ESTUDIO DE LAS PRDIDAS POR FRICCIN EN UN EQUIPO INDUSTRIAL Y UN EQUIPO DIDCTICO

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICAE.A.P. Ingeniera QumicaDEPARTAMENTO ACADMICO DE OPERACIONES UNITARIAS

CURSO:Laboratorio de Ingeniera Qumica

PRCTICA:Perdidas por Friccin (equipo industrial y didctico)

PROFESOR:Ing. Jorge Len Llerena

INTEGRANTES:Mendoza Gloc Diego 11070045Morn Tern Arturo11070047Silvestre Bautista, Danitsa11070133Visua Toscano Lorena11070139

GRUPO: A

HORARIO: Sbado (8-14) pm

FECHA DE REALIZACIN:26 de Agosto y 02 y 09 de Setiembre

FECHA DE ENTREGA:24 de Octubre

Ciudad universitaria, Junio 2015Lima-Per

NDICERESUMEN3INTRODUCCIN4FUNDAMENTOS TERICOS5DETALLES EXPERIMENTALES14TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES15EQUIPO INDUSTRIAL15TABLA N1. CONDICIONES EXPERIMENTALES15TABLA N2. DIMENSIONES DEL TANQUE DE ALIMENTACIN15TABLA N3. DIMENSIONES DEL TANQUE DE DESCARGA15TABLA N4. DIMENSIONES DEL MEDIDOR VENTURI15TABLA N5. DIFERENCIA DE PRESIN EN EL VENTURI PARA LA CURVA DE CALIBRACIN15TABLA N6. DIFERENCIA DE PRESIN EN EL VENTURI PARA DIVERSOS FLUJOS MEDIDOS16TABLA N7. TIEMPOS DE LLENADO DEL TANQUE DE DESCARGA PARA DISTINTOS FLUJOS MEDIDOS16TABLA N8. DISTANCIAS ENTRE PIEZMETROS16TABLAS N9. MEDICIONES PIEZOMTRICAS17DATOS TOMADOS DE LA LITERATURA PARA REALIZAR LOS CLCULOS18TABLA N10. PROPIEDADES DEL AGUA A 22C18TABLA N11. DIMETROS INTERNOS DE LAS TUBERAS18TABLA N12. VALORES DE RUGOSIDAD RELATIVA PARA LAS TUBERAS18TABLA N13. VALORES DE K PARA DIVERSOS ACCESORIOS18EQUIPO DIDCTICO - TUBERA19TABLA N 14: CONDICIONES DE LABORATORIO19TABLA N 15: PROPIEDADES TERMOFSICAS A 20C19TABLA N 16: DIMENSIONES DE TUBERAS19TABLA N 17: TUBERA LISA N1 (D NOMINAL = 0.004 m)20TABLA N 18: TUBERA LISA N2 (D NOMINAL = 0.0075 m)20TABLA N 19: TUBERA RUGOSA N3 (D NOMINAL = 0.018 m)20TABLA N 20: TUBERA LISA N4 (D NOMINAL = 0.018 m)21EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS222223242425252626TABLAS DE RESULTADOS EXPERIMENTALES27EQUIPO INDUSTRIAL27TABLA N31. TIEMPOS PROMEDIO PARA LOS FLUJOS MEDIDOS27TABLA N32. CAUDALES PARA LAS FLUJOS MEDIDOS27TABLA N33. DATOS PARA GRAFICAR LA CURVA DE CALIBRACIN DEL VENTURI27TABLA N34. PORCENTAJE DE ERROR DEL EXPONENTE27EQUIPO DIDCTICO - TUBERAS33TABLA N 45: TUBERA LISA (D INT. = 0.00382 m)33TABLA N 46: TUBERA LISA (D INT = 0.00382m)33TABLA N 47: TUBERA LISA (D INT = 0.00744 m)34TABLA N 48: TUBERA LISA (D INT = 0.00744m)34TABLA N 49: TUBERA RUGOSA (D INT = 0.0165 m)35TABLA N 50: TUBERA LISA (D INT = 0.0165 m)35TABLA N 51: TUBERA LISA (D INT = 0.01805 m)36TABLA N 52: TUBERA LISA (D INT = 0.01805m)36EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS373738393940404141EJEMPLO DE CLCULO42CLCULOS EQUIPO INDUSTRIAL42CLCULOS EQUIPO DIDCTICO - TUBERAS52CLCULOS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS55DISCUSIN DE RESULTADOS58CONCLUSIONES60RECOMENDACIONES60APNDICE61GRFICAS EQUIPO INDUSTRIAL61GRFICAS EQUIPO DIDCTICO TUBERAS63GRFICAS EQUIPO DIDCTICO MEDIDORES DE FLUJO68GRFICAS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOS71

