Fricción - Laboratorio de Operaciones Unitarias I

UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BÁSICA
LABORATORIO DE OPERACIONES
UNITARIAS I
PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN
Profesora:
Marianela Fernández
Objetivo General
Determinar las pérdidas de carga por
fricción en tuberías y accesorios para el
transporte de un fluido en fase líquida.
Objetivos Específicos
Determinar las pérdidas de carga por
fricción experimentales y teóricas de las
tuberías, válvulas y accesorios utilizados.
Comparar las pérdidas de carga por
fricción obtenidas experimentalmente
con las teóricas.
Caída de Presión
Un interés considerable en el análisis de flujo de
tuberías es el que causa la caída de presión, porque está
directamente relacionado con la potencia necesaria para
que una bomba mantenga el flujo.
Una caída de presión ocasionada por efectos viscosos
representa una perdida irreversible de presión.
PL  f
2

v
L prom
D
2
Fricción
Es la fuerza de rozamiento que se opone al
movimiento.
Se
imperfecciones,
genera
debido
especialmente
a
las
microscópicas,
entre las superficies en contacto. Se relaciona
con la caída de presión y las pérdidas de carga
durante el flujo.
Puede ocurrir debido a la forma o a la superficie
y es función de las propiedades del fluido:
viscosidad, la velocidad de circulación, diámetro
de la tubería y la rugosidad.
Pérdidas de Carga por Fricción
En el análisis de los sistemas de tuberías, las
pérdidas de presión comúnmente se expresan en
términos de la altura de la columna de fluido
equivalente llamada pérdida de carga.
PL
L v prom
hL 
 f
g
D 2g
2
Representa
la
altura
adicional
que
el
fluido
necesita para elevarse por medio de una bomba
con la finalidad de superar las pérdidas por
fricción en la tubería.
Pérdidas de Carga por Fricción
La pérdida de carga en una tubería es la
pérdida de energía dinámica del fluido debida a
la fricción de las partículas del fluido entre sí y
contra las paredes de la tubería que las
contiene.
La
pérdida
de
carga
se
produce
por
la
viscosidad y se relaciona directamente con el
esfuerzo de corte de la pared del tubo.
Pérdidas de Carga por Fricción
Las perdidas de carga pueden ser continuas, a lo
largo de conductos regulares, o localizadas, debido
a
circunstancias
estrechamiento,
un
particulares,
cambio
de
como
un
dirección,
la
presencia de una válvula, etc. Estas dependen de:
 El estado de la tubería: tiempo en servicio,
presencia de incrustaciones, corrosión, etc.
 El material de la tubería
 Velocidad del fluido
 Longitud de la tubería
 Diámetro de la tubería
Pérdidas Menores (Accesorios)
El fluido en un sistema de tubería típico pasa a
través de varias uniones, válvulas, flexiones,
codos,
ramificaciones
T,
entradas,
salidas,
ensanchamientos y contracciones, además de
los tubos. Dichos componentes (accesorios)
interrumpen el flujo continuo del fluido y
provocan
pérdidas
adicionales
debido
fenómenos de separación y mezcla del flujo.
al
Pérdidas Menores (Accesorios)
En un sistema típico, con tubos largos, estas
pérdidas son menores en comparación con las
pérdidas de carga por fricción en los tubos y se
llaman pérdidas menores.
Las pérdidas menores se expresan en términos
del coeficiente de pérdida k o también llamado
coeficiente de resistencia.
v
PL
hL 
 fLeq
g
2g
2
prom
hL  K
v 2prom
2g
Pérdida adicional por
Fricción para Flujo
Turbulento a través de
Accesorios y Válvulas
Factor de Fricción
Factor de Fricción de Fanning (f)
Es una función del Número de Reynolds
(NRe) y la Rugosidad de la superficie interna
de la tubería. Esta función expresa la
relación entre la pérdida de cantidad de
movimiento y la carga de energía cinética. f=
f(Re,ε).
Factor de Fricción f(Re,ε)
Flujo Laminar
Es un patrón bien ordenado donde se supone que las capas
de fluido se deslizan una sobre otra. NRe < 2000
Flujo Turbulento
Este patrón se presenta si el número de Reynolds del
sistema excede el valor crítico se generan fluctuaciones
irregulares (turbulencias) en el flujo a lo largo de la longitud
de la tubería.
NRe > 4000
Factor de Fricción
La influencia de ambos parámetros sobre f es
cuantitativamente
distinta
según
características de la corriente.
Régimen laminar
64
f 
Re
Régimen de transición y turbulento
6 1/ 3 
 
e 10 
f  0.00551  20000 
 
D Re  
 

las
Diagrama de Moody
Rugosidad Absoluta y Relativa
Rugosidad
absoluta:
es
el
conjunto
de
irregularidades de diferentes formas y tamaños que
pueden encontrarse en el interior de los tubos
comerciales, cuyo valor medio se conoce como
rugosidad absoluta (K), y que puede definirse como
la variación media del radio interno de la tubería.
Rugosidad
relativa:
Es
el
cociente
entre
la
rugosidad absoluta y el diámetro de la tubería, la
influencia de la rugosidad absoluta depende del
tamaño del tubo.
Rugosidad Relativa de Algunos Materiales
Distribución de Tuberías
Tuberías 1"
Tubería
¾"
Tubería
½"
Tubería
⅜"
Procedimiento Experimental
Accesorios
Válvula de
Compuerta
Codo
Te
Hoja de Toma de Datos
Experiencia 1. Caídas de Presión para la Tubería de ½”, L=
∆H Venturi
(in H2O)
Venturi
H1
Tubería ½”
H2
H3
H4
Experiencia 2. Caídas de Presión para la Tubería de 1”, L=
∆H Venturi
(in H2O)
Venturi
H1
Tubería ½”
H2
H3
H4
Hoja de Toma de Datos
Experiencia 3. Caídas de Presión para los Accesorios
Accesorio
Válvula de
Compuerta
Conexión T hacia
abajo
Conexión T hacia
arriba
Codo 90º
Venturi
H1
Accesorio
H2
H3
H4