Instituto Tecnológico de Mexicali
Ingeniería Química
Laboratorio integral 1
“REPORTE”
Practica #4
“Determinación experimental de correlaciones para elfactor de fricción en tubos lisos y rugosos”
ALUMNAS:
Cano Mercado Claudia Azucena.
Murillo Castillo María Margarita.
PROFESOR:
Prof. Norman E. Rivera Pazos.
Mexicali Baja California, 04 de Marzo del 2010
INDICE
1. Introducción
2. Objetivos……………………………………………………….…...2
3. Motivación………………………………………………………….2
4. Hipótesis……………………………………………………...…….2
5. Fundamento teórico• Marco teórico……………………………….……….3• El equipo…………………………………………….4• Modelo matemático…………………………….……5
6. Diseño de la práctica • Procedimiento…………………………………...…..6
7. Análisis de datos y resultados• Tablas…………………………………………….....7• Gráficas…………….………………………….…...9
8. Conclusión….……………………………………………….……...15
9. Referencias……………………………………………………......16
INTRODUCCION
Esta práctica nos dará la oportunidad de aprender a determinar el factor de fricción en tuberías como lo son la de galvanizado, cobre y PVC con los mismos diámetros en las primeras dos y la otra de PVC es uno diferente.
En si lo mas importante es tomar las diferentes perdidas de fricción en estas tuberías y para obtener un resultado más preciso y visual lo demostraremos en graficas en comparación de nuestros resultados teóricos, prácticos y en comparación con la grafica de Moody.
Para obtención de dichos resultados tomaremos formulas y tablas ya antes vistas en clase y tomadas de el libro de Mott que utilizamos en operaciones unitarias 1.
1
OBJETIVOS.
Objetivo general.
Determinación experimental de correlaciones para el factor de fricción en tubos lisos y rugosos.
Objetivos específicos.
Reconocer la importancia del factor de fricción al diseñar tuberías.
Realizar las mediciones necesarias para el cálculo de factores de fricción en tubos de diferentes características.
Motivación.
Esta práctica nos servirá por que como sabemos en la industria forma parte de algo importante y el resultado será el saber utilizar las diferentes formulas para constatar el factor de fricción en cada una de las tuberías ya sean de cobre, galvanizado o PVC como lo es en este caso y determinar a su vez cual es el flujo que hay ya sea laminar o turbulento.
Hipótesis.
Demostraremos con los datos recolectados de las diferentes tuberías al momento de graficarlos nos daremos cuenta que el factor de fricción aumenta cuando el numero de Reynolds disminuye y lo demostraremos con la comparación de estas graficas con la de Moody.
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FUNDAMENTO TEORICO.
Marco teórico.
Flujo laminar:
Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales como, por ejemplo la glicerina en un tubo de sección circular. Las capas no se mezclan entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es aerodinámico. En el flujo aerodinámico, cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente
La pérdida de energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de velocidades tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo.
Flujo turbulento:
al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.
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Diagrama de Moody:
Es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica del factor de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa de una tubería.
Equipo.Mesa de hidrodinámica del laboratorio de Química.De la cual se obtienen 10 valores de ΔP y Q para las tuberías de galvanizado, cobre y PVC.
Nota: Al momento de graficar tuvimos que eliminar los valores negativos del ΔP de cada una de las tuberías.
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Modelo matemático.
Para obtener Reynolds.
Para obtener el factor de fricción.
Igualar:
Pero:
Sustituyendo:
Despejando términos:
Al hacer un análisis dimensional obtenemos que es adimensional
En el caso de la tubería lisa:
Tubería lisa
Laminar Turbulento
Re<2000 Re<100000
Para la obtención del factor 1x10-6≤ E/D ≤1x10-2
de fricción teórico será: 5000≤ Re ≤1x108
DISEÑO DE LA PRÁCTICA.
Procedimiento.
1. Conectar las mangueras en los puntos que se desea calcular de la mesa hidrodinámica y asegurarlas para evitar la salida del flujo (agua).
