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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Laboratorio de Ingeniería I Reporte de Práctica: Pérdidas de carga en tuberías y accesorios / Caudalimetría.

Cano Jiménez Karla Yesenia

201725460

Flores Lázaro Maryjose

201731770

Galindo Romano Metzli Ariadna

201733568

Lucero Salinas Nohemi

201743861

Salazar Valdez Carla

201749516

Vázquez Ramírez Mariana

201706679

INTRODUCCIÓN. Muchas de las industrias utilizan diversas tuberías dentro de sus procesos y dentro de ellas circulan líquidos que por conducción experimentan una pérdida de carga de energía debido al rozamiento de las moléculas del mismo entre sí y con las paredes de la tubería. Si estas tuberías se encontraran en horizontal, y con un fluido constante, dicha pérdida se reduce a medida que el fluido avanza en la tubería de forma progresiva y proporcional a su longitud. Es debido a esto que se encuentran relacionadas la pérdida de carga con el caudal pues si una cesa, la otra desaparece. OBJETIVOS. 1. Calcular la velocidad y el caudal de agua que circula por una tubería en régimen estacionario a partir de mediciones de caída de presión en un tubo Venturi y en una placa de orificio. 2. Definir las escalas y unidades de medición de la presión. 3. Conocer y emplear medidores de presión digital y de tubo en U. 4. Comparar la eficiencia de dichos instrumentos al evaluar la pérdida de carga de un fluido en un sistema de tuberías y accesorios. PALABRAS CLAVE. ● Presión ● Caudal ● Pérdida de Carga ● Tuberías ● Fluido MATERIAL Y EQUIPO. ● Equipo experimental de Mecánica de Fluidos. Figura 3.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

RESULTADOS Y REPORTES.

Caudal 𝑚3 ℎ

Válvula

Toma de presión

P [Bar]

P[%]

2

v2

p7-p8

1.1561

-53.912

2

v3

p9-p10

-0.0153

-57.156

2

v4

p11-p12

-0.0207

-0.6397

1

v2

p7-p8

-0.4430

0.0437

1

v3

p9-p10

0

0.0999

1

v4

p11-p12

-0.0016

-0.6312

Caudal 𝑚3 ℎ

Accesorio

Toma de presión

P [Bar]

P[%]

2

tubo de Venturi

p3-p4

0.0536

5.5124

2

placa de orificio

p5-p6

-0.0014

0.2124

4

tubo de Venturi

p3-p4

0.0028

-0.0374

4

placa de orificio

p5-p6

-0.0079

1.7312

1. Tabule los datos obtenidos de caudal y ∆P como se muestra a continuación: Q (L/h)

∆P (bar)

Q1=7200

∆P1=1.1561

Q2=3600

∆P2=-0.4430

2. A partir de las mediciones obtenidas genere una gráfica de pérdida de carga contra energía cinética y realizar una regresión lineal para determinar K.

3. Tabule las lecturas de presión diferencial en términos de pérdida de carga hidráulica.

4.

Pérdida de carga

Energía cinética

-11.3413

3.02951

0.150093

3.02951

0.203067

3.02951

4.34583

0.7571

0

0.7571

0.015696

0.7571

Calcule el factor de fricción f mediante el diagrama de Moody y con las ecuaciones empíricas llenando la siguiente tabla:

𝑅𝑒 =

𝜌𝑣𝐷 𝜇

El material del equipo es plástico de PVC. El valor de rugosidad absoluta es de 0.0015 mm. 𝜀 1.5 × 10−6 𝑚 = = 5 × 10−5 𝐷 0.06 𝑚

Q=2 𝑚3 /ℎ

(2829.4212 𝑚/ℎ)(1 𝑘𝑔/𝑚3)(0.06 𝑚) 𝑅𝑒 = = 52.9259 3.2076 𝑘𝑔/𝑚 ⋅ ℎ Por lo tanto, el régimen del flujo es laminar con ondulaciones. Para cálculos del coeficiente de fricción usaremos la ecuación de Darcy tomando en cuenta sólo Reynolds. 𝑓 experimental

𝑓=

64 64 = = 1.2092 𝑅𝑒 52.9259

𝑓 Colebrook-White

1 √𝑓

= −2𝑙𝑜𝑔 (

5 × 10−5 2.51 + ) 3.7 52.9259√𝑓

𝑓 = 0.2421 𝑓 Halland 2

1

𝑓=

1.11

(

6.9 5 × 10−5 1.8𝑙𝑜𝑔 [52.9259 + ( 3.7 )

𝑓 = 0.3942

] )

5. A partir de los diferentes datos de caudal de presión obtenidos al operar el equipo con el tubo Venturi, realice lo siguiente: a) Calcular el caudal. 𝐴1 = 𝜋 ∗ 𝑟 2 = 𝜋 ∗ (0.03𝑚)2 = 2.287𝑥10−3 𝑚 2 𝐴2 = 𝜋 ∗ 𝑟 2 = 𝜋 ∗ (0.02𝑚 )2 = 1.256𝑥10−3 𝑚 2

