unitarias.. perdidas por friccion

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica de las Fuerzas Armadas Carrera: Ingeniería Petroquímica Perdidas por Fricción (Practica Nº3) Bachilleres: García Betzabet CI: 23.585.210; Martínez Andrés CI: 24.357.297; Rivero Erick CI: 22.936.970; IPD6-C laboratorio de Operaciones Unitarias I. Prof. Laura Quero RESUMEN A medida que un fluido pasa por un tubo o algún otro dispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción que hay entre el liquido y la pared de la tubería, por tal motivo, la practica realizada, tubo como finalidad determinar las perdidas por fricción en un sistema de tuberías, para ello se conto con 2 (dos) tipos de tubos, primeramente, un tubo de PVC que poseía un diámetro de 28 mm y luego, un tubo de acero comercial recto con un diámetro de 36,5 mm, ambos con 2,27 m de longitud y se utilizo agua como fluido, a una temperatura de 29ºC; cabe señalar, que para la realización de dicha practica fue necesaria la utilización de un manómetro de mercurio y la calibración de un rotámetro, además claro de una bomba y los correspondientes accesorios dispuestos en la

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practica perdidas por friccion operaciones unitarias II

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Repblica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la DefensaUniversidad Nacional Experimental Politcnica de las Fuerzas ArmadasCarrera: Ingeniera PetroqumicaPerdidas por Friccin (Practica N3)

Bachilleres: Garca Betzabet CI: 23.585.210; Martnez Andrs CI: 24.357.297; Rivero Erick CI: 22.936.970; IPD6-C laboratorio de Operaciones Unitarias I.Prof. Laura QueroRESUMENA medida que un fluido pasa por un tubo o algn otro dispositivo, ocurren prdidas de energa debido a la friccin que hay entre el liquido y la pared de la tubera, por tal motivo, la practica realizada, tubo como finalidad determinar las perdidas por friccin en un sistema de tuberas, para ello se conto con 2 (dos) tipos de tubos, primeramente, un tubo de PVC que posea un dimetro de 28 mm y luego, un tubo de acero comercial recto con un dimetro de 36,5 mm, ambos con 2,27 m de longitud y se utilizo agua como fluido, a una temperatura de 29C; cabe sealar, que para la realizacin de dicha practica fue necesaria la utilizacin de un manmetro de mercurio y la calibracin de un rotmetro, adems claro de una bomba y los correspondientes accesorios dispuestos en la tubera. Para obtener unos mejores resultados, se tomo en cuenta 5 (cinco) caudales para cada tubo, comenzando en 1400 hasta llegar a 5400 con un margen de 1000 entre cada calibracin. Con los resultados obtenidos y realizando las ecuaciones necesarias, se pudo determinar que ocurren prdidas de energa debido a la friccin que hay entre el liquido y la tubera, tales energas traen como resultado una disminucin de la presin entre dos puntos del sistema de flujo, adems, se comprob, que mientras mayor sea el caudal, las perdidas por friccin aumentan considerablemente y por lo tanto, mientras el fluido tenga ms velocidad las perdidas por friccin sern mayores.