RESUMEN

INTRODUCCIN

FUNDAMENTOS TERICOSMTODO DEL FACTOR K O CRANEEl flujo al pasar por un accesorio genera prdidas de energa, que se pueden representar como una fraccin o mltiplo de la altura de velocidad. La ecuacin queda determinada

Nota 4ft= f (factor de Darcy)Donde:El coeficiente de resistencia K se considera independiente del factor de friccin y del nmero de Reynolds y puede tratarse como constante en un sistema de tuberas bajo cualquier condicin de flujo, incluido el rgimen laminar, esto puesto que, en teora, todas las medidas de un accesorio son geomtricamente constantes, sin embargo, la similitud geomtrica es difcil que ocurra, pasando a cambiar el valor de K.Reconoce que hay generalmente un mayor grado de turbulencia en el accesorio que en la tubera a determinado nmero de Reynold. Mtodo 2k (Hopper)El mtodo 2k est basado en la data experimental de una variedad de accesorios sobre un amplio rango de Re. El efecto del nmero de Re y la escala (tamao del accesorio) se ve reflejada en la expresin:

Donde IDin es el dimetro interno en pulgadas de la tubera que contiene el accesorio. Este mtodo es vlido para un rango de Re ms amplio.Mtodo 3k (Darby)El mtodo introduce una correccin cuando cambia el tamao de la tubera, reflejado en Kd:

DETALLES EXPERIMENTALESMATERIALES DEL EQUIPO DIDACTICOPara llevar a cabo la presente experiencia se necesitan de algunos equipos y materiales para poder realizar la experiencia tales como:1. Equipo ARMFIELD Fluid Friction Apparatus, el cual consta de tuberas de diferentes dimetros.2. Dos manmetros diferenciales (Hg y H2O).3. Termmetro de mercurio.4. Probeta de 250 mL.5. Cronmetro.6. Cinta Mtrica.7. Vernier.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALLos pasos necesarios para poder realizar la experiencia se detallara a continuacin:1. Encender la bomba, abrir todas las vlvulas y dejar que el agua fluya por todas las tuberas para eliminar burbuja de aire del sistema.2. Mantener abierta sola la vlvula de la tubera que se va a trabajar.3. Conectar el manmetro de mercurio a la tubera de trabajo.4. Usar el manmetro de mercurio si la diferencia de alturas es apreciable (Rgimen turbulento), en caso contrario utilizar el manmetro de agua (Rgimen Laminar).5. Medir el tiempo para un determinado intervalo de alturas en el medidor de volumen 6. Realizar el mismo procedimiento del paso 2 al 5 para diferentes caudales, es decir, regular el caudal del fluido para obtener mediciones en rgimen turbulento, en rgimen de transicin y en rgimen laminar, para cada una de las 4 tuberas y accesorios: Tubera lisa 1 (D= 0.004m) Tubera lisa 2 (D= 0.0075m) Tubera Rugosa 3 (D= 0.018m) Tubera Lisa 4 (D= 0.018m)

7. Calcular el nmero de Reynolds con los datos obtenidos y verificar el rgimen de trabajo.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES 1. EQUIPO INDUSTRIAL

