PREINFORME PRCTICA N1: BATERA DE PRDIDAS PRACTICE N1: LOSSES OF BATTERY C. A. Fajardo-Pineda1, C. F. Cadena-Pabn2, C.R Cceres-Barrera3, J.E Arroyo-Paternina4, S.D Torres-Carvajal5

1 Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniera Qumica, Cd. 20946872 Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniera Qumica, Cd. 21024673 Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniera Qumica, Cd. 2104145 4 Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniera Qumica, Cd. 2103138 5 Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniera Qumica, Cd. 2101297 Fecha de entrega: 09 de Abril de 201523234 Laboratorio de Procesos 2015-I Grupo: A3 Subgrupo: 2

1. 2. INTRODUCCIN El transporte de fluidos por medio de tuberas es ampliamente usado en la industria qumica y en general. Sin embrago, se ha comprobado que existen prdidas de carga o de presin debido a la friccin a lo largo de la tubera y la existencia de accesorios como codos, vlvulas, bifurcaciones y cambios sbitos del rea de seccin de flujo transversal, haciendo que el fluido se comprima o se expanda. La medicin de las prdidas de presin se hace con el fin de determinar las necesidades de potencia de bombeo para sistemas de tuberas no ideales. Para mejorar el transporte de dichos fluidos a travs de tuberas, se plantea el estudio y anlisis de estas prdidas as como su determinacin experimental y terica, como se propone en la prctica.En el flujo interno, la tubera est totalmente llena con un fluido. Este puede presentar tres tipos de regmenes como lo son el rgimen laminar, de transicin y el turbulento. El flujo laminar se caracteriza por lneas de corriente suaves y movimiento enormemente ordenado, el flujo turbulento se caracteriza por fluctuaciones de velocidad y movimiento altamente desordenado y el flujo de transicin se caracteriza por no tener ninguna tendencia al movimiento ordenado ni desordenado. El tipo de flujo est determinado por un nmero adimensional conocido como nmero de Reynolds definido por:

Siendo la velocidad del fluido, el dimetro de la tubera, la densidad y la viscosidad del fluido. Los nmeros de Reynolds menores a 2100, entre 2100 y 4000 y mayores a 4000 corresponden a regmenes laminar, de transicin y turbulento, respectivamente. Las prdidas de carga o de presin varan segn la viscosidad y el rgimen del fluido, as como de la rugosidad que presente el material de la tubera. Por lo cual se hace necesario conocer la friccin que ejerce la tubera sobre el fluido, por ello se recurren a ecuaciones y balances para determinar las perdidas.2. BALANCES DE MASA Y ENERGA2.1 Ecuacin de continuidadPara obtener la grfica de prdidas de presin vs caudal en la calibracin de la platina de orificio, se requiere la ecuacin de continuidad, sta permite determinar el caudal volumtrico asumiendo caractersticas de flujo en estado estable y fluido incompresible.

Donde, es la densidad del fluido, la velocidad y el rea transversal.Con la ecuacin (1) se puede calcular el caudal de la siguiente manera

Donde es el volumen y t el tiempo.2.1.2. Ecuacin de BernoulliLa ecuacin de Bernoulli (3) describe el comportamiento de un fluido movindose en un lnea de corriente, la energa que posee el fluido consta de tres componentes que relaciona la presin, la velocidad y la elevacin, y ha sido demostrada como un instrumento muy potente en mecnica de fluidos para flujo estacionario e incompresible a lo largo de una lnea de corriente.

Donde, es la energa de flujo debida a la presin, es la energa potencial debida a la altura, corresponde a la energa cintica y son los trminos de prdidas en la ecuacin de Bernoulli. Las prdidas en la ecuacin de Bernoulli estn asociadas con prdidas tales como que corresponde a la energa aadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo, es la energa retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecnico como una turbina y corresponde a las prdidas de energa por parte del fluido por efecto de friccin o por presencia de vlvulas, conectores y rugosidad de las tuberas, es conocido como prdida de carga.Las prdidas de energa estn dadas por la ecuacin (4)

Las prdidas de energa por accesorios se deben a los cambios de direccin y velocidad de fluido en los accesorios () como las vlvulas, bifurcaciones, expansin sbita () y compresin sbita ().Las prdidas por friccin se deben al contacto del fluido con las paredes de las tuberas y conductos que por lo general son rugosos, estas prdidas estn dadas por la ecuacin de Darcy-Weisbach utilizada en flujo laminar y turbulento

Donde, es la longitud de la tubera en m, la velocidad de flujo en m/s, el dimetro nominal del conducto en m y el coeficiente o factor de friccin que es adimensional. Si el flujo es laminar y totalmente desarrollado en una tubera circular, el factor de friccin o de Darcy en la tubera est dado por la ecuacin

