17670139 perdidas de energia mecanica por friccion en tuberias

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    LABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS 1PRDIDAS DE ENERGA MECNICA POR

    FRICCIN EN TUBERAS

    INTEGRANTES:Chadd BrownDavid FuentesBrallan BurgosLuis De Len S.

    Informe de laboratorio entregado al Ingeniero Qumico,

    CRISSTOMO PERALTA.

    UNIVERSIDAD DEL ATLNTICO

    FACULTAD DE INGENIERAPROGRAMA DE INGENIERA QUMICA

    BARRANQUILLA2007

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    RESUMEN

    En este informe se realiza un anlisis acerca de las prdidas de energa enuna tubera debido a la friccin que presenta esta as como los materiales

    que la componen, materia de construccin y caracterstica de diseo.A su vez es importante resaltar que las tuberas, as como cualquierequipo, pierden sus caractersticas iniciales, y la forma de determinar loscoeficientes de friccin es necesario realizarlo de forma experimental paraencontrar los nuevos valores de este sistema de tubera, empleando lasecuaciones dadas en clase.

    Tambin en este informe se pudo determinar la longitud equivalente dediversos accesorios utilizados frecuente mente en el diseo de un sistemade tuberas, los analizados en esta experiencia fueron los codos de 45,codos de 180, vlvulas de globo y compuerta, codo de 90 corto y largo.

    Mostrando solo una parte la gran cantidad de prdidas por accesorios quese puede determinar y que afectaran a la energa que se le suministra alfluido.

    1.INTRODUCCIN

    El mtodo ms comn para transportar fluidos de un punto a otro esimpulsarlo a travs de un sistema de tuberas. Las tuberas de seccincircular son las ms frecuentes, ya que esta forma ofrece no slo mayor

    resistencia estructural sino tambin mayor seccin transversal para elmismo permetro exterior que cualquier otra forma. A menos que seindique especficamente, la palabra tubera en este estudio se refieresiempre a un conducto cerrado de seccin circular y dimetro interiorconstante.

    La ecuacin de energa se ser pieza clave dentro del anlisis del estudiode las prdidas de energa debido a la friccin y los accesorios.

    g

    vz

    Phhh

    g

    vz

    PRLA

    22

    2

    2

    2

    2

    1

    1 ++=+++

    (Ec. 1)

    Muy pocos problemas especiales de mecnica de fluidos, como es el casodel flujo en rgimen laminar por tuberas, pueden ser resueltos pormtodos matemticos convencionales; todos los dems problemasnecesitan mtodos de resolucin basados en coeficientes determinadosexperimentalmente. Muchas frmulas empricas han sido propuestas comosoluciones a diferentes problemas de flujo de fluidos por tuberas, pero son

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    muy limitadas y pueden aplicarse slo cuando las condiciones delproblema se aproximan a las condiciones de los experimentos de los cualesderivan las frmulas.

    Debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos

    industriales modernos, una ecuacin que pueda ser usada para cualquierfluido ofrece ventajas obvias. Una ecuacin de este tipo es la frmula deDarcy, que puede ser deducida por anlisis dimensional; sin embargo, unade las variables en la frmula, el coeficiente de friccin, debe serdeterminado experimentalmente. Esta frmula tiene una extensaaplicacin en el campo de la mecnica de fluidos y se utiliza mucho en esteestudio.

    =

    g

    v

    D

    LfhL

    2

    2

    (Ec.2)

    Para ilustrar la forma como las variables del fenmeno de flujo estnrelacionadas entre si, as como la subsiguiente vinculacin que tienen conel factor de friccin y las prdidas de carga en accesorios, se proceder amedir la prdida de presin que tiene lugar al hacer circular agua adiferentes flujos, recorriendo conductos de diferentes longitudes, y condiferentes accesorios.

    A su vez los accesorios poseen los coeficientes de resistencia los cualessiguen la ecuacin.

    =D

    LfK e

    T(Ec. 3)

    Donde K es reemplazada en la ecuacin de Darcy.

    =

    g

    vKhL

    2

    2

    (Ec. 4)

    La aplicacin ms especfica en la determinacin de la prdidas de energamecnica por la friccin en tuberas, radica en el momento de seleccionar,disear u optimizar sistemas de flujo en tuberas comerciales en plantas

    de procesos o redes de distribucin de flujos, en los cuales el conocimientode las variables que retardan o aceleran el moviendo de cualquier tipo deflujo son determinantes para conocer la eficiencia del proceso, seleccindel material de las lneas de transporte, etc.

    Dentro de los otros clculos necesarios para hallar la velocidad del fluidose emplear la ecuacin de continuidad.

