mt02-pÉrdida de carga en tuberÍas ronald leer

5/16/2018 MT02-PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍAS Ronald LEER - slidepdf.com

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GUÍA DE PRÁCTICALABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Cód. FRP-PQ-GP-LOUI-MT0Rev. 01 06.02.11

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ASUNTO PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍAS

TIPO DE DOCUMENTO: Manual de operaciónManual de mantenimientoManual de seguridadProcedimientoMaterial de evaluación

Trabajo dirigidoInstructivo de trabajoGuía de prácticaGuía TeóricaOtro: _________________

Este documento es: Controlado No controlado

GUÍA DE PRÁCTICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS IPÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS

Válido a partir del 06 de febrero de 2011

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DISEÑO Y MONTAJE ORIGINAL: AUTOR:

ELABORADO POR: CNF FECHA: ABRIL 2009

REVISADO POR: COMISION MATERIAL INSTRUCCIONAL FECHA: ABRIL 2009

APROBADO POR: JEFE DE DEPARTAMENTTO FECHA:




Cod. FRP-PQ-GP-LOUI-MT0Rev. 01 06.02.1

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INDICE

1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

1.2. Objetivos Específicos

1.3. Objetivos del Informe de Síntesis

2. PLAN DE TRABAJO

3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

4. REACTIVOS

5. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

6. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

7. MÉTODO EXPERIMENTAL

8. BIBLIOGRAFÍA

9. PREINFORME

ANEXO 1 Diagrama de Moody 1

ANEXO 2 Ábaco de rugosidades relativas 1

ANEXO 3 Valores de K para accesorios 1

ANEXO 4 Nomograma de longitudes equivalentes de distintos accesorios y válvulas. 1

ANEXO 5 Resumen de normas ISA para el trazado de diagramas de flujo 1





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1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

Evaluar la confiabilidad en la aplicación de las ecuaciones empíricas para el cálculo de las pérdidas d

carga en tuberías.

1.2. Objetivos Específicos

Calcular las pérdidas de carga experimentales para cada tubería estudiada.

Graficar las pérdidas en función del caudal para una tubería sin accesorios y para una tubería co

accesorios.

Comparar las pérdidas de carga experimentales totales con la suma de las pérdidas de carga de lo

accesorios.

Comparar los resultados experimentales con los obtenidos a partir de las ecuaciones empíricas.

1.3. Objetivos del Informe de Síntesis

Comparar a través de un gráfico para cada elemento y con los diferentes caudales estudiados el valor d

pérdida de carga teórica y experimental.

Analizar las diferencias teórica y experimental para las tuberías sin accesorios con diferentes diámetros.

Analizar los resultados y si es necesario proponer una ecuación.

2. PLAN DE TRABAJO

A continuación se muestra la tabla con el plan de trabajo a desarrollar durante el periodo de prácticas.

Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Tuberías 1,2,3 1,2,4 1,2,5 1,2,3 1,2,4 1,2,5 1,2,3 1,2,4 1,2,5 1,2,3 1,2,4





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3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Al aplicar la ecuación de Bernoulli entre dos puntos A y B de una tubería y considerando fluido real e

preciso introducir dos términos:

T B B B

A A A h Z

g

V

g

P Z

g

V

g

P

*2**2*

22

Ecuación I

α: Es el factor de corrección del término de la energía cinética, debido a que la velocidad (V) no e

constante en una sección transversal de la tubería. α=1, para fluidos ideales. Teóricamente para un fluj

laminar α=2, y varia de 1 a 1.5 para un flujo turbulento, pero en general se toma α=1 para éste último tip

de flujo.

ΔhT: Es el factor de corrección para compensar la pérdida de carga debida a la fricción y a las pérdida

localizadas. Este término depende de! tipo de flujo y de la geometría del conducto donde circula el fluido.

La energía necesaria para vencer los efectos de rozamiento en el flujo turbulento es la perdida de carga

Alrededor de 1850, Darcy, Weisbach y otros investigadores dedujeron una ecuación para determinar la pérdida d

carga por rozamiento, a partir de los resultados de experimentos efectuados con diversas tuberías. La ecuació

ahora conocida como la ecuación de Darcy-Weisbach para tuberías circulares es:

g

V

D

Lhtub

2**ƒ

2

Ecuación II

Donde:

Δhtub: Pérdida de carga [L]

f : Coeficiente de rozamiento de Darcy [Adimensional]L: Longitud de la tubería [L]

V: Velocidad [L.t- ]

D: Diámetro de la tubería [L]

g: Gravedad [L.t-2]

El coeficiente de rozamiento (f ) varía con el número de Reynolds, la rugosidad y diámetro de la tubería. Lo

efectos del tamaño y la rugosidad se expresan mediante la rugosidad relativa, que es la relación entre la rugosida





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absoluta ( ) y el diámetro (D) de la tubería. En el anexo 1 y 2 se representa gráficamente las relaciones ent

estas variables.

