INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI

INGENIERIA QUIMICA AMBIENTAL

LABORATORIO INTEGRAL I

REPORTE

PRACTICA NO.4:

“DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE CORRELACIONES PARA EL FACTOR DE FRICCIÓN EN TUBOS LISOS Y RUGOSOS”

Alumnas:

María Guadalupe Rangel González

García Fabián Claudia Yesenia

Profesor:

Norman Edilberto Rivera Pazos

Mexicali, B.C.

A 5 de Marzo del 2010

Contenido 1. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 3

2. MOTIVACION ............................................................................................................................... 3

3. FUNDAMENTO TEORICO: ................................................................................................................ 3

-EL EQUIPO ...................................................................................................................................... 4

-FENOMENO FISICO SIMPLIFICADO ................................................................................................ 4

-MODELO MATEMATICO. ................................................................................................................ 5

4. DISEÑO DE LA PRACTICA ................................................................................................................. 6

-VARIABLES Y PARAMETROS ........................................................................................................... 6

-HOJA DE DATOS ............................................................................... Error! Bookmark not defined.

-DESARROLLO DE LA PRACTICA ....................................................................................................... 9

5. REALIZACION DE LA PRÁCTICA ........................................................................................................ 9

-MEDICIONES ................................................................................................................................... 9

-OBSERVACIONES .......................................................................................................................... 11

6. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS .............................................................................................. 11

-CALCULOS..................................................................................................................................... 12

-GRAFICAS: .................................................................................................................................... 13

7. DISCUSION Y CONCLUSIONES ....................................................................................................... 15

8. SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES ........................................................................................... 15

9. REFERENCIAS ................................................................................................................................. 16

1. OBJETIVOS

-Recalcar la importancia del factor de fricción que se origina al diseñar tuberías.

-Obtener las mediciones requeridas para calcular el factor de fricción en la tubería de

galvanizado, Cu y PVC.

2. MOTIVACION

Debido a no poderse observar directamente el factor de fricción o asperezas que se

originan en la tubería de galvanizado, Cu y PVC, siendo de especial importancia para un

ingeniero químico el comportamiento de la fricción que se genera en las paredes de éstas

tuberías, se hace uso del numero de Reynolds como un punto de partida para determinar

las características de un fluido que fluye a través de una tubería, a partir de datos y la

sustancia ya conocidos en el sistema para así llevar a cabo el cálculo del factor de fricción

en las diferentes tuberías de manera experimental y teórica de tal manera que se puede

llegar a realizar una comparación entre los datos calculados.

3. FUNDAMENTO TEORICO:

– ¿Cómo se calcula el factor de fricción en tuberías?

*Forma experimental para tuberías de galvanizado, Cu y PVC:

*Forma teórica para tuberías rugosas, en éste caso la tubería de galvanizado y de Cu, en

donde el flujo debe ser turbulento al calcular Re:

Y para tuberías lisas, en éste caso el PVC, en donde el flujo debe ser laminar al calcular

Re:

– ¿Con qué variables se relaciona el factor de fricción?

De acuerdo con las especificaciones de la respuesta a la pregunta anterior para la forma

experimental el factor de fricción se relaciona con las siguientes variables: diámetro

interior, diferencial de presión, longitud densidad y caudal en la tubería.

De acuerdo con las especificaciones de la respuesta a la pregunta anterior para la forma

teórica el factor de fricción se relaciona con las siguientes variables: diámetro interior,

rugosidad y número de Reynolds en la tubería.

-EL EQUIPO

Mesa de Hidrodinámica del Laboratorio de Química.

-FENOMENO FISICO SIMPLIFICADO

FÓRMULA DE DARCY – WEISBACH

Poiseuille, En 1846, fue el primero en determinar matemáticamente el factor de fricción

de Darcy- Weisbach en flujo laminar y obtuvo una ecuación para determinar dicho factor,

que es:

La cual es válida par tubos lisos o rugosos.

Para flujo turbulento el factor de fricción de Darcy- Weisbach se encuentra mediante la

ecuación de Colebrook White o también se utiliza la de Swamee-Jain, la cual debe cumplir

en un rango determinado.

Colebrook White

Swamee-Jain

Y

-MODELO MATEMATICO.

Para el modelo de la formula experimental tenemos que:

Si y entonces tenemos que:

Desarrollando la expresión tenemos finalmente la ecuación siguiente:

Que es la ecuación a utilizar para calcular el factor de friccion en el caso experimental de

los tres tubos; Galvanizado, cobre y PVC.

