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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

“TUBERÍAS CON ACCESORIOS” ASESOR: Mg. MORENO EUSTAQUIO, WALTER

AUTORES:  Hiuguay Soto Luigie Ernesto.  Gutierrez Rospigliosi, Luis Edgardo.  Novoa Vega, Alexis.  Tamay Lopez, Kevin Sebastián.

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL CICLO VII TRUJILLO, 08 DE MAYO DEL 2018

24-4-2018

MEDIDORES DE FLUJO EN TUBERÍAS

PRÁCTICA N° 3 “TUBERIAS CON ACCESORIOS”

I.

OBJETIVOS

_Determinación de una ecuación que exprese la relación entre f = f (Nre), para la circulación de agua a través de un tubo recto. (trayecto 2) _ Determinar para los accesorios que se encuentran en los trayectos 1, 3 y 8 del equipo, las longitudes equivalentes en mts y diámetros. _ Graficar las longitudes equivalentes en un diagrama y comparar estos resultados prácticos con valores teóricos en la literatura respectiva.

II.

MARCO TEÓRICO

1. 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.

2. Fricción Es la fuerza de rozamiento que se opone al movimiento. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente 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.

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3. Pérdida de cargas 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.

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. 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. Las pérdidas de carga pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de 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

4. Perdidas menores 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 al fenómenos de separación y mezcla del flujo. 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.

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Tabla 1: Pérdida adicional por fricción para tipos de accesorios.

Fuente: Mecánica de Fluidos, Robert Mott, Sexta edición

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5. 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).

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.

La influencia de ambos parámetros sobre f es cuantitativamente distinta según las características de la corriente. -

Régimen laminar:

-

Régimen de transición y turbulento:

6. 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.

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Tabla 2: Valores de rugosidad.

Fuente: Mecánica de Fluidos, Robert Mott, Sexta edición

Tabla 3: Diagrama de Moody

Fuente: Mecánica de Fluidos, Robert Mott, Sexta edición

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III.

PROCEDIMIENTO

1.

Reconocimiento del equipo y las trayectorias.

2.

Poner en funcionamiento la bomba, con las válvulas de paso totalmente abierta, se van abriendo lentamente y se toman los respectivos volúmenes en el tiempo determinado, para el cálculo del caudal. Repetir lo anterior para cada una de las trayectorias.

3.

IV.

Se leen los deltas de la presión en el manómetro de mercurio para cada trayectoria.

CALCULOS Y RESULTADOS:

LINEA 2: CALCULOS DE LINEA 2

Se obtiene el caudal (Q) mediante: 𝑄=

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

A continuación, la velocidad: 

𝑄

𝐴 = 4 ∗ 𝐷2

𝑣 =𝐴

Con las formulas anteriores, se calcula el Número de Reynolds: 𝑁𝑟𝑒 =

𝑣∗𝐷∗𝜌



Con la lectura R del manómetro, obtenemos ΔHL: ∆𝐻𝐿 =

𝑅 ∗ (𝛾𝐻𝑔 − 𝛾𝐻2𝑂) 𝛾𝐻2𝑂

El factor de fricción (f), se calcula por: 𝑓=

∆𝐻𝐿 ∗ 𝐷 ∗ 2𝑔 𝐿 ∗ 𝑣2

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DATOS DE LINEA 2: Tabla 4: Datos extraídos de la práctica

 0.000891

D (m) 0.01384

 997

 (Hg) KN/m3 132.8

L (m) 3.048

 (H2O) KN/m3 9.78

g (m2/s) 9.81

RESULTADOS DE LINEA 2 Tabla 5: Resultados de la práctica (cálculo de factor de fricción)

R (m Hg)

tiempo (s)

0.015 0.030 0.045 0.060 0.075

4.93 4.96 5.00 5.01 5.00

Volumen (m3) 0.000910 0.001165 0.001370 0.001575 0.001770

Q (m3/s)

A (m2)

0.00018458 0.00023488 0.00027400 0.00031437 0.00035400

0.000150439 0.000150439 0.000150439 0.000150439 0.000150439

Velocidad (m/s) 1.22696671 1.56128632 1.82133095 2.08968650 2.35310641

Nre

ΔHL

f

19001.4316 24178.8755 28206.0592 32361.9499 36441.4049

0.18868098 0.37736196 0.56604294 0.75472393 0.94340491

0.01116562 0.01379155 0.01520169 0.01539735 0.01517872

Tabla 6: Datos para obtención de gráficas

log (v) 0.088832778 0.193482554 0.260388868 0.320081137 0.371641567

log (f) -1.952117299 -1.860386855 -1.818108224 -1.812554026 -1.818764873

log (Nre) 4.278786323 4.383436098 4.450342412 4.510034682 4.561595112

log (ΔHL ) -0.724271873 -0.423241877 -0.247150618 -0.122211882 -0.025301869

Grafico 1: log (ΔHL) vs log (V) 0.1 0 -0.1

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

-0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7

-0.8

y = 2.4856x - 0.9221

0.4

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Grafico 2: log (ΔHL) vs log (Nre) 0 4.25 -0.1

4.3

4.35

4.4

4.45

4.5

4.55

4.6

-0.2 -0.3

-0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8

Grafico 3: log (f) vs log (V) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 -1.96

