Bateria Perdida

LABORATORIO DE PROCESOS I

INFORME

PRACTICA Nº 1

BATERIA DE CALENTAMIENTO.

Subgrupo 1.

Saul Andrés Florez Mariño 2102474

Federico Josué Mancilla Rueda 2092283

Nathalia Andrea Ochoa Rodríguez 2101918

Silvia Katherine Rodríguez Triana 2102460

Andrés Felipe Solano González 2102879

Wendy Lorayne Trujillo Angulo 2102313

Escuela de Ingeniería Química, Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas

Universidad Industrial de Santander

04/06/2015

INTRODUCCIÓN

Es preciso señalar que la acción de un líquido circulando por un ducto viene acompañada de una pérdida de energía por efecto del rozamiento o fricción conforme el fluido se mueve por la tubería, dicha pérdida suele expresarse en términos de energía por unidad de masa de fluido circulante, denominándose esto como pérdida de carga. Junto a esto también se tienen pérdidas por cambios en el tamaño de la trayectoria de flujo y pérdidas de energía por las válvulas y otros accesorios.

De este modo, la pérdida de carga está estrechamente relacionada con variables como el tipo o régimen de flujo. Cabe mencionar que además de las pérdidas de carga lineales que se dan a lo largo de un conducto, también se producen pérdidas de carga singulares en puntos concretos como codos, ramificaciones y válvulas. Así pues, estas perdidas representan incremento de costos en las industrias, ya que aumentan las necesidades de potencia en los sistemas de tuberías, es por esta razón que en el presente informe de laboratorio el propósito es el de identificar y analizar las pérdidas por fricción de un fluido en un sistema de tuberías, y así mejorar dicho transporte.

OBJETIVO GENERAL

Determinar las perdidas de carga en puntos concretos como codos, ramificaciones y válvulas, en las tuberías.

Objetivos específicos

Conocer el funcionamiento y el análisis en un sistema de tuberías con accesorios.

Identificar los componentes del equipo “batería de pérdidas” a emplear en la práctica de laboratorio.

Determinar experimentalmente las pérdidas de carga en el sistema considerando el factor de fricción y el número de Reynolds del fluido.

MARCO TEORICO

El fluido que circula por una tubería puede presentar 3 tipos de regímenes, laminar, de transición o turbulento.

• Régimen Laminar:

Las partículas se desplazan siguiendo trayectorias paralelas, formando así en conjunto capas o laminas, el fluido se mueve sin que haya mezcla significativa de partículas de fluido vecinos, este flujo se rige por la ley que relaciona la tensión cortante con la velocidad de deformación angular. La viscosidad del fluido es la magnitud física predominante y su acción amortigua cualquier tendencia a ser turbulenta.

• Régimen Turbulento:

Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas vecinas al fluido, y estas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pierde su efecto y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar de unas trayectorias a otras las partículas chocan entre si y cambian de rumbo en forma errática

El paso de régimen laminar a turbulento, que varía al modificar la velocidad y/o la viscosidad, queda condicionado a un valor adimensional, hoy llamado Número de Reynolds (Re).

 Re < 2000: Régimen laminar.

 2000 < Re < 4000: Zona crítica o de transición.

 Re > 4000: Régimen turbulento.

La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido moviéndose en una línea de corrientes, la energía que posee el fluido consta de tres componentes que relacionan la presión, la velocidad y la elevación. Instrumento utilizado para flujos estacionarios e incompresibles

P_1/ρ+〖V_1〗^2/2+g*Z_1=P_2/ρ+〖V_2〗^2/2+g*Z_2+h_a+h_R+h_L

P/ρ:energia de flujo debido a la presión

V^2/2:energia cinética

gZ:energia potencial debido a la altura

Las pérdidas en la ecuación de Bernoulli están asociadas con pérdidas tales como h_A que corresponde a la energía añadida o agregada al fluido por una bomba u otro dispositivo, h_R es la energía retirada o removida del fluido mediante un dispositivo mecánico como una turbina y h_L corresponde a las pérdidas de energía por parte del fluido por efecto de fricción o por presencia de válvulas, conectores y rugosidad de las tuberías, es conocido como pérdida de carga.

