Laboratorio de Flujo de Fluidos

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Departamento de Ingeniería Química Petrolera

Laboratorio de Flujo de Fluidos.

¿Qué tipos de materiales hay para la construcción de tuberías?

Tubos PVC: presentan las cualidades: resistencia a la corrosión, alta resistencia química, resistencia eléctrica alta, buena resistencia mecánica a golpes y presión, flexibilidad, baja rugosidad.

Tubos de acero: es un lingote cilíndrico, sin costura o con costura longitudinal, que permite la obtención de diferentes diámetros de tubería.

Tubos de hierro fundido: con costura o sin costura es una placa doblada de hierro, según el diámetro que se requiera. La diferencia principal es que la tubería con costura es más propensa a apertura por presiones que no resiste; a diferencia de la tubería sin costura, su manufactura es de mayor resistencia a presiones.

Tubos de acero galvanizado: es una tubería de aceros negro, el galvanizado se aplica después de formado el tubo. Al igual que la de acero de carbón, se dobla la placa a los diámetros que se requiera y se utiliza para transportar agua potable, gases, aceites o vapores a alta y baja presión.

Cobre: son resistentes a la corrosión, alta seguridad, son fácilmente confortables, la ligereza del material, impermeabilidad, baja perdida de carga y sus propiedades bactericidas y fungicidas.

¿Qué es rugosidad absoluta y relativa?

Rugosidad absoluta: es el conjunto de irregularidades de diferentes formas y tamaños que pueden encontrarse en el interior de los tubos comerciales, cuyo valor medio se conoce como rugosidad absoluta (K), y que puede definirse como la variación media del radio interno de la tubería.

Rugosidad relativa: Es el cociente entre la rugosidad absoluta y el diámetro de la tubería, la influencia de la rugosidad absoluta depende del tamaño del tubo.

¿Qué se entiende por factor de fricción?

Es una función del Número de Reynolds (NRe) y la Rugosidad de la superficie interna de la tubería. Esta función expresa la relación entre la pérdida de cantidad de movimiento y la carga de energía cinética.

¿Qué es y cómo calcular el número de Reynolds?

El número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional cuyo valor indica si el flujo sigue un modelo laminar o turbulento. El número de Reynolds depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular, y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica.

¿Cómo se obtiene el Factor de Fricción?

La influencia de ambos parámetros sobre f es cuantitativamente distinta según las características de la corriente.

Régimen Laminar

f=64/Re

Régimen de transición y turbulento:

f=0.0055[1+[2000 e/D+〖10〗^6/Re]^(1/3) ]

¿Qué es el Diagrama de Moody y para qué se utiliza?

Es una representación log - log del factor de fricción f frente al Re, tomando como parámetro K/D y permite determinar el valor del factor de fricción f a partir de Re y K/D de forma directa.

¿Qué es un accesorio, longitud equivalente, longitud absoluta y longitud relativa?

El fluido en un sistema de tubería típico pasa a través de varias uniones, válvulas, flexiones, codos, ramificaciones T, entradas, salidas, ensanchamientos y contracciones, además de los tubos. Dichos componentes (accesorios) interrumpen el flujo continuo del fluido y provocan pérdidas adicionales debido al fenómenos de separación y mezcla del flujo

¿Cómo se calcula la longitud equivalente utilizando tablas y monogramas?

Por monograma: uniendo con una recta el punto de la escala izquierda correspondiente al accesorio de que se trate con el punto de la escala derecha correspondiente al diámetro interior de la tubería, el punto de intersección de esta recta con la escala central nos da la longitud equivalente del accesorio.

¿Para qué se utiliza la ecuación de Fanning y de Darcy?

Nos permite obtener un factor de fricción adimensional que es función directa de dicha caída de presión.

¿Cómo se calcula la presión utilizando la diferencia de alturas de un manómetro de presión diferencial?

∆P=P_2-P_1=ρgh

donde:

P_1 y P_2 son presiones

ρ:densidad

g:grevedad

h:altura

Diámetro nominal, numero de cedula, significado y utilidad

Diámetro nominal se refiere al diámetro interior de un tubo. Cada vez que indicamos el diámetro nominal de un tubo estamos definiendo igualmente la presión nominal, la clase de material y todas las medidas concernientes al tubo.

La cédula en los tubos de acero se refiere a la medida del grosor o espesor del tubo que forma parte de una tubería. Al mismo tiempo, la cédula dependerá del uso que se le vaya a dar a la tubería, del material que vaya a transportar y la intensidad y frecuencia de dicho transporte.

