Practica no.5
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI
Ingeniería Química
Laboratorio Integral I
Práctica #5:
“Caída de Presión en un sistema de tuberías”
Integrantes:
Baltazar Delly
Huhn Mauricio
Pérez Paola
Ramírez Miriam
Lic. Norman Edilberto Rivera Pazos
Mexicali, Baja California a Viernes 7 de Noviembre del 2014.
OBJETIVOS
Conocer las tuberías y accesorios que se encuentran
presentes en la mesa hidrodinámica.
Determinar el cambio de la caída de presión debido a la
fricción y accesorios en una tubería.
MARCO TEÓRICO
CODOS:
Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección
del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o
dibujos de tuberías. Los codos estándar son aquellos que vienen listos
para la pre-fabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una
sola pieza con características específicas y son: Codos estándar de 45°,
Codos estándar de 90°, Codos estándar de 180°.
REDUCCIÓN:
Son accesorios de forma cónica, fabricadas de
diversos materiales y aleaciones. Se utilizan para
disminuir el volumen del fluido a través de las
líneas de tuberías.
VÁLVULAS:
Es un accesorio que se utiliza para regular y controlar el fluido de una
tubería. Este proceso puede ser desde cero (válvula totalmente cerrada),
hasta de flujo (válvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones
intermedias, entre estos dos extremos.
Es por eso que un aspecto importante a tener en cuenta es precisamente
las pérdidas de energía ocasionadas en un sistema de tuberías, ya sea un
fluido laminar cuando las partículas se mueven en direcciones paralelas
formando capas o láminas, caracterizado por el propósito de esta
experiencia fue observar y analizar los cambios de presión a través de un
manómetro
MATERIALES Y REACTIVOS
Mesa Hidrodinámica
Balde
Bomba Sumergible
Agua destilada
Solución Ácido Cítrico
(2%)
Materiales Reactivos
PROCEDIMIENTO
Como extra se añadió el procedimiento realizado para el mantenimiento de la mesa hidrodinámica.
Por lo tanto el procedimiento está dividido en dos: realización de pruebas y mantenimiento.
• REALIZACIÓN DE PRUEBAS
Se llena el tanque
con agua destilada
donde se encuentra
la bomba.
Se conecta una
manguera del tubo
que sale del tanque
a la entrada de la
tubería y otro de la
salida de la tubería
al tubo que llega al
tanque.
Se conecta una
pequeña manguera que
va desde el punto
aguas arriba a la
válvula 𝑃1.
Lo mismo con el punto
aguas abajo, pero
llegará a la válvula 𝑃2.
Si se tienen mas
válvulas libres que no
se medirán, entonces
se pone un tapón.
Se purga:
Se prende la bomba y
deja que el aire salga de
las tuberías.
Se apaga y cierra la
válvula.
Se desconectan las
mangueras pequeñas y
se regula a la presión
atmosférica.
Se cierran la llaves.
Se conectan las
mangueras.
Se abre la válvula y
se enciende la
bomba.
Se abren las llaves.
Para añadir las válvulas
a la tubería lisa:
Se sueltan los tornillos
de los extremos.
Se empuja la tubería
hacia la derecha.
Se remueve la sección
de tubo liso.
Se inserta la válvula.
Se acomoda la tubería y
se cierran los tornillos.
• MANTENIMIENTO
Se divide en dos pasos:
Eliminación de
sedimentos.
Enjuague.
ELIMINACIÓN DE SEDIMENTOS
Se realizan los mismos pasos, con la diferencia de
que la alimentación se dará a partir de un balde
con una solución de ácido cítrico y una bomba
sumergible.
Se enciende la bomba y se deja fluir el ácido a
través de la tubería durante 10 minutos.
ENJUAGUE
Se realizan los pasos anteriores con agua
destilada.
