practica 2 determinacion de pc3a9rdidas por friccion
TRANSCRIPT
Universidad Nacional Experimental “Francisco de Miranda”
Área de Tecnología Programa de Ingeniería Química
Departamento de Energética Laboratorio de Operaciones Unitarias I
PRÁCTICA 2: 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. 2 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), 22 codos de 90º de esquina cuadrada y válvula de compuerta.
Manómetro en U de Mercurio instalado en el sistema.
Bombas conectadas en paralelo Rotámetro 2.
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 = 28 mm. Longitud de cada una de las tuberías L = 2.27
metros Rugosidad Relativa, ε/D= 0.002. 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 2 (válvula Nº 10).
Fijar un caudal en el Rotámetro 2 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 2 (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 tubería de acero al carbono.
Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas en el sistema formado por 22 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 tubería de acero al carbono.
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 tubería de acero al carbono.
6 TRABAJO A REALIZAR Para Los Dos Tramos De Tubería Recta : Determinar las pérdidas por fricción
experimentales (hfexp) y el factor de fricción experimental (fexp)
Determinar el factor de fricción teórico (fteórico) utilizando:
Diagrama de Moody. Ecuación de Churchill.
Determinar las pérdidas por fricción teóricas (hfteóricas)
Graficar las pérdidas por fricción teóricas (hfteóricas) y experimentales (hfexp) vs. Caudal Real.
Comparar el factor de fricción experimental (fexp) y teórico (fteórico).
Comparar las pérdidas por fricción experimentales (hfexp) en los dos tramos de tubería.
Para codo de 90 º esquina cuadrada y válvula de compuerta: Determinar las pérdidas por fricción
experimentales (hKexp).y el coeficiente de pérdidas experimental (Kexp)
Determinar el coeficiente de pérdidas teórico (KTeóricO) utilizando: La Gráfica A-25ª de Tablas y Gráficas de la
Unidad I (Fuente: Crane, 1976) La Tabla A-24 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 (hKteórica) para cada coeficiente de pérdidas teórico (KTeóricO) obtenido.
Graficar las pérdidas por fricción teóricas (hKteórica) y experimentales (hKexp). vs. Caudal Real.
Comparar el coeficiente de pérdidas experimental (Kexp) con cada coeficiente de pérdidas teórico obtenido (KTeóricO).
Realice el diagrama del equipo con la simbología correspondiente.
7 PRE-LABORATORIO
Investigar: 1. Formación de Capa límite y Flujo
completamente desarrollado. 2. 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.
12. 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 Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)
Tabla 2. Tubería de Plástico Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)
Tabla 3. 22 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)
Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)
Temperatura del agua: _________
Tabla 5. Tubería de Acero al Carbono
Tabla 6. Tubería de Plástico
Tabla 7. Codo de 90 º
Tabla 8. Válvula de Compuerta
Donde: Caudal Real QReal: caudal real leído de la curva de calibración del Rotámetro 2 [m3/s] Diferencia de Presión medida por el manómetro en U de Mercurio
)(hP OHHg 2 [Pa]
∆P: caída de presión [N/m2]
∆h: dif. altura manómetro en U de Mercurio [m] γHg: peso específico del Mercurio a Tagua [N/m3] γH2O: peso específico del agua a Tagua [N/m3] Área transversal de la tubería
2D4
A
[m2]
D: diámetro de la tubería [m]
QReal (m3/s) ∆P (N/m2) hfexp (m) fexp f1teorico hf1teo (m) f2teorico hf2teo(m) % Error
∑ hfexp / n ∑ fexp / n ∑ f1teo / n ∑ hf1teo / n ∑ f2teo / n ∑ hf2teo / n
QReal (m3/s) ∆P (N/m2) hfexp (m) fexp f1teorico hf1teo (m) f2teorico hf2teo(m) % Error
∑ hfexp / n ∑ fexp / n ∑ f1teo / n ∑ hf1teo / n ∑ f2teo / n ∑ hf2teo / n
QReal (m3/s) ∆P (N/m2) hkexp (m) kexp (m) k1teo(m) hk1teo(m) k2teo hk2teo % Error
∑ hkexp / n ∑ kexp / n ∑ k1teo / n ∑ hk1teo / n ∑ k2teo / n ∑ hk2teo / n
Qreal (m3/s) ∆P (N/m2) hkexp (m) kexp (m) k1teo(m) hk1teo(m) k2teo hk2teo % Error
∑ hkexp / n ∑ kexp / n ∑ k1teo / n ∑ hk1teo / n ∑ k2teo / n ∑ hk2teo / n
Velocidad promedio del fluido
A
QV [m/s]
Número de Reynolds
OH
OH
2
2VD
Re
ρH2O: densidad del agua a Tagua [kg/m3] μH2O: viscosidad del agua a Tagua [Pa.s]
Pérdida por fricción en tuberías experimental
OHexp
2
Phf
[m]
Factor de fricción experimental
L
D
V
g2hff
2expexp
L: longitud de la tubería [m] g: aceleración de la gravedad [m/s2] Pérdidas por fricción en tuberías teórica
D
L
g2
Vfhf
2
teoteo [m]
fteo: Factor de fricción teórico adimensional calculado mediante la gráfica de Moody y la Ecuación de Churchill
Ecuación de Churchill
12/1
5,1
12
f)ba(
1
Re
82f
Lectura tomada en el manómetro en U para un codo de 90 º de esquina cuadrada ∆h = ∆h’ (para 22 codos)/22 codos [m] ∆h’: Lectura tomada en el manómetro en U para 22 codos de 90º de esquina cuadrada Pérdidas por fricción experimental en codo y válvula
OHexp
2
Phk
[m]
Coeficiente de pérdida experimental en codo y válvula
2expexp
V
g2hkk
Pérdidas por fricción teórica en codo y válvula
g2
Vkhk
2
teoteo [m]
kteo1: coeficiente de pérdida del accesorio por el método 1 kteo2: coeficiente de pérdida del accesorio por el método 2.
16Al/1Ln457,2a
16
Re
37530b
D27,0
Re
7Al
9,0
ff: factor de fricción de Fanning fD: factor de fricción de Darcy = 4 ff
PRÁCTICA 2
DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN UN SISTEMA DE TUBERÍAS REPORTE DE DATOS
MEDIDA DE ∆h A TRAVÉS DE TUBERÍA RECTA
Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm) Acero al Carbono ∆h (cm) Plástico
MEDIDA DE ∆h’ A TRAVÉS DE 22 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)
Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)
Temperatura del A gua: ______
Sección: _______ Grupo: _______
Integrantes:
Nombre y Apellido C.I Firma
___________________ _______________ _______________ ___________________ _______________ _______________ ___________________ _______________ _______________ ___________________ _______________ _______________ ___________________ _______________ _______________