INTRODUCCIN Los sistemas de flujo de un fluido presentan ganancias de energas por bombas y prdidas por friccin conforme el fluido pasa por los ductos y tubos, prdidas por cambios en el tamao de la trayectoria de flujo y prdidas de energa por las vlvulas y accesorios.La prdida de carga en una tubera no es ms que la prdida de energa dinmica del fluido debido a la friccin de las partculas del fluido entre s y contra las paredes de la tubera que las contiene. Las prdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de direccin, la presencia de una vlvula o accesorio, la prdida de carga que tiene lugar en una conduccin representa la prdida de energa de un flujo hidrulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento.El estudio de las perdidas en tuberas que conducen fluidos, ha sido uno de los temas que ha recibido mayor importancia y al nmero de investigadores que le han dedicado gran parte de su tiempo a lograr explicar y cuantificar las leyes que la rigen, el clculo de las perdidas debido a la friccin es labor cotidiana del ingeniero, esto debido, al amplio uso de las condiciones como tuberas en abastecimientos de agua, en industrias tanto qumicas, como petroqumicas, para acueductos por gravedad o presin, estas deben conocer el fluido que se desplace por el mismo, teniendo en cuenta parmetros y propiedades fsico-qumicas que rigen el fluido en ese preciso instante, para ello es necesario aplicar tanto ecuaciones como determinacin de factores como rugosidad relativa, numero de Reynolds, que permitan observar cada uno de esas propiedades del fluido y determinar sus perdidas en el tramo de la tubera. Es importante sealar que, tanto el flujo laminar como el turbulento, resultan propiamente de la viscosidad del fluido por lo que, en la ausencia de la misma no habra distincin entre ambos.El laboratorio de operaciones unitarias nos brindo la oportunidad de determinar el factor de friccin en tuberas de diferentes dimetros, a distintos caudales para determinar el nivel de friccin en estas.PARTE EXPERIMENTAL Y PROCESAMIENTO DE DATOSA la llegada al laboratorio se procedi, a encender el equipo, seguidamente se permiti la entrada del fluido (agua), luego se dejo circular el fluido por la tubera recta de PVC, se abrieron las vlvulas de entrada y salida conectadas a la tubera PVC; as como las vlvulas conectadas al manmetro en U de Mercurio (letras A y B). Se procedi a calibrar el rotmetro 2 (vlvula N 10), posicionndolo en un caudal de 1400 L/H, se tomo la lectura de manmetro (h) para el caudal fijado, esto se repiti 4 veces mas, colocando el flotador en caudales de 2400 L/H, 3400L/H, 4400L/H y 5400L/H, terminado esto se cerraron todas las vlvulas conectadas a las mangueras. Seguidamente se abrieron las vlvulas de entrada y salida conectadas a la tubera recta de acero al carbono; as comoLas vlvulas conectadas al manmetro en U de Mercurio (letras A y B). Se procedi a calibrar el rotmetro 2 (vlvula N 10), posicionndolo en un caudal de 1400 L/H, se tomo la lectura de manmetro (h) para el caudal fijado, esto se repiti 4 veces mas, colocando el flotador en caudales de 2400 L/H, 3400L/H, 4400L/H y 5400L/H, terminado esto se cerraron todas las vlvulas conectadas a las mangueras.

ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS GARCIA BETZABET CI: 23.585.210Experimentalmente se obtuvo la rugosidad absoluta (kexp) la cual fue menor que la rugosidad absoluta calculada tericamente (kteo), esto por la mayor cantidad de variables tomadas en cuenta en el clculo de kteo tales como la k de la tubera y la k de la vlvula, y de hecho se puede notar una diferencia. De igual manera se determin tanto la perdida por friccin experimental (hlexp) y tericamente (hlteo), a pesar que se utilizo un mismo caudal en ambas tuberas el hl en la tubera de acero fue menor a pesar que su rugosidad absoluta es mayor, y esto sucede porque el dimetro de este es mayor con respecto a la tubera de PVC y tericamente a mayor dimetro menos es afectada la tubera por dicha rugosidad.Analizando los resultados de ambas tuberas, se pudo observar que en las dos tuberas a mayor caudal mayor fue la perdida por friccin, esto es que el flujo al adquirir ms velocidad disminuye la presin.Aunado a esto, tenemos tambin que se obtuvo los porcentajes de error relacionando los hlexp con los hlteo, estos fueron muy elevados debido a la poca concordancia entre los resultados de las respectivas hl (exp y teo). Uno de los factores involucrados fue la poca regularidad con la que circul el fluido por dichas tubera causada por la transicin de un dimetro mayor a otra tubera de menor dimetro por lo que produjo errores en el momento de tomarse los diferenciales de altura. Otro error fue la calibracin del rotmetro en los distintos caudales. Cabe destacar que estas k tericas no son las ms asertivas para este sistema de tuberas ya que al paso del tiempo las mismas han sufrido desgaste y por ende varia su rugosidad absoluta de igual manera sucede con las vlvulas.CONCLUSINEn esta practica 3 se determinaron las perdidas por friccin en una tubera de Acero y en otra de PVC, para esto fue indispensable determinar tanto la k experimental como la k terica, la k experimental se aleja del valor de la k terica debido a que no se tomo en cuenta algunas variables. Tambin se puede observar la influencia del dimetro de la tubera con dicha perdida por friccin siendo mayor sta al ser menor el dimetro, esto debido a que el flujo al adquirir mayor velocidad disminuye la presin.Estas prdidas de igual manera aumentan al incrementarse el numero de accesorios y vlvulas que posea el tramo por donde pas el fluido, ya que puede haber algn tipo de estrechamiento y por ende ocasiona una prdida o cada de presin.Por ltimo se relacion la prdida por friccin experimental con la terica, y se determin los porcentajes de error los cuales fueron muy elevados, debido a errores que se vienen arrastrando desde prcticas anteriores como la obtencin de los caudales reales. Otra de las causas posibles fue las fluctuaciones que afectaron la toma de los diferenciales de altura; es por ello que es de gran importancia esperar hasta que el sistema se estabilice para as leer la diferencia de altura en el manmetro, Cabe mencionar que las k tericas no fueron las ms idneas ya que estas son en funcin de una tubera nueva y en este sistema de tuberas usado ya se encuentra en un estado de desgaste donde la rugosidad absoluta es mayor.El conocimiento de las prdidas por friccin existentes en un tramo de tubera es de gran importancia para la ingeniera petroqumica ya que es necesario saber cunto disminuye la presin entre dos puntos de un tramo de tubera por el cual pasa un fluido, debido a que esto genera costos adicionales para el sistema al pasar el fluido por cada uno de los tramos de las tuberas.