1. EQUIPO DIDCTICOEQUIPO DIDCTICO - TUBERADensidad H2O 996.55

Densidad Hg 13542.19

Viscosidad H2O 0.0008545

Diam. NominalDiam. Interno

Tubera N1 Lisa (m)0.0040.00382

Tubera N2 Lisa (m)0.00750.00744

Tubera N3 Rugosa(m)0.0180.01650

Tubera N4 Lisa (m)0.0180.01805

TABLA N 2.1: PROPIEDADES TERMOFSICAS A 20C

TABLA N 2.2: DIMENSIONES DE TUBERAS

Longitud de Tuberias (m)0.98

Rugosidad (tuberia1,2,4): PVC (m)0.0000015

Tubera Rugosa 3 (m)0.00075

TABLA N 2.3: ESPECIFICACIONES DE TUBERAS

Volumen(mL)Tiempo promedio(s)Prdidas Experimentales (mm H2O)

12011.3420

2207.0532

3205.4145

4405.7294

5404.10164

6203.1981.9

7403.46302

8402.56567

960012.944914

1040015.901323

TABLA N 2.4: TUBERA LISA N1 (D NOMINAL = 0.004 m)

Volumen(mL)Tiempo promedio(s)Prdidas Experimentales (mm H2O)

1205.782

210014.164

310010.878

440023.1824

560025.0650

660021.8066

740012.6086

86007.86491.4

91,0008.001323

101,0005.893427.2

TABLA N 2.5: TUBERA LISA N2 (D NOMINAL = 0.0075 m)

Volumen(mL)Tiempo(s)Prdidas Experimentales (m H2O)

125020.4802

225011.6034

32507.8379

42507.04711

52,00041.00716

62,00020.59766

72,00016.203107

TABLA N 2.6: TUBERA RUGOSA N3 (D NOMINAL = 0.018 m)

Volumen(mL)Tiempo(s)Prdidas Experimentales (m H2O)

12508.4732

280012.5135

38008.92710

44,00028.55731

54,00022.68046

64,00020.48071

74,00015.210220

84,00013.333285

94,00012.827340

TABLA N 2.7: TUBERA LISA N4 (D NOMINAL = 0.018 m)

EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOSVol, mltprom,sP(mm H2O)

140014.614

24009.978

340012.106

460011.0418

51,0006.45126

61,0004.68504

71,0003.68856.8

Vol, mltprom,sP(mmH2O)

11003.591

21,00018.583

32,00027.985

42,00020.1510

51,0007.5212

61,0007.1515

71,0006.5323

Vol, mltprom,sP (mm H2O)

140016.8513

2202.922

3403.175

41,00012.03163.8

51,0007.49378

61,00010.18226.8

Vol, mltprom,sP(mm H2O)

1403.509

2206.021

3203.503

440016.0432

5404.236

66009.07252

71,4009.491147

84007.53126

TABLAS DE RESULTADOS EXPERIMENTALESEQUIPO DIDCTICO - TUBERAS Tubera N1Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin

10.110.15697.80.091720.02842.08

20.170.251126.90.056790.04542.18

30.220.321473.90.043420.05931.11

40.420.612890.40.022140.10814.54

50.580.854048.50.039620.375128.51

60.380.552595.60.024660.09617.56

70.691.014806.60.037950.50466.65

80.941.366602.90.035060.85049.87

92.784.0520031.30.026565.68815.75

101.512.2010843.20.030971.95147.47

TABLA N 2.12: TUBERA LISA (D INT. = 0.00382 m)

1-0.813-1.699-1.546

2-0.606-1.495-1.342

3-0.492-1.347-1.229

4-0.215-1.027-0.968

5-0.070-0.785-0.426

6-0.262-1.087-1.016

70.003-0.519-0.298

80.134-0.246-0.071

90.6070.6910.755

100.3410.1220.290

TABLA N 2.13: TUBERA LISA (D INT = 0.00382m)

