Subido por Edmi Arias

Determinacion experimental caidas de presion en accesorios

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Procesos de separación I
Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
Práctica 1
Determinación experimental de la caída de
presión en accesorios
1. Objetivo


Calcular la pérdida de presión debido a los instrumentos que tiene la tubería.
Comparar las diferentes caídas de presión debidas a los diferentes instrumentos y
accesorios instalados en las tuberías.
2. Introducción
Las pérdidas de carga son las pérdidas de presión que sufren los fluidos en su circulación a
través de las tuberías y conductos. Son debidas a los rozamientos de los fluidos con las paredes de
las tuberías o conductos y a los rozamientos entre las distintas capas de fluido. Se distinguen dos
tipos de pérdidas de carga:


Pérdidas de carga lineales: son las que se producen a lo largo de toda la tubería o
conducto.
Pérdidas de carga singulares: son las que se producen en los equipos y accesorios.
3. Marco teórico
Los fluidos pueden ser comprimibles o gases (aire, gases combustibles, humos, etc.), e
incompresibles o líquidos (agua, aceites, gasóleo, etc.); en este tema se estudia únicamente el
caso del agua, aunque las expresiones teóricas que se analizan son válidas para todos los fluidos.
Las pérdidas de carga dependen de las características del fluido, de la tubería y del tipo de
derrame que se establezca.
A. El fluido está caracterizado por la:
 Densidad ( )
 Viscosidad (µ)
1
Flujo de fluidos
Procesos de separación I
Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
B. La tubería está caracterizado por:
 Sección o diámetro interior (d)
 Rugosidad interior (k)
C. El derrame del fluido, a su vez, está caracterizado por:
 Velocidad (v)
 Numero de Reynolds (re)
Densidad y peso específico
La densidad es la masa de fluido contenida en la unidad de volumen. En los líquidos
depende de la temperatura, siendo menor cuanta más alta sea la misma, si bien estas variaciones
son pequeñas. En los gases las variaciones de densidad son más importantes que en los líquidos y
dependen de la temperatura y de la presión. El peso específico es el peso de fluido contenido en la
unidad de volumen; se obtiene multiplicando la densidad por la aceleración de la gravedad como
lo indica la ecuación 1.
(1)
 = () (𝑔)
Viscosidad
La viscosidad es una característica de los fluidos; indica la resistencia que oponen a
desplazarse paralelamente a sí mismos. La ley de Newton expresa la fuerza que debe vencerse
para desplazar un elemento plano de superficie S, paralelamente a sí mismo, con una velocidad
uniforme v.
Ley de Newton
(2)
𝑑𝑣
𝐹 = µ· 𝑆 ·
𝑑𝑦
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:
µ = 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 𝑜 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎
𝑆 = 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒
La Viscosidad Absoluta decrece con los aumentos de temperatura. El cociente entre la
Viscosidad Absoluta y la densidad es conocido como Viscosidad Cinemática ( ) la cual se calcula
con la ecuación 3.
(3)
µ
 =

La Viscosidad cinemática también depende de la temperatura; como las variaciones de la
Viscosidad Absoluta con la temperatura son mayores que las de la Densidad, la Viscosidad
Cinemática decrece con los aumentos de temperatura.
Rugosidad
2
Flujo de fluidos
Procesos de separación I
Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
Es una característica propia de cada tubería; se sabe desde hace mucho tiempo que, para
el flujo turbulento y para un determinado número de Reynolds, una tubería rugosa, da un factor
de fricción mayor que en una tubería lisa. Por consiguiente si se pulimenta una tubería rugosa, el
factor de fricción disminuye y llega un momento en que si se sigue pulimentándola, no se reduce
más el factor de fricción para un determinado número de Reynolds. Existen dos tipos de
rugosidades:


Absoluta (k): Es la altura media de las asperezas interiores de la tubería.
Relativa (k/d): Es la relación entre la rugosidad absoluta y el diámetro de la tubería.
Regímenes de circulación de los fluidos
Se distinguen dos tipos fundamentales de derrame de fluidos:


Régimen laminar
Régimen turbulento
El número de Reynolds se calcula con la ecuación 4:
𝑅𝑒 =
𝜌. 𝑉. 𝐷
𝜇
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝐾𝑔
𝑚3
𝑚
𝑉 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑒
𝑠
𝐷 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎, 𝑚
𝜇 = 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑, Pa s
𝜌 = 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑,
Los parámetros son:
𝑅𝑒 ≤ 2 100 𝑅é𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛 𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟
2 100 ≤ 𝑅𝑒 ≤ 10 000 𝑅é𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛
𝑅𝑒 ≥ 10 000 𝑅é𝑔𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜
4. Correlación con temas y subtemas del programa de estudios
En el tema Flujo de Fluidos, de la materia de Operaciones Unitarias I, con los subtemas
Líquidos Newtonianos y no newtonianos así como en Principios de los Medidores de Flujo, y los
principios de los mecanismos y balances de Cantidad de Movimiento.
Aplicación dentro de la industria
Algunos gases como el acetileno y el butano se utilizan como combustibles en diversas
operaciones, tales como soldadura, sistemas de calefacción de casas, hornos industriales, etc.
También pueden ser materia prima para producir otras sustancias intermedias, a partir de las
3
Flujo de fluidos
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Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
cuales se obtienen los plásticos, pinturas y aerosoles. El aire es utilizado en los procesos
industriales para producir aceros y metales entre otros usos.
5. Material y Equipo
Equipo
Bomba centrífuga
Circuito hidráulico
Manguera
Llave con suministro de agua.
Tanque de almacenamiento
Sustancias
Agua
Figura 4.1Equipo de dinámica de fluidos
6. Procedimiento
1.
2.
3.
4.
5.
Encender el equipo y regular con el rotámetro el flujo que se desea alimentar.
Seleccionar el accesorio o instrumento donde se quiera medir la caída de presión.
Abrir las válvulas correspondientes.
Anotar la lectura de la caída de la presión mostrada en el indicador.
Una vez anotada cada caída de presión para cada instrumento o accesorio, cambiar el
flujo y repetir el proceso.
4
Flujo de fluidos
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Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
7. Reporte del alumno
A. Tubo Venturi
Tubo Venturi
Presión (Bar)
0.08
0.152
0.253
0.375
0.5
Tabla 6.1 Flujo y presión del tubo Venturi
0.5
Presión Bar
Flujo (L/h)
2000
3000
4000
5000
6000
0.6
0.4
0.3
Presión Bar
0.2
0.1
0
0
2000
4000
6000
8000
Flujo L/h
Figura 6.1 Flujo y presión del tubo Venturi.
B. Placa de orificio
Flujo (L/h)
2000
3000
4000
Presión (Bar)
0.052
0.102
0.167
Tabla 6.2 Flujo y presión de la placa de orificio
Presión Bar
Placa de Orificio
0.18
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
Presión Bar
0
1000
2000
3000
4000
5000
Flujo L/h
Figura 6.2 Flujo y presión de la placa de orificio
1
C. Llave de 8 "
Llave de 1/8"
0.08
0.07
Flujo (L/h)
2000
3000
3500
Presión (Bar)
0.039
0.06
0.079
Presión Bar
0.06
0.05
0.04
0.03
Presión Bar
0.02
0.01
0
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
1
Tabla 6.3 Flujo y presión de la llave de 8 "
1
8
Figura 6.3 Flujo y presión de la llave de "
5
Flujo de fluidos
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Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
D. Llave de 1”
Figura 6.4 Flujo y presión de la llave de 1”
Llave de 1"
Tabla 6.4 Flujo y presión de la llave de 1”
0.6
0.5
Presión (Bar)
0.208
0.422
0.525
Presión Bar
Flujo (L/h)
2000
3000
3500
0.4
0.3
Presión Bar
0.2
0.1
0
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
1
8
E. Llave de " − 1"
Llaves de 1/8"-1"
0.7
Flujo (L/h)
2000
3000
3500
Presión Bar
0.6
Presión (Bar)
0.2
0.45
0.519
0.5
0.4
0.3
Presión Bar
0.2
0.1
0
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
1
Tabla 6.5 Flujo y presión de la llave de 8 " − 1"
1
Figura 6.5 Flujo y presión de la llave de 8 " −1”
F. Tubo de acero calibre 40
Flujo (L/h)
2000
3000
4000
4500
Presión (Bar)
0.026
0.049
0.09
0.083
a 6.6 Flujo y presión de acero calibre 40