Donde es la viscosidad y densidad del fluido respectivamente, es el Reynolds, es el dimetro de la tubera y es la velocidad promedio.Si el rgimen de flujo es turbulento o transitorio, el factor de friccin depende del nmero de Reynolds y la rugosidad relativa ; el valor de este factor se obtiene de manera experimental midiendo razones de flujo y cada de presin y representndolas en forma tabular, grfica y funcional. La ecuacin (7) corresponde a la de Colebrook y es una expresin implcita que combina los datos disponibles para flujo en transicin y turbulento en tuberas lisas y rugosas:

El factor de Darcy para un flujo en tubera se encuentra representado en el diagrama de Moody, el cual es un diagrama de uso generalizado y ms utilizado en ingeniera el cual est en funcin del nmero de Reynolds y para un amplio rango, adems que se puede utilizar para tuberas circulares y no-circulares sustituyendo el dimetro de estas ltimas por el dimetro hidrulico.3. OBJETIVOS3.1 OBJETIVO GENERAL Determinar las prdidas de carga que experimenta un fluido al atravesar diferentes elementos de una instalacin hidrulica, tales como tuberas, codos, bifurcaciones y vlvulas.3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS- Estudiar el efecto de las prdidas de cargas en ducto en funcin del coeficiente de friccin y el nmero de Reynolds.- Comparar los valores de prdidas de carga experimentales con los obtenidos tericamente para conocer posibles errores de medicin.- Aplicar los conceptos de Fenmenos de transporte y Manejo de slidos y lquidos para analizar sistemas de tuberas con accesorios.

4. METODOLOGIA

4.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO - Calibrar la platina de orifico; para esto se deben tomar diferentes cadas de presin registradas en el manmetro, permitiendo el paso del fluido (agua) por un solo recorrido que lo conduce hacia la platina de orificio teniendo en cuenta que las vlvulas restantes se encuentren totalmente cerradas. - Llenar el tanque de almacenamiento que tiene una capacidad de 48 Litros.- Verificar la unin de las mangueras del manmetro con la placa de orificio, estas no deben presentar burbujas o vacos al interior. - Comprobar a travs del visor de flujo que el fluido se desplace con un rgimen laminar, ya que esto facilita los clculos y permite el uso de ecuaciones ms sencillas de resolver.- Determinar las cadas de presin en las tuberas de 1 in y in de dimetro; para esto se toman como referencia dos datos de la calibracin de la platina de orificio. Se debe ubicar el manmetro en los puntos seleccionados para la medicin de la cada de presin, calcularla y posteriormente medir la distancia entre cada uno de los puntos.

4.2 DIAGRAMA DEL PROCESO

4. EQUIPOS Y MATERIALES4.3.1 Equipos Venturmetro: Aparato que comprende tres secciones principales: una pieza convergente, otra divergente (difusor) y una seccin intermedia, que constituye la garganta o estrechamiento. Diseado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi (Ver Figura 2)

Figura 2. Venturmetro.

Medidor de platina de orificio: es un medidor de flujo por presin diferencial. Manmetro: instrumento de medicin para la presin de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Placa de orificio: Es una lmina plana circular con un orificio concntrico, excntrico o segmentado y se fabrica de acero inoxidable, la placa de orificio tiene una dimensin exterior igual al espacio interno que existe entre los tornillos de las bridas del montaje. Figura 3. Placa de orificio.

Circuito de tuberas. Bomba Centrfuga. Tanque de almacenamiento. - Medidor de volumen. Accesorios (Vlvulas, codos).

4.3.2. Materiales Fluido de trabajo: Se puede utilizar cualquier tipo de fluido incompresible como el agua o cualquier otro fluido con las propiedades adecuadas para utilizar el equipo (batera de prdidas)4.4 RESULTADOS ESPERADOS Al concluir con la ejecucin ptima del laboratorio se espera que los datos obtenidos experimentalmente en la batera de perdida de carga sean aproximados a los valores tericos obtenidos en la implementacin de la ecuacin de Bernoulli , para afirmar que en la prctica si se presenta el fenmeno de perdida de carga, as como determinar la influencia de los factores que generan este tipo de efecto ya sean primarios o secundarios y conocer cuales tienen una mayor afectacin en la perdida de carga.

BIBLIOGRAFIA[1] Cengel, Y. A.; Cimbala, J. M. (2006). Mecnica de fluidos: Fundamentos y aplicaciones. McGraw-Hill, Mxico, p. 347-354. [2] Circuito Technovate, modelo 9009 [en lnea]. Disponible en: http://www.public.iastate.edu/~vishwa/Fluid s-labrelated/L8majlossF01.pdf. [Fecha de acceso: 24 de Marzo, 2015].

[3]Rivas, A., Snchez, G. (2008) Prdidas de carga en los componentes de las instalaciones hidrulicas. Laboratorio de Mecnica de Fluidos, Universidad de Navarra.[4] Mott, R. (2006). Mecnica de Fluidos. McGrawHill, Ed.6, p. 281-282.