PRUEBAS REALIZADAS
TUBOS LISOS
Tubo Galvanizado
Tubo de Cobre
Tubo de PVC
ACCESORIOS
Reducción
Ensanchamiento
Codo Recto
Codo Curvo (3)
VÁLVULAS
Retención de Bola
Diafragma
Asiento Inclinado
DATOS DE PRUEBA
OBSERVADOS
• ANTES DEL
MANTENIMIENTO
Longitud
de
medida
Caída de
presión
1
Caída de
presión
2
PromedioFlujo
Volumétrico
Tu
berí
a
lisa
Galvanizado 1m 32.7 33 32.85 18.3
Cobre 1m 14 14.2 14.1 18.6
PVC 1m 13.5 13.7 13.6 18.7
Red
ucció
n
1 0.15m 26.6 26.9 26.75 18
2 0.85m 65.4 65.8 65.6 18
En
san
ch
am
ien
to
1 0.15m -3 -3.2 -3.1 18.9
2 0.85m -9.2 -9.4 -9.3 18.9
Longitud
de
medida
Caída de
presión
1
Caída de
presión
2
PromedioFlujo
Volumétrico
Acce
so
rio
s
Codo recto - 9.4 9.6 9.5 18.6
Codo Curvo
1- 8.5 8.7 8.6 18.5
Codo Curvo
2- 5.7 5.9 5.8 18.5
Codo Curvo
3- 8.3 8.4 8.35 18.2
• DESPUÉS DEL
MANTENIMIENTO
Longitud
de
medida
Caída de
presión
1
Caída de
presión
2
PromedioFlujo
Volumétrico
Tu
berí
a
lisa
Galvanizado 1m 31.9 32 31.95 18.6
Cobre 1m 16 16.2 16.1 19
PVC 1m 11.6 12 11.8 19.2
Red
ucció
n
1 0.15m 28.3 27.7 28 18.2
2 0.85m 64 64.5 64.25 18.1
En
san
ch
am
ien
to
1 0.15m 0 0.3 0.15 19
2 0.85m -0.4 0 -0.2 18.9
Longitud
de
medida
Caída de
presión
1
Caída de
presión
2
PromedioFlujo
Volumétrico
Acce
so
rio
s
Codo recto - 8.3 8.4 8.35 18.5
Codo Curvo
1- 4.2 4.4 4.3 18.4
Codo Curvo
2- 5.7 5.9 5.8 18.3
Codo Curvo
3- 5 5.2 5.1 18.2
CerradoCaída de
presión Flujo Volumétrico
Vá
lvu
las
Retención de
Bola- 14.4 17.9
Diafragma
0% 35 17.3
50% 62.5 16.4
75% 199.2 11.4
Asiento Inclinado
0% -11.2 17.8
25% -6 17.8
50% -2.4 17.6
75% 10.8 16.7
DATOS DE PRUEBA
CALCULADOS
TUBO GALVANIZADO
Calculando Caída de presión:
Datos:
𝑉=18.6 𝑙𝑡𝑠.
𝑚𝑛(
𝑚3
1000𝑙𝑠𝑡)(
1𝑚𝑛
60 𝑠𝑒𝑔.)=
Formulas:
V= 𝑣𝐴
Re=𝑉𝐷ρ
µ
Rugosidad:
A=π𝐷2
4
Re= (1.54
𝑚
𝑠𝑒𝑔)(0.016𝑚2)(1000)
8.91𝑥10−04
𝐸
𝐷=
1.5𝑥10−04
0.016=106.66
Por lo tanto
ℎ𝑙 = 𝑓𝑡 ∗𝐿
𝐷*𝑉2
2𝑔
ℎ𝑙 = .04 ∗1𝑚
0.016𝑚∗1.542
𝑚𝑠
(2)(9.81)
⌂P=𝑓𝑡
2𝐷ρ𝑉2 ⌂P=
.04
2 0.016(1000)(1. 54)2
⌂P=2962.5 Pa
⌂P=2962.5Pa(1 𝑏𝑎𝑟
100,000𝑃𝑎)(1000𝑚𝑏𝑎𝑟
1 𝑏𝑎𝑟)
Flujo (𝑳𝒕𝒔
𝒎𝒊𝒏) 𝑽(
𝒎𝟑
𝒔𝒆𝒈) ∆𝑷𝒓𝒆𝒂𝒍(mbar) ∆𝑷𝒄𝒂𝒍(mbar)
18.6 3.1x10−04𝑚3
𝑠𝑒𝑔31.9 29.625
TUBO DE COBRE
Datos:
𝑉=18.9 𝑙𝑡𝑠.
