820.07350.011826.1
65.830.4549,3170.07100.045331.4
77.410.57711,5960.07050.072732.1
TABLA N 2.16: TUBERA RUGOSA (D INT = 0.0165 m)
1-1.243-2.699-3.062
2-0.997-2.398-2.607
3-0.826-2.046-2.283
4-0.780-1.959-2.195
5-0.642-1.796-1.927
6-0.343-1.180-1.344
7-0.239-0.971-1.139
TABLA N 2.17: TUBERA RUGOSA (DINT = 0.0165 m)
Tubera N4Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin
11.770.1152,7520.04480.00215.9
23.840.2506,0110.03560.00625.6
35.380.3508,4430.03240.01112.4
48.400.54711,2730.03010.02517.9
510.580.68914,1950.02840.03817.2
611.720.76315,7190.02760.04635.9
715.781.02823,0660.02520.07565.8
818.001.17225,2200.02470.09666.4
918.711.21926,7820.02430.10270.0
TABLA N 2.18: TUBERA LISA (D INT = 0.01805 m)
1-0.938-2.699-2.774
2-0.602-2.301-2.202
3-0.456-2.000-1.949
4-0.262-1.509-1.594
5-0.162-1.337-1.419
6-0.117-1.149-1.342
70.012-0.658-1.124
80.069-0.545-1.018
90.086-0.469-0.991
TABLA N 2.19: TUBERA LISA (D INT = 0.01805m)
EQUIPO DIDCTICO ACCESORIOSVLVULA DE COMPUERTAHf expHf crane%desviacincraneHf 2k%desviacin2kHf 3k%desviacin3k
10.00400.04901125.50.00921125.50.0100151.0
20.00800.10201175.50.01391175.50.015897.4
30.00600.07021070.40.01121070.40.0125107.6
40.01800.1835919.60.0193919.60.022826.4
50.12601.44171044.20.07071044.20.098421.9
60.50402.7265441.00.1091441.00.161967.9
70.85684.3970413.20.1539413.20.239472.1
80.00400.04901125.50.00921125.50.0100151.0
kcrane2-k (Hopper)3-k
5.981.121.22
5.800.790.90
5.880.941.04
5.690.600.70
5.480.270.37
5.450.220.32
5.440.190.30
CODO ANGULAR DE 90Hf expHf crane%desviacincraneHf 2k%desviacin2kHf 3k%desviacin3k
10.00100.0020100.50.000640.60.00095.7
20.00300.0071136.50.001743.30.00300.2
30.00500.0124146.50.002844.70.00511.4
40.01000.0235134.00.004950.80.00946.4
50.01200.0418246.80.008430.30.016436.1
60.01510.0461205.90.009239.10.018019.6
70.02310.0551138.80.010853.10.02147.1
kcrane2-k (Hopper)3-k
2.3290.68941.0948
2.2030.52810.9336
2.1690.48700.8924
2.1370.44910.8546
2.1170.42540.8308
2.1120.42050.8259
2.1070.41420.8196
EXPANSION BRUSCAHf exp.Hf calculado% error
K exp
10.0280.0101063.521.82
20.0030.0008473.922.55
30.0090.0028568.822.13
40.3440.1237863.991.84
50.8420.3193262.091.75
60.4780.1727563.861.84
K promedio1.99
K tericoK prom exp%desviacinK exp (pendiente de la grfica)% error
0.661.9966.601.7762.42
CONTRACCION BRUSCAHf exp.Hf calculado% error
K exp
10.0060.0014374.441.594
20.0010.0001282.982.394
30.0020.0003683.352.448
40.0160.0068456.720.942
50.0040.0009873.161.518
60.1380.0480965.161.170
70.5790.2393458.690.987
80.0530.0309841.070.691
K promedio1.468
K tericoK prom exp%desviacinK exp (pendiente de la grfica)% error
0.41146872.070.98858.51
EJEMPLO DE CLCULO CLCULOS EQUIPO DIDCTICO TUBERASLos ejemplos de clculo se realizarn para el primera corrida de la Tubera Rugosa de D=18mmClculo del caudal. :Vol(ml): 250=20.48 sQ=V/t=250/ (20.48*1000)*60=0.73 L/minClculo de la velocidad:
V=0.0571 m/sClculo del Nmero de Reynolds :
Re=1152Clculo del Factor de Friccin: f=0.0860Clculo de Hf con ecuacin de Darcy: .
Hf=0.00087 m Y as para las dems tuberas de los diferentes dimetros teniendo en cuenta el rgimen en el que se encuentra.Prdidas por friccin Experimentales:Aplicando un Balance de Energa, desde el punto 1 hasta el punto 2
Se trata de dos puntos al mismo nivel, contenidos en la misma tubera, entonces:Ahora, analizando el manmetro:
Reemplazando en , se obtiene finalmente:Donde: : Prdidas por Friccin : Prdidas por Friccin Para nuestro caso est en debido a que el manmetro utilizado fue en de la columna de agua. Por ese motivo a 20C nuestras prdidas son:
Clculo de la Desviacin:
%desviacin = 56.7%
CLCULOS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOSVlvula de Compuerta:Se calcularon los K con las siguientes frmulas:Nota: Para los mtodos 2k y 3k el dimetro interno debe ser usado en pulgadas.
DISCUSIN DE RESULTADOS
EQUIPO DIDCTICO
CONCLUSIONES El mtodo 3k se aproxima mucho mejor al valor real que los otros dos mtodos usados. Los otros dos mtodos (mtodo crane y 2k) pueden ser aplicados a Re no muy elevados. La curva Hf vs Re tiene un comportamiento lineal cuando el fluido se encuentra en rgimen laminar caso contrario sucede cuando es turbulento, tiende a ser polinomial. El Re tiene un gran efecto sobre el K del accesorio. A mayores caudales, mayores prdidas por friccin.
RECOMENDACIONES
1. Se recomienda implantar termmetros a lo largo de la red de tuberas del equipo antiguo para analizar cmo varia y cmo influye la temperatura en las propiedades del fluido.
APNDICE2) GRFICAS EQUIPO DIDCTICO TUBERASTubera N1 Lisa (D. Nominal = 0.004m)Grfica # 2.1:
Grfica # 2.2:
Grfica # 2.3:
Tubera N2 Lisa (D. Nominal = 0.0075m)Grfica # 2.4:
Grfica # 2.5: Grfica # 2.6:
Tubera N3 Rugoso (D. Nominal = 0.018m)Grfica # 2.7:
Grfica # 2.8:
Tubera N4 Lisa (D. Nominal = 0.018m)Grfica # 2.9:
Grfica # 2.10
LABORATORIO DE INGENIERA QUMICAPgina 3
3) GRFICAS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOSVALVULA DE COMPUERTA
CODO ANGULAR DE 90
EXPANSIN BRUSCA
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