El número de Reynolds es un parámetro adimensional que se utiliza para caracterizar el régimen de flujo d

un fluido dentro de una tubería. En el anexo 1 se muestra el diagrama de Moody, que permite obtener e

coeficiente de rozamiento y en el anexo 2 se tiene la rugosidad para diversos materiales.

D*V*D*VRe Ecuación III

Donde:

Re: Número de Reynolds [Adimensional]

V: Velocidad media [L.t- ]

D: Diámetro de la tubería [L]

: Densidad [M.L-3]

: Viscosidad dinámica del fluido [M.L- t- ]

: Viscosidad cinemática del fluido [L- t- ]

Si el número de Reynolds es relativamente pequeño, el flujo es laminar; si es alto, el flujo es turbulento. En l

mayor mayoría de las aplicaciones de ingeniería se toman los siguientes criterios cuando se calcula el número d

Reynolds.

Re < 2300 Régimen laminar

2300 < Re < 4000 Zona de transición

Re > 4000 Régimen turbulento

Las pérdidas de energía localizadas en turbulencias inducidas por los accesorios tales como codos, tees

cambios de sección, etc se le denomina pérdida de carga localizada. Los accesorios de las tuberías producen un

pérdida de carga adicional que se conoce con el nombre de pérdida de carga localizada y se determina mediant

la ecuación:

2**

2V k p

acce Ecuación IV





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Donde K: es el coeficiente que depende de la geometría y tipo de accesorio considerado. Esta pérdida d

carga se puede expresar también en términos de altura de líquido.

g

V k

g

ph acceacce

*2*

*

2

Ecuación V

Nota: Los valores de k para cada accesorio se pueden encontrar en el anexo 3 y en el anexo 4 se tiene un nomograma q

nos permite determinar la longitud equivalente de diferentes accesorios.

Las pérdidas son también expresadas en términos de la longitud equivalente de una tubería recta n

obstruida que produciría la misma pérdida de energía (anexo 4)

g

V

D

Leq f hacce

*2**

2

Ecuación VI

Donde:

Leq: Representa la longitud equivalente del accesorio.

Sumando la longitud equivalente a la longitud real de la tubería se obtiene la longitud efectiva total Let, y d

esta forma el cálculo de las pérdidas de carga vendría dado por la ecuación:

g

V

D

Leq L f

g

V

D

Let f hhh accetubT

*2**

*2**

22

Ecuación VII

La ecuación de BERNOULLI, modificada por efectos de las pérdidas de carga debidas a la fricción y a l

presencia de accesorios seria:

accetub B B B

A A A hh Z

g

V

g

P Z

g

V

g

P

*2**2*

22

Ecuación VIII

Y la ecuación de Bernoulli quedaría expresada como:

T B B B

A A A h Z

g

V

g

P Z

g

V

g

P

*2**2*

22

Ecuación IX





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4. REACTIVOS

Mercurio

Tetracloruro

5. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

La instalación está constituida por:

Una bomba centrifuga.

Un tanque de alimentación.

Un rotámetro con un rango de 0.3 a 3.0 m3 /h

Un tablero con 2 manómetros diferenciales, uno con mercurio (δ=13.6) y el otro con tetracloruro d

carbono (δ=1.58).

Tuberías intercambiables.

6. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

Antes de realizar la práctica, debe cumplir las siguientes medidas de seguridad:

No cerrar las válvulas de "By Pass" y del rotámetro simultáneamente.

Verificar que las válvulas de purga de los manómetros estén cerradas.

Verificar que el tanque de alimentación contenga el volumen de agua requerido para la experiencia.

Verificar que al menos una de las llaves de las tuberías intercambiables este abierta.

Abrir completamente la válvula de "By Pass" antes de activar la bomba.

7. MÉTODO EXPERIMENTAL

7.1. Verificar que se han cumplido las medidas de seguridad.

7.2. Colocar la tubería que será estudiada.

7.3. Conectar el manómetro a la tubería en estudio.

7.4. Abrir completamente la válvula del "By Pass"





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7.5. Activar la bomba.

7.6. De ser necesario purgue los manómetros.

7.7. Para cada caudal de estudio evalúe la diferencia manométrica

7.8. Repetir los pasos para cada tubería asignada,

7.9. Para apagar la bomba, abrir completamente la válvula del "By Pass" y cerrar luego la válvula de

rotámetro.

8. BIBLIOGRAFÍA

González, Keila, (1992). Guía de la Práctica de Pérdida de Carga, Caracas, IUT Felibertt, Francisco.

Guía de Teoría de Mecánica de los Fluidos, tema IV dinámica de los fluidos reales incompresibles, noción d

pérdida de carga.

Mott. Robert (1994). Mecánica de fluidos aplicada, México. Prentíce - Hall, cuarta edición.

Tchobanoglous, George (1995). Ingeniería de Aguas Residuales, España, Editorial McGraw-Hill.

9. PREINFORME

Elaborar un modelo de cálculo para determinar las pérdidas de carga teóricas de las tuberías indicada

por el profesor, para 5 valores distintos de caudales.

