Informe Batería de Pérdidas

BATERÍA DE PÉRDIDAS (Informe Practica No.1) Bareño, Elkin; Duran, Paola; Parra, Alejandra; Parra, Marcela. Estudiantes de Ingeniería Química. Códigos: 2083492, 2093109, 2094551, 2083050. Facultad de Ciencias Físico-Químicas. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga. Profesor(es): Cambronell, B. Rodríguez, J. Grupo: 3 21 de Octubre de 2014.

Es de nuestro conocimiento que mediante las perdidas en tuberías se ha estado logrando, a través del tiempo, el mejoramiento y la optimización en la explotación y transformación de los recursos, que en sus diversas modalidades nos ofrece la naturaleza. El tema demuestra la importancia que representa la elaboración de prácticas realizadas en el laboratorio, en base a los conocimientos que tenemos de determinados fluidos, encontrando como el más común el agua. De esta manera se logrará que los conocimientos obtenidos dentro de las aulas sean enriquecidos mediante la realización de prácticas de laboratorio

INTRODUCCIÓN La mecánica de fluidos, es la parte de la física que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) en reposo o en movimiento, así como las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. Esta rama de la física nos provee de las herramientas como ecuaciones teóricas y correlaciones empíricas, necesarias para evaluar las pérdidas de energía presentes en un fluido al fluir por una tubería. Dicha perdida de energía es equivalente a la pérdida de presión del fluido, a través de todo su recorrido por la tubería. Su evaluación es muy importante ya que ésta nos permite conocer la energía que se debe proporcionar al fluido y también el caudal que pasa a través de la instalación. La 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 debidas a la fricción o a los fenómenos de turbulencia generados. Las pérdidas pueden ser continuas a lo largo de conductos regulares, o localizadas si existen válvulas, estrechamientos, cambios de dirección, etc. 1.

ecuación de continuidad y ecuaciones intervenga la resistencia de un fluido.

donde

El principio de energía aplicado al movimiento de fluidos incompresibles en tuberías, se conoce como la ecuación de Bernoulli y está expresada en unidades de longitud: 𝑃1 𝑉1 2 𝑃2 𝑉2 2 + + 𝑍1 = + + 𝑍2 + 𝑕𝑓 𝐸𝑐. (1) 𝜌∗𝑔 2∗𝑔 𝜌∗𝑔 2∗𝑔 Donde, Z: Carga de altura (relacionada con la energía potencial de la partícula). P/ρ*g: Carga o cabeza de presión (representa la altura de una columna de fluido necesaria para producir la presión P). 𝑉 2⁄ : Carga de velocidad (representa la distancia 2𝑔 vertical necesaria para que el fluido caiga libremente (sin considerar la fricción) si ha de alcanzar una velocidad 𝑉 partiendo del reposo). 𝑕𝑓 : Pérdidas por fricción (primarias y secundarias) o pérdidas de carga.

MARCO TEÓRICO

Para la solución de problemas de fluidos en tuberías, se debe tener en cuenta: el principio de energía, la

La pérdida de carga responde a la desviación del comportamiento de un fluido respecto al modelo ideal,

1

ya que existe una pérdida de energía a lo largo del fluido en movimiento. Se considera que un fluido es ideal si podemos despreciar los términos provenientes de la conductividad térmica y la viscosidad, en las ecuaciones derivadas de los fenómenos de transporte. Para estos fluidos se considera que se cumple la Ecuación de Bernoulli descrita anteriormente.

Número de Reynolds:

Existen dos clases de pérdidas de carga de un fluido que son: primarias y secundarias.

Este número adimensional representa la relación entre las fuerzas conectivas y las fuerzas viscosas del fluido.

1.1 Pérdidas primarias: Están dadas por el contacto entre el fluido y la tubería, es decir, si hay rozamiento de capas de fluidos entre sí (fluido de régimen laminar) o si hay rozamiento de partículas entre sí (fluido de régimen turbulento). Las pérdidas secundarias o singulares se dan en los accesorios de la tubería como por ejemplo uniones, contracciones, ensanchamientos, bifurcaciones, entradas, salidas, válvulas, codos, etc, los cuales interrumpen el suave flujo del fluido y provocan pérdidas de energía debido a la separación y mezcla del flujo. Generalmente en un sistema de tubos largos, las pérdidas de carga secundarias son menores que las pérdidas de carga primarias. Aunque existen excepciones como en los sistemas de varias vueltas y en las válvulas a distancias cortas en donde las cargas secundarias son mayores que las primarias. Las pérdidas de carga primarias (𝑕𝑓1) son función de la distribución de velocidades, del tipo de fluido y de la rugosidad de la tubería.

El número de Reynolds permite predecir si el fluido tiene régimen turbulento o laminar. -

Laminar → Transición→ Turbulento→

=

𝑕𝑓1

Donde: 𝑕𝑓1 : Pérdida de carga primaria 𝑓: Factor de fricción. 𝐿 : Longitud de la tubería (m). 𝐷: Diámetro interno de la tubería (m). 𝑉 : Velocidad promedio del fluido en la tubería (también expresado como Q/A). Todas los términos de la ecuación se pueden determinar experimentalmente a excepción de 𝑓. El factor de fricción 𝑓 es adimensional y se puede leer en diagramas, gráficas, tablas, en la literatura para diferentes geometrías, regímenes de flujo y materiales. El factor de fricción es función del número de Reynolds Re y de la rugosidad ε𝑟 . 𝑓 = f (Re,ε𝑟 )

𝑉𝐷𝜌

𝐸𝑐. (3)

Donde: 𝑉 Velocidad media del fluido dentro de la tubería 𝐷 Diámetro interno de la tubería ρ: Densidad del fluido μ: Viscosidad dinámica del fluido El Factor o coeficiente de fricción puede deducirse matemáticamente en el caso de régimen laminar, pero en el caso de flujo turbulento no se dispone de relaciones matemáticas sencillas para obtener la variación de 𝑓 con el número de Reynolds. Algunos investigadores han demostrado que la rugosidad relativa de la tubería también influye en el valor de 𝑓. Para flujo laminar en todas las tuberías y para cualquier fluido, el valor de 𝑓 viene dado por:

Para calcular la pérdida de carga debida a la fricción se suele usar la Ecuación de Darcy-Weisbach) que se expresa así: 𝐿𝑉 2 = 𝑓( ) 𝐸𝑐. (2) 2𝑔𝐷

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