UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE

PÉRDIDAS POR FRCCIÓN

Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

"FRANCISCO DE MIRANDA"

ÁREA DE TECNOLOGÍA

COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

PRÁCTICA 2

PÉRDIDAS POR FRCCIÓN EN UN SISTEMA DE

TUBERIAS

Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.Profesora Ing. Lourdes Rosas MSc.

1

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

OPERACIONES UNITARIAS I

EN UN SISTEMA DE

2

Universidad Nacional Experimental

“Francisco de Miranda” Área de Tecnología

Programa de Ingeniería Química Departamento de Energética

Laboratorio de Operaciones Unitarias I

PRÁCTICA 2: 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 experimental

y teórica en tubería recta de PVC (Policloruro de Vinilo), tubería recta y curva de acero al carbono.

• 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 • Tramo recto de tubería de PVC • Tramo recto de tubería de acero al carbono. • Tramo curvo de tubería de acero al carbono con

accesorios.. • Manómetro en U de Mercurio instalado en el

sistema. • Bombas conectadas en paralelo • Rotámetro 2. • Termómetro

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. • Curva de calibración del Rotámetro 2. • Temperatura del agua. • Viscosidad y densidad del ag • Diámetro de la tubería recta y curva de acero al

carbono D = 36.5 mm. • Diámetro de la tubería de PVC D = 28 mm. • Longitud de cada una de las tuberías rectas L =

2.27 metros • Longitud de la tubería curva (Medir la longitud al

realizar la práctica)

• Rugosidad Relativa ε/D de las tuberías de acero al carbono y PVC.

• Factor de fricción, f (teórico). • Coeficientes de resistencia, K (teórica) de los

accesorios.

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

PVC. • Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas

a la tubería PVC; 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.

• Cerrar todas las válvulas conectadas a las mangueras.

• Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas a la tubería recta de acero al carbono; así como las válvulas conectadas al manómetro en U de Mercurio (letras A y B)..

• Repetir el mismo procedimiento seguido en la tubería de PVC.

• Abrir las válvulas de entrada y salida conectadas en el sistema formado por tubería curva de acero al carbono, así como las válvulas conectadas al manómetro en U de Mercurio (letras A y B).

• Repetir el mismo procedimiento seguido para la tubería recta de PVC.

• Cerrar todas las válvulas conectadas a las mangueras.

6 TRABAJO A REALIZAR Para los dos Tramos de Tubería Recta y para la tubería Curva : • Determine las pérdida por fricción experimental

(hLexp) • Determine el coeficiente de resistencia

experimental (Kexp). • Determine el coeficiente de resistencia teórico

(Kteórico) para las tuberías, utilizando el factor de fricción teórico (fteórico) obtenido con la ecuación de Churchill.

3

• Determine el coeficiente de resistencia teórico (Kteórico) para los accesorios utilizando la Tabla A-24 ( Fuente: Crane, 1976), realizando la corrección de la K si el flujo está parcialmente desarrollado.

• Determine las pérdida por fricción teórica (hLteórica),.

• Compare el coeficiente de pérdidas experimental (Kexp) con el teórico (Kteórico).

• Grafique las pérdida por fricción teórica (hLteóricas) y experimental (hLexp) vs. Caudal Real

• Indique la influencia del caudal circulante y la rugosidad de la tubería en las pérdidas por fricción.

• Realice el diagrama del equipo con la simbología correspondiente.

7 PRE-LABORATORIO

Investigar: 1. Concepto de fricción. 2. Tipos de pérdidas por fricción. 3. Concepto de pérdida por fricción en tubería

(distribuida). 4. Concepto de pérdida por fricción en válvula y

en accesorio (localizada). 5. Fórmula de Darcy, en unidades de longitud de

líquido. 6. Diagrama de Moody. Cómo está construido y

para que se utiliza. 7. Factor de Fricción. Concepto, factores de los

cuales depende y como se determina 8. Rugosidad Absoluta (ε) y Rugosidad Relativa

(ε/D). Concepto y cómo se determinan. 9. Ecuación de Churchill y para que se utiliza. 10. Relación entre el Factor de Fricción de Darcy y

de Fanning. 11. Coeficiente de Resistencia ó Pérdidas (K).