Utilizando la ecuación de Bernoulli, la ecuación de continuidad para líquidos incompresibles y estática d

los fluidos, deducir una expresión que permita determinar las pérdidas de cargas experimentales. Se deb

explicar en forma detallada el procedimiento utilizado.

Determinar cuál es el manómetro que se utilizará en cada una de las tuberías indicadas. Indicar la variable independiente, las variables dependientes y el parámetro.

Indicar y explicar todos los mecanismos de transferencia que están involucrados en la práctica es deci

transferencia de calor, transferencia de materia y transporte de cantidad de movimiento (transporte d

fluido) e indicar cuál de ellos es el que predomina en la práctica en estudio.

Elaborar una tabla de los datos experimentales que serán tomados en la práctica, indicando las variable

a medir y sus respectivas unidades.





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Elaborar un modelo de cálculo detallado para la ejecución de cada uno de los objetivos propuestos en l

práctica.

Elaborar una tabla para los resultados que se obtendrán en la práctica, en función de los objetivo

planteados.

Elaborar el Diagrama de flujo de la instalación utilizando el software Microsoft office Visio y siguiendo lo

lineamientos de la unidad curricular Principios de Procesos Químicos

Consultar la ficha de seguridad química de los reactivos involucrados en la práctica y mencionar cuale

serían las medidas de seguridad en caso de derrames y fugas para estos reactivos.





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ANEXO 1

Diagrama de Moody





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ANEXO 2

Ábaco de rugosidades relativas





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ANEXO 3

Valores de K para accesorios

Tabla No. 1 Valores de K para algunos accesorios de tuberías

ACCESORIOS K

Codo 45º 0,35 a 0,45

Codo 90º 0,50 a 0,75

Tess 1,50 a 2,00

Válvula de Compuerta (abierta) aprox. 0,25

Válvula de control (abierta) aprox. 3,0

Tabla No. 2 Valores de K para contracciones y ensanchamientos

CONTRACCIÓN BRUSCA

d1/d2 * K

1,2 0,08

1,4 0,17

1,6 0,26

1,8 0,342,0 0,37

2,5 0,41

3,0 0,43

4,0 0,45

5,0 0,46

*(subíndice 1= aguas arriba y subíndice 2= aguas abajo)





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ANEXO 4

Nomograma de longitudes equivalentes de distintos accesorios y válvulas.





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ANEXO 5

Resumen de normas ISA para el trazado de diagramas de flujo

CODIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS

LÍNEAS UTILIZADAS EN DIAGRAMAS DE FLUJO

CODIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Línea principal del proceso

Línea secundaria o de servicio

Señal neumática

Señal electrica

Alimentación inicial, materia prima

letras queidentifican al equipo

XX A/BZZY

Indican equipos enparalelo

Número asignado al equipocódigo de la instalación

LÍNEAS DE SERVICIOS

HW (Hot Water) Suministro de agua caliente

CW (Cool Water) Suministro de agua de enfriamiento

TW (Treatment Water) Suministro de agua desmineralizada

HO (Hot oil) Aceite caliente

SÍMBOLOS PARA INDICAR UNA VARIABLE DE PROCESO

La unidad de cada variable se coloca encima del cajetín de rotulación

SÍMBOLOS DE DIFERENTES VÁLVULAS

Válvula de compuerta

Válvula de aguja

Válvula de retención

Válvula de alivio

Válvula de asiento

Válvula de diafragma

Válvula de paso rápido

psi°C

Temperatura

50

(Pressure indicator)manómetro de Bourdon

PI

(Temperature indicator)Termopar, termometro

TI

Línea de procesoPresión

100

(Analysis Point)Punto de análisis

AI

Línea de proceso

MEDIDORES DE FLUJO

(Orifice flowmeter)

Placa de orificio

F

(venturi flowmeter)

Tubo de venturi

F

(turbine flowmeter)

Contador volumétrico

tipo turbina

F

(flowmeter)

Flujometro

magnético

(Rotameter)

Rotametro

FI

F

MISCELANEOS

(Agitator)

Agitador

(open drain)Drenaje abierto

(steam trap)Trampa de vapor

(Jet)

Eyector

(Liquid Level Gage)

Indicador de nivel contubo de vidrio

( Mixer)

Mezclador

PManómetro en U

NotaPara la realización de losdiagramas de flujo de lasinstalaciones de planta piloto,utilice los símbolos queproporciona el Microsoft Visio

MTO1 Molienda, tamizado y caracterización de los sólidos.MTO2 Pérdida de carga en tuberías.MTO3 Medidores de flujo en tuberías.MTO4 Permeametría, Fluidización homogénea y sedimentación.MTO5 Bomba centrifuga.MTO6 Bombas en serie y paralelo.MTO7 Medidores de flujo en canal abierto.MTO8 Filtración.MTO9 Estudio del tiempo de vaciado de un tanque.TM01 Hidrodinámica de columna.TM02 Absorción.TM03 Destilación.TM04 Extracción Torre pulsada.TE04 Arrastre con vaporTE05 Refrigeración

CÓDIGO DE LAS INSTALACIONES

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