𝑚𝑛(
1𝑚3
1000𝑙𝑠𝑡)(
1 𝑚𝑛
60 𝑠𝑒𝑔.)=
Formulas:
V= 𝑣𝐴
Re=𝑉𝐷ρ
µ
Rugosidad:
Calculando la caída de presión:
A=π𝐷2
4
Re= (1.56
𝑚
𝑠𝑒𝑔)(0.016𝑚2)(1000)
8.91𝑥10−04
𝐷
𝐸=
0.016
1.5𝑥10−6=10666.66
Por lo tanto
ℎ𝑙 = 𝑓𝑡 ∗𝐿
𝐷*𝑉2
2𝑔
ℎ𝑙 = .024 ∗1𝑚
0.016𝑚∗1.562
𝑚𝑠
(2)(9.81)
⌂P=𝑓𝑡
2𝐷ρ𝑉2 ⌂P=
.024
2 0.016(1000)(1. 56)2
⌂P=1825.2 Pa
⌂P=1825.2Pa(1 𝑏𝑎𝑟
100,000𝑃𝑎)(1000𝑚𝑏𝑎𝑟
1 𝑏𝑎𝑟)
Flujo (𝑳𝒕𝒔
𝒎𝒊𝒏) 𝑽(
𝒎𝟑
𝒔𝒆𝒈) ∆𝑷𝒓𝒆𝒂𝒍(mbar) ∆𝑷𝒄𝒂𝒍(mbar)
18.9 3.15x10−04𝑚3
𝑠𝑒𝑔16.1 18.25
TUBO PVC
Datos:
𝑉=19.2 𝑙𝑡𝑠.
𝑚𝑛(
1𝑚3
1000𝑙𝑠𝑡)(
1 𝑚𝑛
60 𝑠𝑒𝑔.)=
Formulas:
V= 𝑣𝐴
Re=𝑉𝐷ρ
µ
Rugosidad:
Calculo de la caída de presión:
A=π𝐷2
4
Re= (1.41
𝑚
𝑠𝑒𝑔)(0.017𝑚2)(1000)
8.91𝑥10−04
𝐷
𝐸=
0.017
3𝑥10−7= 56666.66
Por lo tanto
ℎ𝑙 = 𝑓𝑡 ∗𝐿
𝐷*𝑉2
2𝑔
ℎ𝑙 = .025 ∗1𝑚
0.017𝑚∗1.412
𝑚𝑠
(2)(9.81)
⌂P=𝑓𝑡
2𝐷ρ𝑉2 ⌂P=
.025
2 0.0171000 (1.41)2
⌂P=1461.8 Pa
⌂P=1461.8Pa(1 𝑏𝑎𝑟
100,000𝑃𝑎)(1000𝑚𝑏𝑎𝑟
1 𝑏𝑎𝑟)
Flujo (𝑳𝒕𝒔
𝒎𝒊𝒏) 𝑽(
𝒎𝟑
𝒔𝒆𝒈) ∆𝑷𝒓𝒆𝒂𝒍(mbar) ∆𝑷𝒄𝒂𝒍(mbar)
19.2 3.2x10−04𝑚3
𝑠𝑒𝑔11.7 14.61
REDUCCIÓN
Datos:
N𝑅𝑒 =𝑣𝑑𝜌
𝜇
𝑁𝑅𝑒 =(1.80
𝑚𝑠)(0.0146𝑚)(
1000𝑘𝑔𝑚3 )
8.91𝑋10−4𝑝𝑎 ∗ 𝑠= 29,494.94
𝑣 =Ʋ
𝐴Ʋ = 3.01𝑋10−4𝑚3/𝑠
𝐴 =𝜋𝑑2
4=1.67𝑋10−4𝑚2
Rugosidad:𝐷
𝜀=
0.0146
3.0𝑋10−7= 48,666.6
f=0.025
Caída de presión:
ℎ𝐿 = 𝑓 ∗𝐿
𝐷∗𝑣
2𝑔
2
ℎ𝐿 = 0.025 ∗0.15𝑚
0.0146𝑚∗
1.80𝑚𝑠
2
2 9.81= 0.0424
Δ𝑃 =𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2
2𝑑∆𝑃
=0.025 ∗ 0.15𝑚 ∗
1000𝑘𝑔𝑚3
∗ (1.8𝑚/𝑠)2
2 ∗ 0.0146
REDUCCIÓN TUBO COMPLETO
Datos:
𝑣 =Ʋ
𝐴Ʋ = 3.01𝑋10−4𝑚3/𝑠
𝐴 =𝜋𝑑2
4=2.26𝑋10−4𝑚2
𝑅𝑒 =𝑣𝑑𝜌
𝜇=
(1.33𝑚
𝑠)(0.0170𝑚)(
1000𝑘𝑔
𝑚3 )
8.91𝑋10−4𝑝𝑎∗𝑠=
25,375
Rugosidad:𝐷
𝜀=
0.0170
3.0𝑋10−7= 56,666.6
F=0,024
Caída de presión:
ℎ𝐿 = 𝑓 ∗𝐿
𝐷∗𝑣
2𝑔
2
ℎ𝐿 = 0.024 ∗0.85𝑚
0.0170𝑚∗
1.33𝑚𝑠
2
2 9.81= 0.108
Δ𝑃 =𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2
2𝑑∆𝑃
=0.024 ∗ 0.85𝑚 ∗
1000𝑘𝑔𝑚3
∗ (1.33𝑚/𝑠)2
2 ∗ 0.0170𝑚
ENSANCHAMIENTO
Datos:
𝑅𝑒 =𝑣𝑑𝜌
𝜇