Tubera N2Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin

10.210.08690.20.092720.00496.94

20.420.161348.90.047450.008110.23

30.550.211836.70.034840.01031.02

41.040.403496.40.041090.04381.06

51.440.554872.10.037820.07753.99

61.650.635374.90.036910.09950.51

71.910.736504.40.035190.12646.55

84.581.7617266.20.027570.57016.02

97.502.8828297.30.024361.3532.29

1010.193.9137802.50.022662.32032.30

TABLA N 2.14: TUBERA LISA (D INT = 0.00744 m)

1-1.099-2.699-2.405

2-0.789-2.398-2.075

3-0.674-2.097-1.980

4-0.401-1.620-1.362

5-0.259-1.301-1.114

6-0.198-1.180-1.003

7-0.136-1.066-0.900

80.244-0.309-0.244

90.4590.1220.131

100.5920.5350.366

TABLA N 2.15: TUBERA LISA (D INT = 0.00744m)

Tubera N3Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin

10.730.0571,1520.08600.000956.7

21.290.1012,1110.07870.002538.2

31.910.1493,1250.07560.005242.2

42.130.1663,4750.07500.006442.0

52.930.2284,5820.07350.011826.1

65.830.4549,3170.07100.045331.4

77.410.57711,5960.07050.072732.1

TABLA N 2.16: TUBERA RUGOSA (D INT = 0.0165 m)

1-1.243-2.699-3.062

2-0.997-2.398-2.607

3-0.826-2.046-2.283

4-0.780-1.959-2.195

5-0.642-1.796-1.927

6-0.343-1.180-1.344

7-0.239-0.971-1.139

TABLA N 2.17: TUBERA RUGOSA (DINT = 0.0165 m)

Tubera N4Caudal (L/min)Velocidad (m/s)ReFPrdidas Tericas (m H2O)% Desviacin

11.770.1152,7520.04480.00215.9

23.840.2506,0110.03560.00625.6

35.380.3508,4430.03240.01112.4

48.400.54711,2730.03010.02517.9

510.580.68914,1950.02840.03817.2

611.720.76315,7190.02760.04635.9

715.781.02823,0660.02520.07565.8

818.001.17225,2200.02470.09666.4

918.711.21926,7820.02430.10270.0

TABLA N 2.18: TUBERA LISA (D INT = 0.01805 m)

1-0.938-2.699-2.774

2-0.602-2.301-2.202

3-0.456-2.000-1.949

4-0.262-1.509-1.594

5-0.162-1.337-1.419

6-0.117-1.149-1.342

70.012-0.658-1.124

80.069-0.545-1.018

90.086-0.469-0.991

TABLA N 2.19: TUBERA LISA (D INT = 0.01805m)

EQUIPO DIDCTICO ACCESORIOSVLVULA DE COMPUERTAHf expHf crane%desviacincraneHf 2k%desviacin2kHf 3k%desviacin3k

10.00400.04901125.50.00921125.50.0100151.0

20.00800.10201175.50.01391175.50.015897.4

30.00600.07021070.40.01121070.40.0125107.6

40.01800.1835919.60.0193919.60.022826.4

50.12601.44171044.20.07071044.20.098421.9

60.50402.7265441.00.1091441.00.161967.9

70.85684.3970413.20.1539413.20.239472.1

80.00400.04901125.50.00921125.50.0100151.0

kcrane2-k (Hopper)3-k

5.981.121.22

5.800.790.90

5.880.941.04

5.690.600.70

5.480.270.37

5.450.220.32

5.440.190.30

CODO ANGULAR DE 90Hf expHf crane%desviacincraneHf 2k%desviacin2kHf 3k%desviacin3k