-1.94

-1.92

-1.9

-1.88

-1.86

-1.84

-1.82

-1.8

Grafico 4: log (f) vs log (Nre) 4.6 4.55

y = 1.7093x + 7.6031

4.5 4.45 4.4 4.35 4.3 4.25

-1.96

-1.94

-1.92

-1.9

-1.88

-1.86

-1.84

-1.82

-1.8

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Tabla 7: Obtención del ΔHL específico [HL (esp)]

V (m/s) 1.22696671 1.56128632 1.82133095 2.08968650 2.35310641

ΔHL (diagrama) 0.171033763 0.397334709 0.573358921 0.755008793 0.933317730

ΔHL 0.188680982 0.377361963 0.566042945 0.754723926 0.943404908

ΔHL (esp) 0.056113439 0.130359157 0.188109882 0.247706297 0.306206604

LINEA 3 Tabla 8: Datos obtenidos de la Línea 3



D (m) 0.01384

0.000891



L (m)

997

15.24

 (Hg) KN/m3

 (H2O) KN/m3 9.78

132.8

g (m2/s) 9.81

Tabla 9: Obtención del factor de fricción de la Línea 3

R (m Hg)

tiempo (s) 5.08

Volumen (m3) 0.000325

0.015

Q (m3/s)

A (m2)

V (m/s)

Nre

ΔHL

f

0.00006398 0.000150439

0.42526335 6585.844895 0.18868098 0.01858927

0.030

4.92

0.000415

0.00008435 0.000150439

0.56068805 8683.100818 0.37736196 0.02138778

0.045

5.03

0.000420

0.00008350 0.000150439

0.55503403 8595.539788 0.56604294 0.03273861

0.060

4.93

0.000640

0.00012982 0.000150439

0.86292164

0.075

4.95

0.000725

0.00014646 0.000150439

0.97357881 15077.33753 0.94340491 0.01773397

13363.6442 0.75472393 0.01805908

Tabla 10: Obtención de la Longitud equivalente en metros y diámetro de la Línea 3

V (m/s) 0.42526335 0.56068805 0.55503403 0.86292164 0.97357881

ΔHL (diagrama) -0.371639240 -0.279970260 -0.283797466 -0.075388342 -0.000484504

ΔHL (corregido) -1.858196199 -1.399851299 -1.418987328 -0.376941711 -0.002422518

ΔHL

ΔHL (acc.)

0.188680982 0.377361963 0.566042945 0.754723926 0.943404908

2.04687718 1.777213262 1.985030273 1.131665638 0.945827426

ΔHL (esp) 0.056113 0.130359 0.188109 0.247706 0.306206

Leq (m)

Leq (D)

9.119442823 3.408305644 2.638138357 1.142145969 0.772214968

658.919279 246.264859 190.616933 82.5249978 55.7958792

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LINEA 8 Tabla 11: Datos obtenidos de la Línea 8



D (m) 0.01384

0.000891



L (m)

 (Hg) KN/m3

997

4.572

132.8

 (H2O) KN/m3 9.78

g (m2/s) 9.81

Tabla 12: Obtención del factor de fricción de la Línea 8

R (m Hg)

tiempo (s)

0.015 0.030 0.045 0.060 0.075

5.06 4.99 4.90 5.00 5.01

Volumen (m3) 0.000480 0.000680 0.000805 0.000905 0.000995

Q (m3/s)

A (m2)

V (m/s)

Nre

ΔHL

f

0.00009486 0.00013627 0.00016429 0.00018100 0.00019860

0.000150439 0.000150439 0.000150439 0.000150439 0.000150439

0.63056379 0.90582994 1.09203889 1.20314198 1.32015116

9765.232102 14028.14405 16911.87072 18632.46974 20444.53346

0.18868098 0.37736196 0.56604294 0.75472393 0.94340491

0.02818376 0.02731452 0.02819045 0.03096587 0.0321499

Tabla 13: Obtención de la Longitud equivalente en metros y diámetro de la Línea 8

V (m/s)

ΔHL (corregido) -0.349007059

ΔHL

ΔHL (acc.)

0.63056379

ΔHL (diagrama) -0.232671373

0.188680982

0.537688041

0.056113

0.798519714

57.6965111

0.90582994

-0.046343712

-0.069515568

0.377361963

0.446877531

0.130359

0.285671064

20.6409728

1.09203889

0.079701126

0.119551689

0.566042945

0.446491256

0.188109

0.19779811

14.291771

1.20314198

0.154906806

0.232360208

0.754723926

0.522363718

0.247706

0.175733772

12.6975269

1.32015116

0.234110317

0.351165476

0.943404908

0.592239432

0.306206

0.161176744

11.6457185

V.

ΔHL (esp)

Leq (m)

Leq (D)

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Al momento de abrir la válvula para nivelar e manómetro de mercurio se debe de ajustar solo un poco y calculando los niveles en cm de mercurio en que se realizaran las mediciones Cuando se utiliza el cronometro se debe tomar aproximadamente el tiempo en cinco segundos para cerrar la llave del llenado de agua en el balde

MEDIDORES DE FLUJO EN TUBERÍAS

VI. BIBLIOGRAFIA:  Frank White. (2004). Mecánica de fluidos. Madrid: McGRAW HILL.  (2011, 07). Carburación E Inyección. ClubEnsayos.com.

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