2. Para iniciar la purgación se enciende la mesa hidrodinámica y se abre la válvula; a su vez asegurándose de que no queden burbujas en las mangueras ni que estas estén por debajo de los tubos porque si no se obtendrá un resultado erróneo.
3. Después de tener nuestro equipo purgado se cierra la válvula para así poder calibrar a cero.
4. Al empezar a tomar mediciones la válvula tendrá que estar completamente abierta y empezar a tomar los 10 datos con variaciones de 2 en el flujo aproximadamente.
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ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS.
Datos:
Para reynolds viscosidad Π d galvanizado d cobre d PVC 1,06E-06 3,14159265 0,0016 0,0016 0,0017
para factor de f d galvanizado5 d cobre5 d PVC5 Π2 L densidad
1,0486E-09 1,0486E-09 1,4199E-099,8696505
6 1 998
Tablas:
Galvanizado
ΔP(mbar)ΔP(pascales
) Q(L/min) Q(m3/s)Factor de fricción
Numero de Reynolds
51,2 5120 20,70,0003456
9 0,0555363726075,0105
5
40,7 4070 18,70,0003122
90,05409528
523555,6858
6
30,1 3010 16,50,0002755
50,05138623
8 20784,4287
22,6 2260 14,60,0002438
20,04927775
918391,0702
5
15,6 1560 12,50,0002087
50,04640371
915745,7793
2
9,6 960 10,40,0001736
80,04125273
813100,4883
9
4,9 490 8,40,0001402
80,03227644
7 10581,1637
0,9 90 6,20,0001035
40,01088196
67809,90654
3
-1,4 -140 4,40,0000734
8 -0,033610185542,51432
1
-3,7 -370 2,50,0000417
5 -0,275150263149,15586
4
Cobre
ΔP ΔP Q(L/min) Q(m3/s)Factor de fricción
Numero de Reynolds
28,8 2880 21,50,0003590
50,02895768
2270827,404
3
22,7 2270 19,50,0003256
50,02774628
6245634,157
4
18 1800 17,70,0002955
90,02670386
9222960,235
2
14,1 1410 15,70,0002621
9 0,02658692197766,988
3
9,4 940 13,50,0002254
50,02397223
6170054,416
7
6,1 610 11,50,0001920
50,02143790
7144861,169
7
3,3 330 9,60,0001603
20,01664254
3120927,585
2
0,2 20 7,20,0001202
40,00179313
690695,6888
9
-1,4 -140 5,30,0000885
1 -0,0231645866762,1043
2
-3 -300 3,50,0000584
5 -0,11382388 44088,18217
PVC
ΔP(mbar(ΔP(pascales
) Q(L/min) Q(m3/s)Factor de fricción
Numero de Reynolds
21,2 2120 21,80,0003640
60,02807474
3258453,074
2
16,5 1650 19,80,0003306
60,02648783
6 234741,783
12,6 1260 17,90,0002989
30,02474898
5212216,056
3
8,7 870 15,70,0002621
90,02221328
9 186133,636
5,9 590 13,90,0002321
30,01921831
6164793,473
9
3,3 330 11,80,0001970
60,01491567
2139896,618
2
0,9 90 9,80,0001636
60,00589770
8116185,326
9
-0,9 -90 7,70,0001285
9 -0,0095533191288,4711
7
-2,4 -240 5,70,0000951
9 -0,0464894567577,1799
5
-3,3 -330 3,70,0000617
9 -0,1517062343865,8887
4
8
Datos obtenidos con la formula
Datos del Tubo de Datos del tubo de Datos del tubo de
: galvanizado cobre PVC
No. Reynolds Factor de Fricción
25845.30742 2.80E-02
23474.1783 0.026456025
21221.60563 0.024719263
18613.3636 0.022186611
16479.34739 0.019195235
13989.66182 0.014897759
11618.53269 0.005890625
9128.847117 -0.00954184
6757.717995 -0.04643362
4386.588874 -0.15152403
No. De Reynolds Factor de fricción
26075.01055 0.055469673
23555.68586 0.054030319
20784.4287 0.051324525
18391.07025 0.049218578
15745.77932 0.04634799
13100.48839 0.041203195
10581.1637 0.032237685
7809.906543 0.010868897
5542.514321 -0.03356982