Existen algunas cédulas en tubos de acero que son las más utilizadas en la industria, estas son:

- Cédula 40: La más utilizada en tuberías de transporte de agua.

- Cédula 80: Utilizada en tuberías de alta presión.

Como se calcula el diámetro interno, diámetro externo y espesor de tubería

Con la fórmula: Q=AV , donde Q:es el gasto masico,A:area del tubo y V:la velocidad.

Posteriormente se despejara el área teniendo que A=Q/V con el área obtenida se podrá leer en las cedula y se identificara el diámetro interno, exterior y el espesor de la tubería.

¿Qué es un medidor de flujo?

Un flujo metro es un instrumento que se usa para medir el caudal lineal, no lineal, de masa o volumétrico de un líquido o gas.

¿Cómo se clasifican de manera general los medidores de flujo?

Medidores de flujo

Másicos Área fija Área variable Volumétricos Canal abierto Electrónicos

1.-Coriolis 1.- Codo

2.-Placa de orificio

3.-Cuña segmental

4.-Tobera de flujo

5.-Tubo Venturi

6.-Tubo Pitot 1.-Rotámetro 1.-Piston oscilante

2.-Disco oscilante

3.-Rotor lobulado 1.-Vertederos

2.-Parshall flume 1.-Magnéticos

2.-De Turbina

3.-Vortex

4.-De Torbellino

Mencione las características del área variable y área fija:

Área variable

Medir el flujo de líquidos y gases, los rotámetros tienen una escala lineal, un intervalo de medición relativamente largo y de baja caída de presión. Son fáciles de instalar y mantener.

Diseñado para proporcionar una indicación económica del flujo exacto de aceite y agua, muchos utilizan un montaje de tipo resorte/muelle y pistón, lo que les permite ser montado en cualquier posición, y da inmunidad a cambios en la viscosidad.

Área fija

Su principio es la colocación de una restricción de flujo de área fija de algún tipo en el tubo o ducto que transporta el fluido esta restricción de flujo provoca una caída de presión que varía con el caudal; así pues, la medición de la caída de presión por medio de un detector diferencial de presión adecuado permite medir el caudal.

Mencione las características del medidor tipo placa de orificio y Venturi:

Tipo placa de orificio

El coeficiente del orificio (C_o) o coeficiente de descarga oscila entre 0.6 y 0.75.

Generalmente el diámetro del orificio esta entre el 50 y 76% del diámetro de la tubería.

La relación del diámetro del orificio de la placa en relación al diámetro interno de la tubería debe variar entre 0.3-0.7 esta relación se representa como d/D.

Tipo Venturi

El coeficiente de descarga del tubo Venturi (C_v) oscila entre 0.9 y 1.0

Puede usarse para líquidos y gases.

Constituye la base del carburador del coche.

El diámetro externo del medidor corresponde al diámetro interior de la tubería a la cual está conectado.

Mencione las ventajas y desventajas del medidor Venturi – Placa de Orificio.

Medidor de flujo tipo Placa de Orificio

VENTAJAS DESVENTAJAS

Medidor de flujo más empleado en la industria.

Su diseño y construcción son muy sencillos.

Económicos.

Fácil de adquirir. Sus pérdidas de presión son mucho mayores en comparación con el Tubo Venturi la Tobera de Flujo.

La cantidad de flujo que entrega es 37.5 menor que el Venturi o Tobera de Flujo.

Medidor de flujo tipo Tubo Venturi

VENTAJAS DESVENTAJAS

Es el más exacto.

Instalación sencilla.

Logra a máxima recuperación de presión (del 90 al 100% de la presión inicial)

En un sistema que contiene purga puede usarse para fluidos con sólidos en suspensión. Su costo es elevado.

No puede usarse con fluidos sucios.

Requiere longitud de tubería para su instalación, sobre todo para grandes tamaños de tubería.

Menor exactitud a bajos flujos.

¿Qué es el Co, C_v y β?

C_o: Coeficiente que indica cuanta presión se recupera de la presión inicial u original. La placa de Orificio es un dispositivo que consiste en la reducción en la sección de flujo de una tubería, de modo que se produzca una caída de presión, a consecuencia del aumento de velocidad.

C_o=Gv/(Ao(〖(2g•∆H(ρ_m-ρ))/ρ)〗^(1/2) )

C_v: Coeficiente que indica cuanta presión se recupera de la presión inicial u original. Este medidos es el más exacto teniendo

...