=(0.47
𝑚𝑠 )(0.029𝑚)(
1000𝑘𝑔𝑚3 )
8.91𝑋10−4𝑝𝑎 ∗ 𝑠= 15,583.4
𝑣 =Ʋ
𝐴Ʋ = 3.16𝑋10−4𝑚3/𝑠
𝐴 =𝜋𝑑2
4=6.60𝑋10−4𝑚2
Para la rugosidad
𝐷
𝜀=
0.029
3.0𝑋10−7= 96,666
f=0.027
Caída de presión:
ℎ𝐿 = 𝑓 ∗𝐿
𝐷∗𝑣
2𝑔
2
ℎ𝐿 = 0.027 ∗0.15𝑚
0.029𝑚∗
0.47𝑚𝑠
2
2 9.81= 1.57𝑋10 − 3
Δ𝑃 =𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2
2𝑑
∆𝑃 =0.027 ∗ 0.15𝑚 ∗
1000𝑘𝑔𝑚3
∗ (0.47𝑚/𝑠)2
2 ∗ 0.029
ENSANCHAMIENTO TUBO COMPLETO
Datos:
𝑅𝑒 =𝑣𝑑𝜌
𝜇
𝑅𝑒 =(1.39
𝑚𝑠 )(0.017𝑚)(
1000𝑘𝑔𝑚3 )
8.91𝑋10−4𝑝𝑎 ∗ 𝑠= 26520.7
𝑣 =Ʋ
𝐴Ʋ = 3.15𝑋10−4𝑚3/𝑠
𝐴 =𝜋𝑑2
4=2.26𝑋10−4𝑚2
Rugosidad:
𝐷
𝜀=
0.017
3.0𝑋10−7= 56,666
f=0.025
Caída de presión:
ℎ𝐿 = 𝑓 ∗𝐿
𝐷∗𝑣
2𝑔
2
ℎ𝐿 = 0.025 ∗0.85𝑚
0.017𝑚∗
1.39𝑚𝑠
2
2 9.81= 0.123
Δ𝑃 =𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2
2𝑑
∆𝑃 =0.025 ∗ 0.85𝑚 ∗
1000𝑘𝑔𝑚3
∗ (1.39𝑚/𝑠)2
2 ∗ 0.017
REDUCCIÓN
Otra manera de obtener el resultado:
(consideramos algunos datos iguales)
Re= 29,494.94
A= 1.67𝑋10−4𝑚2
f=0.025
V= 1.80 m/s
Ahora debemos obtener K
𝑘 = (𝑑22
𝑑12− 1)2
= (0.01462
0.01702− 1)2
𝑘 = 0.07
ℎ𝑙 = 𝑘𝑣2
2𝑔= 0.07
1.802
2 ∗ 9.81
ℎ𝑙 = 0.011∆𝑝 = ℎ𝑙 ∗ 𝛾∆𝑝 = (0.011)(9780 𝑁/𝑚3)∆𝑝 = 107.58 𝑃𝑎
∆𝑝 = 1.07 𝑚𝑏𝑎𝑟
ENSANCHAMIENTO
Otra manera de obtener el resultado:
(consideramos algunos datos iguales)
Re= 15,583.4
A=2.26𝑋10−4𝑚2
f=0.027
V= 1.39 m/s
Ahora debemos obtener K
𝑘 = (𝑑22
𝑑12− 1)2
= (0.02862
0.01702− 1)2
𝑘 = 0.465
ℎ𝑙 = 𝑘𝑣2
2𝑔
= 0.4651.392
2 ∗ 9.81
ℎ𝑙 = 0.045∆𝑝 = ℎ𝑙 ∗ 𝛾∆𝑝 = (0.045)(9780 𝑁/𝑚3)∆𝑝 = 440.1 𝑃𝑎
∆𝑝 = 4.401 𝑚𝑏𝑎𝑟
Flujo (l/min)Valor Observado
(mbar)
Valor Calculado
(mbar)
Reducción 18.1 27.7 1.07
Ensanchamiento 19 1 4.401
CODOS
hL= 𝑓𝑥(𝐿𝑒 ∗ 𝑑)𝑥𝑣2
2𝑔
𝑄 =𝑚3
𝑠𝑉 =
𝑚
𝑠𝑑 = 𝑚 𝐴 = 𝑚2 𝑓 = 𝑎𝑑 ℎ𝐿 = 𝑚 𝑑𝑃 = 𝑚𝑏𝑎𝑟
𝑑𝑃 = ℎ𝐿 𝑋 𝑃𝑒
Q V d A Le*d f hL dP teo. dP real
codo L. 90 1 3.06E-04 1.35 0.017 2.27E-04 20 0.028 0.052 5.1 4.3