3149.155864 -0.27481981
No. De Reynolds Factor de Fricción
27082.74043 0.028922904
24563.41574 0.027712963
22296.02352 0.026671799
19776.69883 0.02655499
17005.44167 0.023943446
14486.11697 0.02141216
12092.75852 0.016622556
9069.568889 0.001790982
6676.210432 -0.02313676
4408.81821 -0.11368718
9
Datos del Tubo de Datos del tubo de Datos del tubo de
: Galvanizado cobre PVC
10
Datos del Tubo de Datos del tubo de Datos del tubo de
No. De Reynolds Factor de Fricción
3149.15586 0.05260422
5542.51432 0.0471502
7809.90654 0.04475563
10581.1637 0.04308243
13100.4884 0.04211484
15745.7793 0.04140001
18391.0702 0.04087167
20784.4287 0.04049895
23555.6859 0.04015368
26075.0106 0.03989801
No. De Reynolds Factor de fricción
25845.3074 0.024993485
23474.1783 0.025602044
21221.6056 0.026255947
18613.3636 0.027131014
16479.3474 0.027969663
13989.6618 0.029138718
11618.5327 0.030523506
9128.84712 0.032420392
6757.718 0.034952015
4386.58887 0.038939512
No. De Reynolds Factor de Fricción
27082.7404 0.02392098
24563.4157 0.02447176
22296.0235 0.0250391
19776.6988 0.0257719
17005.4417 0.02674522
14486.117 0.02784516
12092.7585 0.02917246
9069.56889 0.03150245
6676.21043 0.03431793
4408.81821 0.03879461
: Galvanizado cobre PVC
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No. De Reynolds
Factor de Fricción
27082.7404 0.02422906
24563.4157 0.02479159
22296.0235 0.02537111
19776.6988 0.02611975
17005.4417 0.02711433
14486.117 0.02823862
12092.7585 0.02959577
9069.56889 0.03197947
6676.21043 0.03486213
4408.81821 0.0394508
No. Reynolds
Factor de Fricción
25845.3074 0.00061907
23474.1783 0.0006816
21221.6056 0.00075395
18613.3636 0.0008596
16479.3474 0.00097091
13989.6618 0.0011437
11618.5327 0.00137711
9128.84712 0.00175269
6757.718 0.00236766
4386.58887 0.00364748
No. De Reynolds
Factor de Fricción
26075.0106 0.0399123
23555.6859 0.04016806
20784.4287 0.04051346
18391.0702 0.0408863
15745.7793 0.04141484
13100.4884 0.04212992
10581.1637 0.04309785
7809.90654 0.04477166
5542.51432 0.04716709
3149.15586 0.05262306
Comparación de factor de fricción según las distintas formulas:
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14
CONCLUSION
Al hacer todo nuestra practica y sustituir formulas para después graficar nos pudimos dar cuenta que hubieron unas pequeñas deviaciones al comparar el factor de fricción teórico con el práctico y a su vez estos con el diagrama de Moody igual y fue porque nuestro datos en realidad son una muestra demasiado pequeña en comparación con Moody.
Y también verificamos que conforme el factor de fricción aumenta el número de Reynolds disminuye y por lo tanto comprobamos que nuestra práctica está bien hecha por dicho comportamiento.
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REFERENCIAS
• Mecánica de fluidos, Merle C. Potter, David C. Wiggert
• Fenómenos de Transporte R. B. Bird, W.E.Stewart, E.N.Lightfoot
• http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Reynold.htm
• http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds
• R. Byron Bird, Fenómenos de Transporte, Editorial Reverté, S.A.
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