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    2

    2

    ==D

    QAvQ (Ec. 5)

    As como las caractersticas del fluido, si es flujo laminar o turbulento, seempleara la ecuacin de Reynolds.

    vD=Re (Ec. 6)

    Todas estas ecuaciones serviran como herramienta de clculo paradeterminar las prdidas de energa en tuberas y accesorios.

    2. EQUIPO

    2.1. Descripcin del equipo

    El equipo consiste en un tanque para agua de almacenamiento; unamotobomba centrifuga, la cual recircula el agua al tanque; diez (10) tramosde tuberas de cobre de seccin circular de pulgada (1.4 cm de dimetrointerno), cada una equipada con un par de anillos piezomtricos yenumeradas as: 1. Tubera con codos de 45. 2. Tubera lisa y horizontal.3. y 4. Tubera con codos de retorno (180). 5. Tubera con vlvulas deglobo. 6. Tubera con vlvula de compuerta. 7. Tuberas con Tes en

    carrera recta. 8. Tubera con codos de 90 (radio corto). 9. Tubera concodos de 90 (radio corto). 10. Tubera con Tes en ngulos de 90.

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    Figura 1.

    El equipo posee dos manmetros, uno de cartula o Bourdon (fig. 2) pararegistrar la presin a la entrada y otro de columnas en U (fig. 3) pararegistrar la presin de la salida del tramo de tubera, e instalar auxiliarescomo vlvulas en el extremo derecho para seleccionar la tubera a utilizar.

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    Figura 2

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    Figura 3.

    2.2. Instrumentos auxiliares

    Para la realizacin de la experiencia se necesitan instrumento tales como:recipiente graduado para tomar un volumen de agua, un cronmetro, unacinta mtrica y un termmetro para controlar la temperatura del agua.

    2.3. Materiales

    El fluido utilizado es agua a temperatura ambiente, u otro fluido condiferente rango de viscosidad.

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    3. OPERACIN DEL EQUIPO

    3.1. Arranque preliminar

    Abra las vlvulas de descarga de la bomba (W1), la que conecta altramo escogido hacia el piezmetro y la vlvula de descargarespectivamente.

    Conecte la manguera al grifo con agua y llene el tanque dealimentacin hasta sus partes.

    Cierre la vlvula de descarga de la bomba, (W1). Conecte la bomba, colocando en ON la palanca de la caja de

    breakers (tacos).

    Abra lentamente la vlvula de descarga de la bomba (W1), e impidaque salga el mercurio del manmetro de columna.

    Deje transcurrir por lo menos (10) minutos con la vlvula de

    descarga completamente abierta para estabilizar el equipo.

    3.2. Experiencia No. 1. Determinacin de las prdidas por friccin desuperficie en tubera recta.

    3.3. Procedimiento.

    Para esta experiencia se utiliza el tramo de tubera recta (No. 2). Por lo

    tanto habilite este tramo previamente, abriendo las vlvulas quecomunican al manmetro en U y la descarga del tramo (arranquepreliminar colocar el nmero correspondiente), y realice los siguientesregistros y medidas:

    Presin de entrada al tramo en el manmetro de cartula (psi). Presin de salida del tramo en el manmetro de columna en U (cm

    de Hg).

    Tasa de flujo en la descarga del tramo. Repita este procedimiento para diez (10) tasas de flujo diferentes,

    abarcando toda la escala de los manmetros.

    Mida la longitud del tramo de tubera seleccionado y registre losdatos en la tabla 1.

    Controle constantemente la temperatura del agua, si esta aumentaapreciablemente, suministre agua al tanque y al mismo abra lavlvula de drenaje del tanque manteniendo el mismo nivel inicial(3/4 partes del tanque).

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    3.4. Experiencia No 2. Determinacin de las prdidas por friccin deforma en tuberas con accesorios.3.5. Procedimiento.

    Para esta experiencia se utilizan los tramos que contienen accesorios. Por

    lo tanto siga el siguiente procedimiento: Cierre la vlvula de descarga de la bomba (W1) y apague lamotobomba.

    Cierre las vlvulas que comunican al manmetro en U y la descargadel tramo anterior.

    Abra las vlvulas que comunican al manmetro en U y la descargadel tramo a utilizar.

    Conecte la bomba u abra la vlvula de descarga de la bomba (W1)lentamente.

    Tome los mismos datos que en el numeral procedimiento anterior ;slo en tres (3) tasa de flujo diferentes.

    Para cada tramo mida la longitud de la seccin recta y contabilice elnmero de accesorios presentes.

    Registres los datos en las respectivas tablas.

    4. PARTE EXPERIMENTAL

    4.1. Parte experimental No. 1

    En general se realizaron varias corridas de flujo de agua a travs detuberas con accesorios, empezando con la tubera recta para luegoabarcar las dems, diez (10) en total.

    Se midi presion de entrada y presion de salida, tiempo de llenado de unrecipie