4. DISEÑO DE LA PRACTICA

-VARIABLES Y PARAMETROS

Para obtener el factor de friccion de manera experimental se necesitan únicamente los datos de

diámetro interno de la tubería, la longitud de la tubería, el valor del caudal y la densidad del fluido

que circula dentro de la tubería.

Para el método teorico, se necesitara el valor de Reynolds, el diámetro interno de la tubería y la

rugosidad (є).

-HOJA DE DATOS

Determinación Experimental De Correlaciones Para El Factor De Fricción En Tubos Lisos Y Rugosos.

26 de febrero del 2010.

Tubo Galvanizado 16mm (diámetro interno).

Repeticiones

Q (L/min)

Medido

∆P (mbar)

Medido

V(m/s)

Calculado

Re

Calculado

f

Calculado

1

2

3

4

5

6

7

8

Determinación Experimental De Correlaciones Para El Factor De Fricción En Tubos Lisos Y Rugosos.

26 de febrero del 2010.

Tubo Cobre 16mm (diámetro interno).

Repeticiones

Q (L/min)

Medido

∆P (mbar)

Medido

V(m/s)

Calculado

Re

Calculado

f

Calculado

1

2

3

4

5

6

7

8

Determinación Experimental De Correlaciones Para El Factor De Fricción En Tubos Lisos Y Rugosos.

26 de febrero del 2010.

Tubo PVC 17mm (diámetro interno).

Repeticiones

Q (L/min)

Medido

∆P (mbar)

Medido

V(m/s)

Calculado

Re

Calculado

f

Calculado

1

2

3

4

5

6

7

8

-DESARROLLO DE LA PRACTICA

Para obtener un completo desarrollo de la practica se tiene que disponer del uso del

equipo que es una mesa hidrodinámica la cual consta de un tanque (2) al que se le debe

llenar con liquido, en este caso agua, para asi tener una fuente de alimentación hacia las

mangueras que van conectadas a las tuberías que forman parte del equipo, esta vez solo

se utilizaran las tuberías de galvanizado, Cu y PVC, cuyo diámetro interior es de 16mm

para galvanizado y Cu y 17mm para PVC; antes de encender el equipo hay que confirmar

que las válvulas del registrador electrónico de la presión (6) se encuentren cerradas y hay

que conectar las mangueras correspondientes a la presión a esta parte del equipo y a las

respectivas tuberías (las mangueras se conectan al registrador electrónico de la presión,

en este caso a P1 y P2) y en la parte de las tuberías que está diseñada con entradas para

tomar la presión (esto con el fin de evitar que fluya liquido hacia el exterior), es muy

importante purgar el equipo antes de cualquier toma de mediciones para evitar errores en

los resultados deseados, esta vez si nos interesa conocer el diferencial de presión y las

mediciones de Q (caudal, capacidad, gasto, etc.) a diferentes aberturas de la válvula

mariposa (llave de descarga) (11); por otra parte al encender el equipo es necesario

verificar que el rotor de el sensor de flujo del impulsor (12) que se encuentra del lado de la

llave de descarga funcione correctamente e iniciar la toma de mediciones de la manera

adecuada por medio del gabinete de interruptores con caratulas digitales para Q y

diferencial de presión (5) (de manera que se reduzca Q de dos en dos unidades, hasta

llegar de 8 a 10 tomas de datos), se realizará el mismo procedimiento para cada tubería.

5. REALIZACION DE LA PRÁCTICA

-MEDICIONES

Tubo Galvanizado 16 mm de diámetro interno.

Repeticiones Q (L/min) ∆P (mbar)

1 20.7 51.2

2 18.7 40.7

3 16.5 30.1

4 14.6 22.6

5 12.5 15.6

6 10.4 9.5

7 8.4 4.9

8 6.2 0.9

Tubo de cobre 16 mm de diámetro interno.

Repeticiones Q (L/min) ∆P (mbar)

1 21.5 28.8

2 19.5 22.7

3 17.7 18

4 15.7 14.1

5 13.5 9.4

6 11.5 6.1

7 9.6 3.3

8 7.2 0.2

Tubo PVC 17 mm de diámetro interno.

Repeticiones Q (L/min) ∆P (mbar)

1 21.8 21.2

2 19.8 16.5

3 17.9 12.6

4 15.7 8.7

5 13.9 5.9

6 11.8 3.3

7 9.8 0.9

8 7.7 -0.9

-OBSERVACIONES

-No olvidar conectar las mangueras al registrador electrónico de la presión y a las tuberías

respectivas para cada caso (cada una en su debido orden), para evitar el derramamiento

del fluido, y además verificar que se lleve a cabo la purgación del equipo, ya que en esta

práctica es de interés conocer la diferencia de presiones.

-Verificar que el rotor del sensor de flujo del impulsor funcione de la manera adecuada al

encender el equipo.