ANEXOS TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALES:

Tabla N# 1 Tubera de PVC

Q Rotametro(L/h)h(cm Hg)

14000,6

24001,9

34003,5

44005,7

54008,5

Tabla N# 1 Tubera de Acero Recta

Q Rotametro(L/h)h(cm Hg)

14000,3

24000,9

34001,6

44002,9

54004,4

Temperatura del H2O (C)29

Tubera PVC = ( Hg H2O)*h1.- 1400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,006 m= 736,654 m2.- 2400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,019 m= 2232, 738 m3.- 3400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,035 m= 4297,149 m4.- 4400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,057 m= 6998, 213 m5.- 5400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,083 m= 10190,381 m 1.- = 0,075 m2.- = 0,229 m3.- = 0, 440 m4.- = 0,717 m5.- = 1,044 m

1.- = 0,074 m2.- = 0,229 m3.- = 0,440 m4.- = 0,717 m5.- = 1,044 m

1.- = 4,670

2.- = 3,571

3.- 3,445

4.- 3,527

5.- 3,908

| ;

1.- = 1,91x104

2.- = 3,82x104

3.- = 5,39x104

4.- = 6,81x104

5.- = 7,80x104

Rugosidad PVC: 0,002 mm = 2x10-6mDimetro: 28mm = 0,028 m

1.- = 6,16x10-4 m21.- 1.- 1.- 1.- 1.- 1.- = 3,46x10-4 m3/Seg1.- = 6,91x10-4 m3/Seg1.- = 9,75x10-4 m3/Seg1.- = 1,23x10-3 m3/Seg1.- = 1,41x10-3 m3/Seg

1.- = 0,561 m/Seg2.- = 1,121 m/Seg 3.- = 1,582m/Seg4.- = 1,996 m/Seg5.- = 2,288 m/Seg

Kacc(28mm)= entrada + salida + unin (T) = 1+0,5+ (20ft*0,0225ft) = 1,95Kacc(28mm) = Valv. Bola + Valv. Compuerta= (8ft*0,0225ft) + (3ft*0,0225ft) = 0,2475