10.00100.0020100.50.000640.60.00095.7

20.00300.0071136.50.001743.30.00300.2

30.00500.0124146.50.002844.70.00511.4

40.01000.0235134.00.004950.80.00946.4

50.01200.0418246.80.008430.30.016436.1

60.01510.0461205.90.009239.10.018019.6

70.02310.0551138.80.010853.10.02147.1

kcrane2-k (Hopper)3-k

2.3290.68941.0948

2.2030.52810.9336

2.1690.48700.8924

2.1370.44910.8546

2.1170.42540.8308

2.1120.42050.8259

2.1070.41420.8196

EXPANSION BRUSCAHf exp.Hf calculado% error

K exp

10.0280.0101063.521.82

20.0030.0008473.922.55

30.0090.0028568.822.13

40.3440.1237863.991.84

50.8420.3193262.091.75

60.4780.1727563.861.84

K promedio1.99

K tericoK prom exp%desviacinK exp (pendiente de la grfica)% error

0.661.9966.601.7762.42

CONTRACCION BRUSCAHf exp.Hf calculado% error

K exp

10.0060.0014374.441.594

20.0010.0001282.982.394

30.0020.0003683.352.448

40.0160.0068456.720.942

50.0040.0009873.161.518

60.1380.0480965.161.170

70.5790.2393458.690.987

80.0530.0309841.070.691

K promedio1.468

K tericoK prom exp%desviacinK exp (pendiente de la grfica)% error

0.41146872.070.98858.51

EJEMPLO DE CLCULO CLCULOS EQUIPO DIDCTICO TUBERASLos ejemplos de clculo se realizarn para el primera corrida de la Tubera Rugosa de D=18mmClculo del caudal. :Vol(ml): 250=20.48 sQ=V/t=250/ (20.48*1000)*60=0.73 L/minClculo de la velocidad:

V=0.0571 m/sClculo del Nmero de Reynolds :

Re=1152Clculo del Factor de Friccin: f=0.0860Clculo de Hf con ecuacin de Darcy: .

Hf=0.00087 m Y as para las dems tuberas de los diferentes dimetros teniendo en cuenta el rgimen en el que se encuentra.Prdidas por friccin Experimentales:Aplicando un Balance de Energa, desde el punto 1 hasta el punto 2

Se trata de dos puntos al mismo nivel, contenidos en la misma tubera, entonces:Ahora, analizando el manmetro:

Reemplazando en , se obtiene finalmente:Donde: : Prdidas por Friccin : Prdidas por Friccin Para nuestro caso est en debido a que el manmetro utilizado fue en de la columna de agua. Por ese motivo a 20C nuestras prdidas son:

Clculo de la Desviacin:

%desviacin = 56.7%

CLCULOS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOSVlvula de Compuerta:Se calcularon los K con las siguientes frmulas:Nota: Para los mtodos 2k y 3k el dimetro interno debe ser usado en pulgadas.

DISCUSIN DE RESULTADOS

EQUIPO DIDCTICO

CONCLUSIONES El mtodo 3k se aproxima mucho mejor al valor real que los otros dos mtodos usados. Los otros dos mtodos (mtodo crane y 2k) pueden ser aplicados a Re no muy elevados. La curva Hf vs Re tiene un comportamiento lineal cuando el fluido se encuentra en rgimen laminar caso contrario sucede cuando es turbulento, tiende a ser polinomial. El Re tiene un gran efecto sobre el K del accesorio. A mayores caudales, mayores prdidas por friccin.

RECOMENDACIONES

1. Se recomienda implantar termmetros a lo largo de la red de tuberas del equipo antiguo para analizar cmo varia y cmo influye la temperatura en las propiedades del fluido.

APNDICE2) GRFICAS EQUIPO DIDCTICO TUBERASTubera N1 Lisa (D. Nominal = 0.004m)Grfica # 2.1:

Grfica # 2.2:

Grfica # 2.3:

Tubera N2 Lisa (D. Nominal = 0.0075m)Grfica # 2.4:

Grfica # 2.5: Grfica # 2.6:

Tubera N3 Rugoso (D. Nominal = 0.018m)Grfica # 2.7:

Grfica # 2.8:

Tubera N4 Lisa (D. Nominal = 0.018m)Grfica # 2.9:

Grfica # 2.10

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICAPgina 3

3) GRFICAS EQUIPO DIDCTICO - ACCESORIOSVALVULA DE COMPUERTA

CODO ANGULAR DE 90

EXPANSIN BRUSCA

CONTRACCIN BRUSCA