Presión Bar
Tubo de Acero Calibre 40
Tabl
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
Presión Bar
0
1000
2000
3000
4000
5000
Flujo L/h
Figura 6.6 Flujo y presión de acero calibre 40
G. Tubo “U”
6
Flujo de fluidos
Procesos de separación I
Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
Tubo "U"
Presión (Bar)
0.043
0.056
0.078
Presión Bar
Flujo (L/h)
2000
3000
3400
Tab
la
0.1
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
Presión Bar
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
6.7 Flujo y presión del tubo “U”
Figura 6.7 Flujo y presión del tubo “U”
3
H. Reducción 1”-4”
Reduccion 1"-3/4"
3
4
Flujo (L/h)
2000
3000
3500
Presión (Bar)
0.165
0.332
0.4
Presión Bar
Tabla 6.8Flujo y presión de la reducción 1”- ”
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
Presión Bar
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
3
Figura 6.8 Flujo y presión de la reducción 1”-4”
I.
3
4
Ampliación ” - 1”
Ampliación 3/4"-1"
0.12
Flujo (L/h)
2000
3000
Presión (Bar)
0.064
0.113
Presón Bar
0.1
3
3
0.06
Presión Bar
0.04
0.02
Tabla
6.9
Flujo y presión de la ampliación 4” - 1”
J.
0.08
0
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
3
Figura 6.9Flujo y presión de la ampliación 4” - 1”
3
Reducción 1”-4” con ampliación 4” - 1”
7
Flujo de fluidos
Procesos de separación I
Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
Reducción 1"-3/4" con Ampliación 3/4"-1"
0.6
3
Tabla 6.10 Flujo y presiónde la reducción 1”-4”
Presión (Bar)
0.226
0.435
0.541
3
4
con ampliación ” - 1”
Presión Bar
Flujo (L/h)
2000
3000
3500
0.5
0.4
0.3
Presión Bar
0.2
0.1
0
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
3
Figura 6.10Flujo y presión de la reducción 1”-4”
3
con ampliación 4” - 1”
3
3
K. Tubo “U” a reducción de 1”-4” con ampliación 4” - 1”
Tubo "U" a Reducción 1"-3/4" con Ampliacción 3/4"-1"
Tabla 6.11 Flujo y presión de tubo “U” a
0.7
Flujo (L/h)
2000
3000
3500
Presión (Bar)
0.259
0.508
0.621
Presión Bar
0.6
0.5
0.4
0.3
Presión Bar
0.2
0.1
0
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
3
3
reducción 1”-4” con ampliación 4” - 1”
Figura 6.11Flujo y presión de tubo “U” a
3
3
reducción 1”-4” con ampliación 4” - 1”
3
4
L. Tubo “U” a reducción de 1”- ”
Tubo "U" a Reducción 1"-3/4"
0.6
Flujo (L/h)
2000
3000
3500
Presión (Bar)
0.198
0.4
0.494
Tabla 6.12 Flujo y presión de tubo “U” a
3
reducción 1”-4”.
Presión Bar
0.5
0.4
0.3
Presión Bar
0.2
0.1
0
0
1000
2000
3000
4000
Flujo L/h
Figura 6.11Flujo y presión de tubo “U” a
reducción”
8
Flujo de fluidos
Procesos de separación I
Determinación experimental de la caída de presión en accesorios
8. Conclusiones
Como se muestra en las gráficas la pérdida de carga mayor es la del tubo Venturi, ya que este
ejerce más presión al fluido y la menor es la del tubo de PVC de 1/8”.
9. Cuestionario
1. ¿Qué es dinámica de fluidos?
Son las pérdidas de presión que sufren los fluidos en su circulación a través de las tuberías
y conductos. Son debidas a los rozamientos de los fluidos con las paredes de las tuberías o
conductos y a los rozamientos entre las distintas capas de fluido.
2. ¿Cuál tipos de pérdidas de cargas existen?
 Pérdidas de carga lineales: son las que se producen a lo largo de toda la tubería o
conducto.
 Pérdidas de carga singulares: son las que se producen en los equipos y accesorios.
3. ¿Cuáles son los factores que influyen en la perdida de carga?
A. El fluido está caracterizado por la:
 Densidad ( )
 Viscosidad (µ)
B. La tubería está caracterizado por:
 Sección o diámetro interior (d)
 Rugosidad interior (k)
C. El derrame del fluido, a su vez, está caracterizado por:
 Velocidad (v)
 Numero de Reynolds (re)
4. ¿Aplicación industrial de la dinámica?
Algunos gases como el acetileno y el butano se utilizan como combustibles en diversas
operaciones, tales como soldadura, sistemas de calefacción de casas, hornos industriales,
etc.
10. Referencias
Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Meter Harriott,
Séptima Edición, Pág. 47,48,207
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Flujo de fluidos
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