Concepto, factores de los cuales depende y métodos para determinarlo.

12. Método Crane para determinar las pérdidas por fricción.

13. Diga las características de un flujo totalmente desarrollado.

14. Explique cómo determina que un flujo está totalmente desarrollado o parcialmente desarrollado.

15. Explique porque el coeficiente de resistencia de válvulas y accesorios se debe corregir cuando el flujo esta parcialmente desarrollado.

16. Estudie el procedimiento para determinar las pérdida por fricción en tuberías tanto teórica como experimental.

8 TABLAS DE DATOS.

Tabla 1. Tubería de PVC Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)

Tabla 2. Tubería Recta de Acero al Carbono

Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)

Tabla 3. Tubería Curva de Acero al Carbono Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)

Temperatura del agua: _________

Tabla 4. Tubería de PVC

Tabla 5. Tubería Recta de Acero al Carbono

QReal (m3/s) ∆P (N/m2) hLexp (m) Kexp Kteorico hLteo (m) % Error K

QReal (m3/s) ∆P (N/m2) hLexp (m) Kexp Kteorico hL1teo (m) % Error K

4

Tabla 6. Tubería Curva de Acero al Carbono

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 2γ−γ∆=∆ [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

Aπ= [m2]

D: diámetro de la tubería [m] Velocidad promedio del fluido

AQ

V = [m/s]

Número de Reynolds

OH

OH

2

2VD

Reµ

ρ=

ρH2O: densidad del agua a Tagua [kg/m3] µH2O: viscosidad del agua a Tagua [Pa.s]

Pérdida por fricción experimental

OH

PhL

2

exp γ∆= [m]

exphL = Kexp

2V

g2 [m]

Coeficientes de Resistencia Experimental

2expexp

2

V

ghLK =

g: aceleración de la gravedad [m/s2] Pérdida por fricción teórica : Método Crane

=

g

VKhL teoteo 2

2

[m]

Kteo = KTub + n*KVálv + m*Kacces + KEntrada + KSalida

Kteo: Coeficiente de resistencia total del sistema de tubería. [adimensional] n: Cantidad de válvulas en el sistema de tubería. m: Cantidad de accesorios en el sistema de tubería.

������í�

�

fteo: Factor de fricción de Darcy teórico [adimensiona] Ecuación de Churchill

12/1

5,1

12

f)ba(

1Re8

2f

++

=

( )[ ]16Al/1Ln457,2a =

16

Re37530

b

=

D27,0

Re7

Al9,0 ε+

=

ff: factor de fricción de Fanning fD: factor de fricción de Darcy = 4 ff

QReal (m3/s) ∆P (N/m2) hLexp (m) KExp KTub Kacces. Kteorico hLteo (m) % Error K

5

KT = �

� ft

KT Coeficiente de resistencia de válvulas, accesorios, expansiones contracciones entradas y salidas para flujo totalmente desarrollado. [adimencional] L/D: Longitud Equivalente en diámetro de tubería de la válvula o del accesorio [adimencional]

ft factor de fricción para flujo totalmente desarrollado [adimencional] KT, L/D y ft:: Se obtiene de la Tabla A-24 (Fuente Crane)

KA =�� ��

��

KA: Coeficiente de resistencia de válvulas, accesorios, expansiones contracciones entradas y salidas para flujo parcialmente desarrollado. [adimencional] fA factor de fricción para flujo parcialmente desarrollado [adimencional]

fA = 4ff

6

REPORTE DE DATOS

TUBERÍA RECTA DE PVC

Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)

TUBERÍA RECTA DE ACERO AL CARBONO

Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)

TUBERÍA CURVA DE ACERO AL CARBONO

Q Rotámetro (l/h) ∆h (cm)

Temperatura del Agua: ______