LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA I DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN EN CONEXIONES Y TRAMOS DE TUBERÍAS

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA I

Informe presentado a los profesores Douglas González y María Gabriela Carrasco.

DETERMINACIÓN DE LAS PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN EN CONEXIONES Y TRAMOS DE TUBERÍAS

Informe N° 4                                                    Sección: 1          

Presentado por:                                                Grupo 5:

MOLINA, Cristhian.                                                 CARRASQUEL, Joel

                                                                HEREDIA, Rossi

MENDOZA, Daniella

MOLINA, Cristhian

Jefe de grupo:

MOLINA, Cristhian.

Caracas, 20 de noviembre de 2017

SUMARIO

La práctica del laboratorio tuvo como principal objetivo estudiar el comportamiento de un fluido dentro de una tubería y las pérdidas de fricción asociadas a dicho comportamiento. El sistema de estudio, consistía en tramos de tuberías con distintos diámetros y accesorios (codos rectos, placa orificio, contracción y expansión gradual); cada tramo tenía dos conexiones conectadas a un manómetro de pozo el cual media la diferencia de altura manométrica, el fluido que circulaba por las tuberías era impulsado por un bomba controlada por un panel de control para regular su flujo volumétrico. Luego, se obtuvo la caída de presión, el coeficiente de resistencia de manera experimental y teórica para el accesorio o tramo de tubería correspondiente. Así mismo, se determinó la curva de calibración de la placa de orificio  y se determinó el comportamiento parabólico de la perdida por fricción en función del caudal de operación. En su mayoría la desviación de los valores reales de caída de presión con respecto a los teóricos tuvieron variaciones mayores al cien por ciento, solo en el caso de la tubería con 4 codos rectos los valores de desviación estuvieron entre 1-50 por ciento. Posteriormente se concluyó que las pérdidas de presión estáticas teóricas difieren en su mayoría de las experimentales debido a las variables reales que son despreciadas, el coeficiente de resistencia para la expansión gradual teórico desprecia el desgate de la tubería y por ende difiere del valor experimental y que la placa de orificio presento el comportamiento esperado teóricamente. Por último para realización de una mejor experiencia se recomendó la utilización de teflón para sellar completamente las uniones donde se colocan las tuberías con el fin de evitar fugas del fluido.

INDICE

INTRODUCCIÓN        1

DISCUSIÓN Y ANALISIS DE RESULTADOS        2

Determinación de la pérdida de presión estática para cada accesorio y tramo de tubería en forma experimental y teórica.        2

Determinación del coeficiente de resistencia para la expansión y contracción gradual en forma experimental y teórica.        6

Determinación la curva de calibración de la placa de orificio.        7

Determinación de los coeficientes de descarga y caída de presión para la placa de orificio.        8

Pérdidas por fricción para cada accesorio y tramo de tubería en función del caudal de operación.        9

CONCLUSIONES        11

RECOMENDACIONES.        12

BIBLIOGRAFÍA        13

APÉNDICES        14

Apéndice A – Cálculos tipos        14

Apéndice B  – Resultados intermedios        20

Apéndice C  – Hoja de datos experimentales        21

INDICE DE TABLAS.

Tabla N° 1 Diferencia de presión estática experimental y teórica para expansión y la contracción gradual        2

Tabla N° 2 Diferencia de presión experimental y teórica para el tramo de tubería con 4 codos rectos        3

Tabla N° 3 Diferencia de presión experimental y teórica para los tramos de tubería de mayor y menor diámetro        5

Tabla N° 4 Coeficientes de resistencia experimentales y teóricos para la compresión y expansión gradual        6

        Tabla N° 5 Diferencia de presión y coeficiente de descarga para la placa de orificio        8

Tabla N° 6 Pérdidas por fricción para cada accesorio y tramo de tubería en función del caudal        20

Tabla N°  7 Raíz cuadrada de la altura manométrica en función del caudal        20

INDICE DE FIGURAS

Figura N° 1 Curva de calibración de la placa de orificio.        7

Figura N° 2 Pérdidas por fricción experimentales en función del caudal fijado.        9

INTRODUCCIÓN

Un fluido que viaja por una red tuberías presenta ganancias de energías (bombas o compresores) y perdidas debido a la fuerza de fricción que se opone al movimiento, perdidas por cambios en el tamaño de la trayectoria y perdidas de energía cuando el flujo circula por accesorios. En la industria las perdidas por fricción son responsable de un gran porcentaje de los costos operacionales, por ello son de suma importancia a la hora del diseño de tuberías.  

Para estudiar las perdidas antes mencionadas, se realizara una experiencia donde se determinara el comportamiento del flujo de agua a través de distintos tramos de tuberías, variando el diámetro de la misma y con distintos accesorios tales como codos y expansiones-contracciones.

 El sistema consiste en hacer circular un fluido a través de una tubería y tomar la diferencia de presión con un manómetro conectado a los extremos del accesorio o tramo a analizar variando el caudal de operación para asegurar la mínima y máxima caída de presión. Una vez conocidas las propiedades y las condiciones del fluido de trabajo se podrá determinar el cabezal perdido por el fluido en cada sección de la tubería.

Cuantificar las pérdidas por fricción es provechoso ya que permite determinar la presión mínima que debe tener el fluido para que fluya a través del sistema, esta presión es proporcional a la potencia o energía suministrada por una bomba o compresor; esto es de mucha utilidad en tramos de tuberías largos (km de tuberías) debido a que se conoce cada cuanto debe ser impulsado nuevamente el fluido para asegurar que llegue a su destino (refinería, planta de tratamiento, entre otros).

DISCUSIÓN Y ANALISIS DE RESULTADOS

En la sección presentada a continuación, se expondrán los resultados calculados a partir de los datos experimentales y la comparación con los valores teóricos para el estudio de las perdidas por fricción en tramos de tuberías, medidores de flujos y accesorios.

Determinación de la pérdida de presión estática para cada accesorio y tramo de tubería en forma experimental y teórica.

Seguidamente, se expone la tabla con los valores obtenidos para la expansión y contracción gradual, además de la desviación entre los valores teóricos y experimentales.

Tabla N° 1 Diferencia de presión estática experimental y teórica para expansión y la contracción gradual.

Se puede observar que el delta de presiona estática para la expansión gradual toma valores negativos, esto se puede explicar mediante la ecuación de balance mecánico o ecuación de Bernoulli. Según Mott (2006) hay tres formas de energía que se toman siempre en consideración cuando se analiza un problema de flujo de tuberías, energía potencial, energía cinética y energía de flujo. Si analizamos esto la energía potencial en la tubería no cambia por ende sabiendo que debido a la expansión la velocidad disminuye, la presión debe aumentar para que se mantenga el balance de energía, por consiguiente se obtuvo delta de presión negativo.

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