Carrera: Ingeniería Química

Materia:Laboratorio integral I

ContenidoPractica #4

Determinación experimental de correlaciones para el factor de

Fricción en tubos lisos y rugosos

Alumno (a):Acosta Orozco Amanda PaulinaAlonso Zavala Sthefanie Cecilia

Maestro:Norman Edilberto Rivera Pasos

Indice

Objetivo ……………………………………………………………………… 3

Motivacion ………………………………………………………………….. 3

Material y equipo ………………………………………………………….. 3

Fundamento teórico ………………………………………………………. 4

Hipótesis ……………………………………………………………………… 5

Modelo Matemático ……………………………………………………….. 5

Diseño de la Practica ……………………………………………………… 7

Hoja de Calculo ……………………………………………………………… 7

Conclusión ……………………………………………………………………. 10

2

Objetivos

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

Consideramos de gran importancia el calculo de las perdidas por fricción

en tuberías, ya que un ingeniero químico debe de tener los

conocimientos para determinar cuales son los materiales adecuados

para el diseño de algún proceso que involucre tuberías, ya que el factor

de fricción en las tuberías podría influenciar de manera positiva o

negativa en nuestro proceso.

Material y Equipo

3

Mesa hidrodinámica (hydrodynamics trainer with pc-data acquisition – Gunt Hamburg HM112)

Fundamento teórico

Euler fue el primero en reconocer que las leyes dinámicas para los

fluidos sólo pueden expresarse de forma relativamente sencilla si se

supone que el fluido es incompresible e ideal, es decir, si se pueden

despreciar los efectos del rozamiento y la viscosidad. Sin embargo,

como esto nunca es así en el caso de los fluidos reales en movimiento,

los resultados de dicho análisis sólo pueden servir como estimación

para flujos en los que los efectos de la viscosidad son pequeños.

Flujos incompresibles y sin rozamiento

Estos flujos cumplen el llamado teorema de Bernoulli, que afirma que la

energía mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin

rozamiento) es constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas

de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a

la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme

coinciden con la trayectoria de las partículas individuales de fluido. El

teorema de Bernoulli implica una relación entre los efectos de la

presión, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta

cuando la presión disminuye

Efecto de la Rugosidad: se sabe desde hace mucho tiempo que, para

el flujo turbulento y para un determinado número de Reynolds, una

tubería rugosa, da un factor de fricción mayor que en una tubería lisa.

Por consiguiente si se pulimenta una tubería rugosa, el factor de fricción

disminuye y llega un momento en que si se sigue pulimentándola, no se

4

reduce más el factor de fricción para un determinado número de

Reynolds.

Principios Fundamentales que se aplican a Flujos de Fluidos

*Principio de la conservación de la masa, a partir del cual se establece la

ecuación de continuidad.

*Principio de la energía cinética, a partir del cual se deducen ciertas

ecuaciones aplicables al flujo.

*Principio de la cantidad de movimiento, a partir del cual se deducen

ecuaciones para calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por los fluidos

en movimiento.

Flujo Laminar y Turbulento: a velocidades bajas los fluidos tienden a

moverse sin mezcla lateral, y las capas contiguas se deslizan mas sobre

otras. No existen corrientes transversales ni torbellinos. A este tipo de

régimen se le llama flujo Laminar. En el flujo laminar las partículas

fluidas se mueven según trayectorias paralelas, formando el conjunto de

ellas capas o láminas. Los módulos de las velocidades de capas

adyacentes no tienen el mismo valor.

A velocidades superiores aparece la turbulencia, formándose torbellinos.

En el flujo turbulento las partículas fluidas se mueven en forma

desordenada en todas las direcciones.

Hipótesis:

Consideramos que existirá una variación en la presión de cada tubería,

debido a que son diferentes materiales y por lo tanto presentan un

factor de fricción diferente, por lo que suponemos que el flujo dentro de

la tubería presentara diferente resistencia.

5

Modelo matemático

Tubería Rugosa

Mesa especificaciones Para una T esp.

ΔP D

Q AV L

= =

Datos experimentales

Datos teóricos

Para tubería lisa

si el flujo es turbulento y si el flujo es laminar

Para tubería rugosa

6

Diseño de la práctica

Conectar las mangueras a tubo galvanizado Conectar mangueras y medir la presión de perdida Prender bomba, purgar y abrir del medidor ΔP Apagar la bomba, cerrar válvula, desconectar manguera del

medidor de presión diferencial Ajustar a cero el medidor de ΔP Volver a conectar mangueras del medidor de ΔP y tomar lecturas

Hoja de Cálculo

No.de Reynolds

f experimental

PVC  25930.1551 0.0009589923551.2418 0.00059196

21291.2741 0.014975218674.4695 0.019293116533.4475 0.022298314035.5885 0.024836511656.6752 0.02605219158.81625 0.0281729

Cu  22272.8458 0.00179908

19756.14 0.0166977216987.7637 0.02150824

14471.058 0.024051729060.14065 0.02667439

9060.14065 0.02679241

6669.2702 0.02783824404.23504 0.02300127

Galvanizado3963.49302 0.017556336975.74772 0.01710049829.46269 0.0126467413317.3366 0.01558211

