Lou I (Flujo de Fluidos - Previo)
December 28, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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LABORATORIO N°1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Química y Textil LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I FLUJO DE FLUIDOS INTEGRANTES: Aylas Paredes Kevin Espinoza Palomino Miguel Fernández Quispe José Ramos Ganoza Juan PROFESOR: Ing. Magali Vivas FECHA DE ENTREGA: 6 DE SEPTIEMBRE DEL 2013
2013-II UNI-FIQT
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LABORATORIO N°1
INDICE
I.
Objetivo
II.
Fundamento teórico
III.
Resumen experimental
IV. Diagrama
V.
Bibliografía
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LABORATORIO N°1 FLUJO DE FLUIDOS 1. Objetivos: .1. Generales
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Desarrollar habilidades para el planeamiento, ejecución e interpretación de resultados experimentales de flujo de fluidos en un sistema de tuberías.
.2. Específicos
- - -
Reconocer diferentes elementos y/o accesorios de un sistema de tuberías. Realizar mediciones de las variables como presión, caudal u otras variables de proceso en un tiempo real. Determinación e interpretación de resultados sobre la pérdida de carga en un sistema de tuberías.
2. Fundamento Teórico Régimen de Flujo Régimen de flujo laminar : El movimiento de las partículas líquidas se realiza en forma ordenada sin entrecortarse las líneas de corriente, presentando las siguientes características: características:
- - - - -
Existe rozamiento entre el fluido y paredes del conducto pero no entre las partículas del fluido. No hay intercambio de energía entre las líneas de corriente. Son muy importantes los esfuerzos viscosos Se presenta para flujos con velocidades bajas. La distribución vertical de la velocidad a través de la sección del conducto es de forma parabólica.
Régimen de flujo turbulento : El movimiento de las partículas líquidas se realiza siguiendo trayectorias muy irregulares o desordenadas, presentando las siguientes características:
- - - - - -
Existe fricción entre fluido y pared del conducto y entre partículas del fluido. Las líneas de corriente se entremezclan presentando transferencia de energía entre las partículas p artículas líquidas. Se presenta para flujos con velocidades altas. La disipación de energía se presenta por la turbulencia del flujo. La distribución de la velocidad a través de la sección del conducto es de forma logarítmica. Para un mismo punto dentro de la sección del conducto, existen pulsaciones de la velocidad.
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LABORATORIO N°1 Numero de Reynolds
Experimentando con tuberías de diferentes diámetros y con agua a diferentes temperaturas, Reynolds pudo establecer un parámetro adimensional, que relaciona las fuerzas de inercia y viscosas, para determinar si el movimiento del fluido es laminar o turbulento. Este parámetro, en su honor, se le denomina Número de Reynolds y está dado por la siguiente relación:
Re: Número de Reynolds. V: Velocidad del flujo. D: Diámetro de la tubería o longitud característica. : Viscosidad cinemática del fluido. El número de Reynolds sirve para clasificar el régimen de flujo así: El número de Reynolds sirve para clasificar el régimen de flujo así:
Pérdidas de Carga
Las pérdidas de carga en las tuberías son de dos clases: primarias y secundarias. Pérdidas primarias: Se definen como las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería, rozamiento de unas capas del fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas del fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, por lo que principalmente suceden en los tramos de tubería de sección constante.
La ecuación general de la energía:
El término se define como la energía perdida por el sistema. Una componente de la pérdida de la energía se debe a la fricción en el fluido en movimiento. La fricción es proporcional a la cabeza de la velocidad del flujo y al cociente de la longitud entre el diámetro de la corriente de flujo, para el caso en conductos y tubos. Lo anterior se expresa de manera matemática en la ecuación de Darcy:
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LABORATORIO N°1 Dónde:
g = aceleración de la gravedad ( )
= pérdida de energía debido a la fricción (m) L = longitud de la corriente de flujo (m) = diámetro equivalente del conducto (m)
v = velocidad del fluido en el interior del conducto ( ) f = factor de fricción de Darcy (adimensional)
Factor de fricción de Darcy
La ecuación de Darcy se puede utilizar para calcular la pérdida de energía en secciones largas y rectas de conductos redondos, tanto para flujo laminar como turbulento. La diferencia entre estos dos está en la evaluación del factor de fricción, f, que carece de dimensiones. El valor del factor de fricción de Darcy, y la ecuación utilizada para para su cálculo, depende depende del régimen de flujo.
En régimen laminar la expresión general desarrollada desarrollada es la siguiente:
Dónde: A: Constante que depende de la forma geométrica de la sección transversal conducto. Para conductos cilíndricos (A = 64). Re: Número adimensional de Reynolds.
En la denominada zona de transición del régimen turbulento, el factor de fricción es función del número adimensional de Reynolds (Re) y de la rugosidad relativa (e/d), o sea:
El coeficiente de fricción (f) puede calcularse mediante un amplio grupo de
cuacion apart la aplicación l “iagraa Mooy”. Muca ta funciones sirvieron incluso para dibujar el diagrama.