2 3.05E-04 1.34 0.017 2.27E-04 20 0.028 0.051 5.0 5.9
3 3.03E-04 1.33 0.017 2.27E-04 20 0.028 0.05 4.9 5.1
codo 90 4 3.08E-04 1.36 0.017 2.27E-04 30 0.028 0.079 7.75 8.2
VÁLVULA DE RETENCIÓN DE BOLA
Datos:
𝑘 = 3.5𝛾 = 9780𝐷 = 0.02𝑚
𝑄 = 17.9𝑙𝑡𝑠
𝑚𝑖𝑛
= 2.98 × 10−4 𝑚3
𝑠
𝐴 =𝜋𝐷2
4= 3.14 × 10−4𝑚2
𝑣 =𝑄
𝐴= 0.94𝑚/𝑠
Caída de presión:
ℎ𝐿 = 𝑘𝑣2
2𝑔
ℎ𝐿 = 3.50.942
2𝑔
Δ𝑃 = −ℎ𝐿𝛾Δ𝑃 = 0.1606 9780Δ𝑃 = 1571.23𝑃𝑎
VÁLVULA DE DIAFRAGMA
Datos:
Válvula completamente
abierta.
𝑘 = 5𝛾 = 9780𝐷 = 0.02𝑚
𝑄 = 17.3𝑙𝑡𝑠
𝑚𝑖𝑛
= 2.88 × 10−4 𝑚3𝑠
𝐴 =𝜋𝐷2
4= 3.14 × 10−4𝑚2
𝑣 =𝑄
𝐴= 0.9171𝑚/𝑠
Caída de presión:
ℎ𝐿 = 𝑘𝑣2
2𝑔
ℎ𝐿 = 50.91712
2𝑔
Δ𝑃 = −ℎ𝐿𝛾Δ𝑃 = 0.2143 9780Δ𝑃 = 2096.25𝑃𝑎
VÁLVULA DE ASIENTO INCLINADO
Datos:
Válvula completamente
abierta.
𝑘 = 1.5𝛾 = 9780𝐷 = 0.02𝑚
𝑄 = 17.8𝑙𝑡𝑠
𝑚𝑖𝑛
= 2.96 × 10−4 𝑚3𝑠
𝐴 =𝜋𝐷2
4= 3.14 × 10−4𝑚2
𝑣 =𝑄
𝐴= 0.9426𝑚/𝑠
Caída de presión:
ℎ𝐿 = 𝑘𝑣2
2𝑔
ℎ𝐿 = 1.50.94262
2𝑔
Δ𝑃 = −ℎ𝐿𝛾Δ𝑃 = 6.79 × 10−2 9780
Δ𝑃 = 664.33Pa
COMPARACIÓN VÁLVULAS
Cerrado Flujo 𝚫𝑷𝒓𝒆𝒂𝒍 𝚫𝑷𝒄𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐
Retención
de Bola0% 17.9 14.4 15.71
Diafragma 0% 17.3 35 20.96
Asiento
Inclinado0% 17.8 -11.2 6.66
CONCLUSIONES
Al momento de realizar la practica, fue sencillo utilizar
la mesa hidrodinámica para poder calcular los flujos y
caídas de presión en diferentes tubos con y sin
accesorios, aunque al momento de calcular
manualmente estas propiedades tuvimos un poco de
dificultad al momento de utilizar accesorios, pero al
final utilizamos dos ecuaciones diferentes y los
resultados obtenidas con estas dos eran similares, así
mismo al comparar los resultados observados y
calculados, la gran mayoría eran similares, de esta
manera aprendimos a medir caídas de presión y flujos
en diferentes tubos con y sin accesorios de manera
diferente.