-Tomar los datos lo más exactos y precisos posibles, para una mejor interpretación de los

mismos.

-Anotar la temperatura inicial antes de tomar la primera medición de Q y del diferencial

de presión.

6. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS

Apartir de los datos de caudal y el diferencial de presión se procederá a calcular el numero

de Reynolds y el factor de friccion para posteriormente realizar una grafica comparativa

entre los datos experimentales de las tres tuberías y luego una comparacion de los datos

experimentales contra los teoricos para cada una de las tuberías.

-CALCULOS

Tubo Galvanizado 16 mm de diámetro interno.

GALVANIZADO

Repeticiones Q (L/min) ∆P (mbar) Q(m3/s) ∆P (Pa) V(m/s) Re f

1 20.7 51.2 0.000345 5120 1.71588923 2.60E+04 0.05564696

2 18.7 40.7 0.00031167 4070 1.55010283 2.35E+04 0.054203006

3 16.5 30.1 0.000275 3010 1.36773779 2.07E+04 0.051488564

4 14.6 22.6 0.00024333 2260 1.21024071 1.84E+04 0.049375886

5 12.5 15.6 0.00020833 1560 1.03616499 1.57E+04 0.046496123

6 10.4 9.5 0.00017333 950 0.86208928 1.31E+04 0.040904313

7 8.4 4.9 0.00014 490 0.69630288 1.06E+04 0.03234072

8 6.2 0.9 0.00010333 90 0.51393784 7.79E+03 0.010903635

Tubo de cobre de 16 mm de diámetro interno.

Cu

Repeticiones Q (L/min) ∆P (mbar) Q(m3/s) ∆P (Pa) V(m/s) Re f

1 21.5 28.8 0.00035833 2880 1.78220379 2.70E+04 0.02901535

2 19.5 22.7 0.000325 2270 1.61641739 2.45E+04 0.02780154

3 17.7 18 0.000295 1800 1.46720963 2.23E+04 0.02675704

4 15.7 14.1 0.00026167 1410 1.30142323 1.97E+04 0.02663986

5 13.5 9.4 0.000225 940 1.11905819 1.70E+04 0.02401997

6 11.5 6.1 0.00019167 610 0.95327179 1.45E+04 0.0214806

7 9.6 3.3 0.00016 330 0.79577472 1.21E+04 0.01667568

8 7.2 0.2 0.00012 20 0.59683104 9.05E+03 0.00179671

Tubo PVC de 17 mm de diámetro interno.

PVC

Repeticiones Q (L/min) ∆P (mbar) Q(m3/s) ∆P (Pa) V(m/s) Re f

1 21.8 21.2 0.00036333 2120 1.60072792 2.58E+04 2.81E-02

2 19.8 16.5 0.00033 1650 1.45387214 2.34E+04 2.65E-02

3 17.9 12.6 0.00029833 1260 1.31435916 2.12E+04 2.48E-02

4 15.7 8.7 0.00026167 870 1.15281781 1.86E+04 2.23E-02

5 13.9 5.9 0.00023167 590 1.02064762 1.64E+04 1.93E-02

6 11.8 3.3 0.00019667 330 0.86644906 1.40E+04 1.49E-02

7 9.8 0.9 0.00016333 90 0.71959328 1.16E+04 5.91E-03

-GRAFICAS:

La siguiente grafica contiene los datos experimentales de los tres tubos comparándolos

entre si:

La siguiente es la comparación de los datos teoricos de Re y f para los tubos:

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 10000 20000 30000

Galvanizado

Cu

PVC

Las siguientes tres son de la comparación de los datos teoricos contra los experimentales

para cada uno de los tubos:

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0 10000 20000 30000

Galvanizado

Cu

PVC

7. DISCUSION Y CONCLUSIONES

Por medio de la observación de cada una de las graficas obtenidas experimental y teóricamente se

ha encontrado que hay una relación muy parecida entre el número de Reynolds y el factor de

fricción ya que entre mayor es el número de Reynolds mayor es el factor de fricción, es decir, son

directamente proporcionales.

8. SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES

-Tener un mayor orden en el manejo del equipo y en la toma de las mediciones.

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 10000 20000 30000

Galvanizado Experimental

Galvanizado Teorico

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0 10000 20000 30000

Cu Experimental

Cu Teorico

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0 10000 20000 30000

PVC Experimental

PVC Teorico

9. REFERENCIAS

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/fricci%C3%B3n/darcy.htm

-Mecánica de fluidos, Merle C. Potter, David C. Wiggert

-Manual de la mesa hidrodinámica. Modelo HM 112 Marca Gunt Hamburg.