Las pérdidas de energía están dadas por la ecuación

h_L= ∑▒〖Pérdidas por accesorios〗+∑▒〖Pérdidas por fricción en tuberías〗

h_L= ∑▒〖〖(h〗_FF+h_Fe+h_Fc)〗+∑▒〖(h_f 〗)

Las pérdidas de energía por accesorios se deben a los cambios de dirección y velocidad de fluido en los accesorios (h_FF=K_f V^2/2) como las válvulas, bifurcaciones, expansión súbita (h_Fe=K_e V^2/2 ) y compresión súbita (h_Fc=K_c V^2/2).

Las pérdidas por fricción (h_f ) se deben al contacto del fluido con las paredes de las tuberías y conductos que por lo general son rugosos, estas pérdidas están dadas por la ecuación de Darcy-Weisbach utilizada en flujo laminar y turbulento.

h_f=f (L V^2)/2gD

Donde, L es la longitud de la tubería en m, V la velocidad de flujo en m/s, D el diámetro nominal del conducto en m y f el coeficiente o factor de fricción que es adimensional.

Si el flujo es laminar y totalmente desarrollado en una tubería circular, el factor de fricción o de Darcy en la tubería está dado por la ecuación:

f=64/Re=(64 µ)/(ρDV_prom )

Donde µ,ρ es la viscosidad y densidad del fluido respectivamente, Re es el Reynolds, D es el diámetro de la tubería y V_prom es la velocidad promedio.

Si el régimen de flujo es turbulento o transitorio, el factor de fricción depende del número de Reynolds y la rugosidad relativa ε/D; el valor de este factor se obtiene de manera experimental midiendo razones de flujo y caída de presión y representándolas en forma tabular, gráfica y funcional. La siguiente ecuación corresponde a la de Colebrook y es una expresión implícita que combina los datos disponibles para flujo en transición y turbulento en tuberías lisas y rugosas:

1/√f=-2 log⁡((ε/D)/3.7 + 2.51/(Re√f))

El factor de Darcy para un flujo en tubería se encuentra representado en el diagrama de Moody, el cual es un diagrama de uso generalizado y más utilizado en ingeniería y está en función del número de Reynolds y ε/D para un amplio rango, además que se puede utilizar para tuberías circulares y no-circulares sustituyendo el diámetro de estas últimas por el diámetro hidráulico.

Ilustración 1. Diagrama de Moody. Fuente: (Çengel & Cimbala, 2006)

EQUIPO.

Accesorios y Equipos utilizados para la Realización del análisis de Resultados.

1. Tubería 1in

2. Tubería ¾ in

3. Bomba Centrifuga con Motor con 0.25 HP

4. Depósito o tanque de almacenamiento

(14Gal de capacidad)

5. Venturimetro.

6. Platina de Orificio

7.Medidor del Volumen del tanque:

medición en litros.

8-9. Válvulas de compuerta

10. Te o Bifurcación

11. Codo.

12. Tubo manométrico para medir

la presión en platina o venturimetro.

13. Tubo manométrico para medir las caídas de

presión en diferentes tramos de la tubería.

14. Válvulas de control

15. visor de flujo

16. Tubo de salida

PROCEDIMIENTO

1. Calibración de la platina: verificar la sección de tubería por la cual pasara el fluido y se configuran las válvulas requeridas. Se procede a llenar el tanque y encender la bomba. Se revisa la conexión manómetro con la platina, eliminando las burbujas sobre las mangueras, para prevenir datos erróneos. Con ayuda de las válvulas se toma la diferencia de presión. Dejar desalojar 3L medidos en el tanque y determinar el tiempo de este a distintos intervalos de presión.

2. Medición de la presión en sección de la tubería: ya calibrado el sistema, conectar las mangueras de dicho manómetro, en el tramo de la tubería escogido, y a 3 diferentes presiones en la platina, se determina el valor de la caída de presión para cada una de ellas.

3. Medición de presión de Accesorios: Para final dicha practica, se procede a conectar el manómetro indicado en las secciones de los accesorios ( válvula, codo, y Te) y a 3 diferentes presiones en el manómetro, se determina el valor de la caída de presión para cada una de ellos.

ANALISIS DE RESULTADOS

CALCULO DE LAS CAIDAS DE PRESION EN DISTINTOS TRAMOS DE UNA TUBRERIA Y EN ACCESORIOS

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