16488.131 0.01467398

7

Datos Experimentales

-0.010

0.010.020.030.040.050.060.07

Re

f

Galvanizado

Cu

PVC

19817.4651 0.0130459623146.7992 0.0102033326159.0539 0.0034422623146.7992 0.0102033326159.0539 0.00344226

Medicion

Q (L/min) Q (m3/s)

Δ P(mbar) ΔP(Pa) V (m/s)

No.de Reynolds ƒ teóricos

ƒ experimental PVC

1 21.8 0.00036333 21.2 2120 1.60766962 25930.1551 0.000617042 0.0281729 D=.017m2 19.8 0.00033 16.5 1650 1.46017699 23551.2418 0.00067937 0.0260521 Є=.0000003m3 17.9 0.00029833 12.6 1260 1.320059 21291.2741 0.000751482 0.0248365 R=D/Є4 15.7 0.00026167 8.7 870 1.15781711 18674.4695 0.000856785 0.0222983 56666.666675 13.9 0.00023167 5.9 590 1.02507375 16533.4475 0.000967735 0.0192931 ρ=998,68Kg/m³6 11.8 0.00019667 3.3 330 0.87020649 14035.5885 0.001139959 0.0149752 T=º18C7 9.8 0.00016333 0.9 90 0.72271386 11656.6752 0.001372604 0.00059196 L=1m8 7.7 0.00012833 -0.9 -90 0.56784661 9158.81625 0.001746951 0.00095899

9 5.7 0.000095 -2.4 -240 0.42035398 6779.90294 0.002359916-

0.00000044310 3.7 6.1667E-05 -3.3 -330 0.27286136 4400.98963 0.003635546 -16.07

PVC

-0.0005

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0.0035

0.004

0 10000 20000 30000

Re

f

ƒ teoricos

f experimentales

8

Medición

Q (L/min) Q (m3/s)

Δ P(mbar) Δ P(Pa) V (m/s)

No. De Reynolds f teóricos

f experimental Cu

1 21.5 0.00035833 28.8 2880 1.7822209 27054.5867 0.072245372 0.02300127 D=.01m2 19.5 0.000325 22.7 2270 1.61643291 24537.8809 0.072244243 0.0278382 Є=.0000015m3 17.7 0.000295 18 1800 1.46722371 22272.8458 0.072243021 0.02679241 R=D/Є4 15.7 0.00026167 14.1 1410 1.30143572 19756.14 0.072241353 0.026674394 10666.666675 13.5 0.000225 9.4 940 1.11906893 16987.7637 0.072238979 0.024051719 ρ=998,68Kg/m³6 11.5 0.00019167 6.1 610 0.95328094 14471.058 0.072236079 0.021508239 T=º18C7 9.6 0.00016 3.3 330 0.79578235 12080.1875 0.072232271 0.016697724 L=1m8 7.2 0.00012 0.2 20 0.59683677 9060.14065 0.07222477 0.0017990819 5.3 8.8333E-05 -1.7 -170 0.43933817 6669.2702 0.072214333 -0.028243

10 3.5 5.8333E-05 -3 -300 0.29012898 4404.23504 0.072194732 -0.1143319

Cu

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000Re

f Teorico

Experimental

9

Medición

Q (L/min) Q (m3/s)

Δ P(mbar)

Δ P(Pa) V (m/s)

No. De Reynolds f teóricos

f experimental Galvanizado

1 20.7 0.000345 51.2 5120 2.72361254 32817.7222 0.18379968 0.017556331 D=.0127m2 18.7 0.00031167 40.7 4070 2.46046157 29646.9278 0.183793278 0.0171004 Є=.00015m3 16.5 0.000275 30.1 3010 2.1709955 26159.0539 0.183784543 0.012646737 R=D/Є4 14.6 0.00024333 22.6 2260 1.92100208 23146.7992 0.183775001 0.015582108 84.666666675 12.5 0.00020833 15.6 1560 1.64469356 19817.4651 0.183761275 0.014673984 ρ=998,68Kg/m³6 10.4 0.00017333 9.6 960 1.36838504 16488.131 0.183742333 0.013045962 T=º18C7 8.4 0.00014 4.9 490 1.10523407 13317.3366 0.183716026 0.010203332 L=1m8 6.2 0.00010333 0.9 90 0.81576801 9829.46269 0.183668761 0.003442261

9 4.4 7.3333E-05 -1.4 -140 0.57893213 6975.74772 0.183597343-

0.010625923

10 2.5 4.1667E-05 -3.1 -310 0.32893871 3963.49302 0.183419212-

0.072899604

Galvanizado

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 10000 20000 30000 40000

Re

f

Teoricos

experimentales

Conclusión:

Fue interesante observar cual es la fricción en las diferentes tuberías ya que al estar en una empresa podremos identificar dependiendo el material de las estas cual es la perdida que se tiene por este fenómeno.

10