Ambos juegan un papel fundamental en el cálculo de las pérdidas de carga
primarias, puesto que la f se calcula mediante estos coeficientes en el “iagraa Mooy”. Et iagraa un ábaco u prit calcular l coeficiente de fricción conociendo la rugosidad relativa y el nº de Reynolds. Diagrama de Moody:
Moody se basó en los resultados de Nikuradse y de C.F. Colebrook con el fin de investigar por fricción en tuberías rugosidades reales no artificiales, las así perdidas como también en su grafica pudo con incluir todo el rango de yflujo
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LABORATORIO N°1 desde laminar hasta turbulento hidráulicamente rugoso, con el fin de estudiar el comportamiento del factor de fricción f para tuberías comerciales. Ecuación de Colebrook – White: Colebrook presentó en 1939 una formula (conocida como ecuación de Colebrook-White) que se ajustaba bastante bien a los valores del factor de fricción observados experimentalmente para tubos comerciales, en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa ,
obteniendo:
√ √ √
Y resulta válida solo para el flujo en régimen turbulento ( ). Sin embargo, presenta la dificultad de no ser una ecuación explicita para el factor de fricción , lo cual implica la necesidad de utilizar algún método numérico para calcularlo una vez se conozcan todas las otras variables.
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LABORATORIO N°1 Pérdidas secundarias: Se definen como las pérdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones (estrechamientos o expansiones de la corriente), codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tubería. Los elementos mencionados producen pérdidas de carga que, al estar originadas por dispositivos concretos se conocen con el nombre de perdidas localizadas, menores o secundarias, y que usualmente se evalúan como el producto de la altura cinética multiplicada por un coeficiente de pérdidas , en la forma:
()
en la cual es la velocidad del fluido y el diámetro del elemento, referidas ambas variables normalmente al valor existente aguas debajo de la zona de alteración del flujo, y es un coeficiente adimensional que depende de , pero sobretodo, de las características del elemento accesorio. Las perdidas localizadas se pueden expresar también en función de la longitud equivalente de la tubería que se define como la longitud de tubería que produce la misma perdida de carga que el accesorio interpuesto, esto es:
Nota: En el caso de las válvulas, el valor del coeficiente de pérdidas dependerá del grado de apertura de las mismas, cuanto más cerrada esté la válvula, mayores son las pérdidas de carga, y en consecu consecuencia, encia, mayor valor posee .
Reducciones y Expansiones Reducción: Cuando un fluido cambia de un conducto menor a uno mayor a través de una dilatación súbita, su velocidad disminuye abruptamente, ocasionando una turbulencia que genera una pérdida de energía.
Ensanchamiento brusco
La cantidad de turbulencia, y por consiguiente, la cantidad de energía, depende
del cociente de los tamaños de los dos conductos. La pérdida de carga se calcula de la ecuación:
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Donde v1 es la velocidad de flujo promedio en el conducto menor que está
delante de la dilatación. Las pruebas han demostrado que el valor del coeficiente de perdida K depende tanto de la proporción proporción de los tama tamaños ños de los conductos de los dos ductos como de la magnitud de la velocidad de flujo.: Contracción: La pérdida de energía debido a una contracción súbita, como se ve en la siguiente imagen, se calcula a partir de:
Contracción brusca
Donde v2 es la velocidad en la corriente hacia abajo del conducto menor a
partir de la contracción. El coeficiente de resistencia K depende de la proporción de los tamaños de los dos conductos y de la velocidad de flujo. 3. Resumen experimental
Se debe de verificar que todo el equipo instalado en el laboratorio esté en
condiciones de operación, tales como: asegurar que el tanque de alimentación tenga fluido de trabajo, que la bomba tenga suministro eléctrico, las válvulas estén alineadas. Poner en funcionamiento la bomba con la válvula de descarga cerrada e ir abriéndola lentamente hasta la posición deseada. Para dejar fuera de servicio la bomba, primero se cierra lentamente la válvula de descarga y luego accionar el botón de parada. Verificar que no hay fugas de fluido de trabajo en las uniones. Si existiesen fugas se debe de reportar inmediatamente al profesor o personal encargado del laboratorio. Verificar que las líneas de impulso estén llenas del fluido de trabajo antes de comenzar las mediciones. Purgar el aire de dichas líneas si es necesario.
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LABORATORIO N°1 4. Diagrama del sistema de tuberías: Tramos a estudiar en el sistema de tuberías tuberías Tramo K
Tramo L
Tramo N
Tramo A
Tramo H Tramo M
O o m a r T
Tramo E
Tramo J
Tramo F
Tramo I
Tramo G
Tramo B
Tramo C
Leyenda:
T
codo
Tramo D
Valv. compuerta compuerta Valv. globo globo
Valv. bola bola
P1 man
expansor/reductor Contometro
placa orificio Ventury Ventu ry
union universal union roscada
fierro galvanizado pvc
acero inoxidable manometro
5. Bibliografia
- -
McCab Sit Harriot. “Operaciones “Operaciones Unitarias en Ingeniería Química”. Química”. Editorial McGraw Hill. Séptima Edición. México D.F. 2007. 20 07. Streeter Wylie - Mecánica de los Fluidos - Editorial McGraw Hill Interamericana
de México S.A. de C.V. - Primera Edición - México - 1988
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http://fians.uat.edu.mx/catedraticos/gsanchezt/Hidr%C3%A1ulica%20de%20Tuber%C3%A Das%206A%20y%206B/Tablas%20y%20Gr%C3%A1ficas/Coeficientes%20de%20Rugosidad %20(Haestad).pdf http://operaciones1.files.wordpress.com/2009/05/material-parcial.pdf
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