𝑉2 =

2𝛥𝑃 4

√ 𝐷2 𝜌(1 − ) 𝐷1

=

2 ∗ 5360𝑘𝑔/𝑚𝑠 2 4

√ 0.04𝑚 1000𝐾𝑔/𝑚3 (1 − ) 0.06𝑚

𝑉1 = 0.0672 (3.2741

= 3.2741

𝑚 𝑠

𝑚 𝑚 ) = 0.01469 𝑠 𝑠

𝑚 𝑚3 = 3.3596𝑥10−5 𝑠 𝑠 3 𝑚 𝑚 𝑄2 = 𝐴2 𝑉2 = 1.256𝑥10−3 𝑚 2 ∗ 3.2741 = 4.1122𝑥10−3 𝑠 𝑠

𝑄1 = 𝐴1 𝑉1 = 2.287𝑥10−3 𝑚 2 ∗ 0.01469

b) Construir un gráfico ∆P vs. Caudal.

c) Comparar estos valores con los obtenidos en el caudalímetro. Teórico

Experimental

3.3596𝑥10−5

𝑚3 𝑠

5.5𝑥10−4

𝑚3 𝑠

4.1122𝑥10−3

𝑚3 𝑠

1.1𝑥10−3

𝑚3 𝑠

6. A partir de los diferentes datos de caída de presión obtenidos al operar el equipo con el tubo Venturi, realice lo siguiente: a) Calcular el caudal. 𝐴1 = 𝜋 ∗ 𝑟 2 = 𝜋 ∗ (0.03𝑚)2 = 2.287𝑥10−3 𝑚 2 𝐴2 = 𝜋 ∗ 𝑟 2 = 𝜋 ∗ (0.02𝑚 )2 = 1.256𝑥10−3 𝑚 2

𝑉2 =

2𝛥𝑃 4

√ 𝐷2 𝜌(1 − ) 𝐷1

=

2 ∗ 140𝑘𝑔/𝑚𝑠 2 4

√ 0.04𝑚 1000𝐾𝑔/𝑚3 (1 − ) 0.06𝑚

𝑉1 = 0.0672 (0.5291

= 0.5291

𝑚 𝑠

𝑚 𝑚 ) = 2.3751𝑥10−3 𝑠 𝑠

𝑚 𝑚3 = 5.4318𝑥10−6 𝑠 𝑠 3 𝑚 𝑚 𝑄2 = 𝐴2 𝑉2 = 1.256𝑥10−3 𝑚 2 ∗ 0.5291 = 6.6454𝑥10−4 𝑠 𝑠

𝑄1 = 𝐴1 𝑉1 = 2.287𝑥10−3 𝑚 2 ∗ 2.3751𝑥10−3

b) Construir un gráfico ∆P vs. Caudal.

c) Comparar estos valores con los obtenidos en el caudalímetro. Teórico

Experimental

5.4318𝑥10−6

𝑚3 𝑠

5.5𝑥10−4

𝑚3 𝑠

6.6454𝑥10−4

𝑚3 𝑠

1.1𝑥10−3

𝑚3 𝑠

7. A partir de los datos obtenidos del caudal para el tubo Venturi y la Placa de orificio, determine el porcentaje de desviación con respecto a los valores obtenidos con el caudalímetro reporte sus conclusiones. Tubo Venturi Teórico

Experimental

% error

3.3596𝑥10−5

𝑚3 𝑠

5.5𝑥10−4

𝑚3 𝑠

15.37

4.1122𝑥10−3

𝑚3 𝑠

1.1𝑥10 −3

𝑚3 𝑠

0.73

Placa de orificio Teórico

Experimental

% error

5.4318𝑥10−6

𝑚3 𝑠

5.5𝑥10−4

𝑚3 𝑠

9.12

6.6454𝑥10−4

𝑚3 𝑠

1.1𝑥10 −3

𝑚3 𝑠

0.65

OBSERVACIONES No se utilizó el manómetro de tipo “U” es por eso que omitimos algunas preguntas del cuestionario, ya que no se cuentan con datos para contestarlas. CONCLUSIONES La adición de accesorios a una tubería como reductores de diámetro generarán una caída en la presión del fluido mientras que la pérdida de carga se ve manifestada en un fluido cuando su presión final comparada con la presión inicial es menor, y esto también se ve reflejado en la velocidad de flujo si llega a aumentar o disminuir. Cuando existe un mayor número de moléculas hay un mayor rozamiento de estas con la superficie que las transporta y es ahí cuando sufre una variación de presión. Estás caídas de presiones también se pueden manipular colocando accesorios en la tubería como tubos de Venturi que hace una caída de presión, pero aumento de velocidad. BIBLIOGRAFÍA ❖ Daniel Czekaj . (1988). Aplicaciones de la Ingeniería . Roma: FAO. ❖ Bird R. B. Steward W. T. y Lightfoot E. N. Transport Phenomena, 2da Edition. John Wiley & Sons. 2000. ❖ White F. M. Mecánica de fluidos, McGraw Hill Interamericana, 2008.