1.- = 4,32752.- = 4,00753.- = 3,87754.- = 3,79755.- = 3,7475

1.- = 2,132.- = 1,813.- = 1,684.- = 1,605.- = 1,55 1.- = 0,0263162.- = 0,0223523.- = 0,0207324.- = 0,0197525.- = 0,019208 1.- = 0,0065792.- = 0,0055883.- = 0,0051834.- =0,0049385.- = 0,004802 1.- = 7,29x10192.- = 2,69x10203.- = 4,91x10204.- = 7,24x10205.- = 9,05x1020

e= 0,002mm=2x10-6me/D= 2x10-6m/0,028m= 7,14x10-5

1. = 8,28x10-42. = 4,53x10-43. = 3,37x10-44. = 2,77x10-45. = 2,47x10-4

1. = 49376,822. = 0,75343. = 3,05x10-34. = 7,24x10-55. = 8,25x10-6

1.- = 0,069m2.- = 0,299m3.- = 0,495m4.- = 0,771m5.- = 1,0009 m

1.- = 7,24%2.- = 23,41 %3.- = 11,11 %4.- = 7,003 %5.- = 4,30 %

Tubera Acero de al carbono Recta = ( Hg H2O)*h1.- 1400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,003 m= 368,327 m2.- 2400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,009 m= 1104,981 m3.- 3400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,016 m= 1964,410 m4.- 4400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,029 m= 3560,494 m5.- 5400= (132536,67 - 9760,996) N/m3*0,044 m= 5402,129 m 1.- = 0,037 m2.- = 0,113 m3.- = 0,201m4.- = 0,364 m5.- = 0,553 m

1.- = 0,037 m2.- = 0,113 m3.- = 0,201 m4.- = 0,364 m5.- = 0,553 m

1.- = 6,699

2.- = 5,115

3.- 4,574

4.- 5,202

5.- 6,018

| ;

1.- = 1,46x104

2.- = 2,92x104

3.- = 4,12x104

4.- = 5,20x104

5.- = 5,96x104

Rugosidad Tub. De acero al carbn: 0,45 mm = 4,50x10-4mDimetro: 36,5 mm = 0,0365 m

1.- = 1,05x10-3 m21.- 2.- 3.- 4.- 5.- 1.- = 3,46x10-4 m3/Seg1.- = 6,91x10-4 m3/Seg1.- = 9,75x10-4 m3/Seg1.- = 1,23x10-3 m3/Seg1.- = 1,41x10-3 m3/Seg

1.- = 0,329 m/Seg2.- = 0,658 m/Seg 3.- = 0,928m/Seg4.- = 1,171 m/Seg5.- = 1,342 m/Seg

Kacc (36,5mm)= entrada + salida + unin (T) = 1+0,5+ (20ft*0,0214ft) = 1,928Kvalv (36,5mm) = Valv. Bola + Valv. Compuerta= (8ft*0,0214ft) + (3ft*0,0214ft) = 0,2354

1.- = 4,94342.- = 4,83343.- = 4,79344.- = 4,77345.- = 4,7634

1.- = 2,782.- = 2,673.- = 2,634.- = 2,615.- = 2,60

1.- = 0,04482.- = 0,042923.- = 0,042364.- = 0,042045.- = 0,04188

1.- = 0,011202.- = 0,010733.- = 0,010594.- =0,010515.- = 0,01047

1.- = 1,03x10182.- = 1,45x10183.- = 1,61x10184.- = 1,71x10185.- = 1,77x1018

e= 0,45mm=4,50x10-4me/D= 4,50x10-4m/0,0365m= 1,23x10-2

1. = 4,35x10-32. = 3,87x10-33. = 3,73x10-34. = 3,65x10-35. = 3,61x10-3

1. = 3634221,0372. = 55,4533. = 0,2244. = 5,42x10-35. = 6,11x10-4

1.- = 0,0272m2.- = 0,1067m3.- = 0,2106m4.- = 0,3339m5.- = 0,4376 m

1.- = 36,02 %2.- = 5,90 %3.- = 4,55 %4.- = 9,01 %5.- = 26,37 %

BIBLIOGRAFIA

C. J. Geankoplis. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Mexico: Editorial CECSA. 1999. Raimont C. Blinder. Mecnica de Fluidos. Mxico: Editorial Trillas. 1978