UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL ESTADO DE MXICOFACULTAD DE QUMICAPROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERO QUMICOREPORTE DE LA PRCTICA DE LABORATORIO NO. 2DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE FRICCIN DE TUBERAS LISASREPORTE QUE PRESENTAN:Alanis Gonzlez GustavoAlcntara Montes de Oca Jos EnriqueGarduo Duran Daniel AlejandroPamplona Vidrio Hctor UrielPulido Nolasco Julio JessRojas Frausto ArmandoLABORATORIO DE FLUJO Y TRANSFERENCIA DE CALORING. KARLA ZAMARRN ONTIVEROS ASESOR: DRA. RUBI ROMERO ROMEROGRUPO: 65Toluca, Mxico. A 27 de Febrero de 2013

PRCTICA No. 2DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE FRICCIN EN TUBERAS LISASRESUMENEl transporte de materiales en cualquier industria es indispensable, de modo que es necesario el estudiar las tuberas, las cuales son principalmente el instrumento empleado por muchas industrias para trasportar diversos y muy variados materiales empleados dentro de la misma, tales como petrleo, cidos, agua, etc.Comnmente las tuberas ms empleadas son de forma cilndrica, ya que esta forma favorece el transporte de la materia debido a que son ms resistentes estructuralmente hablando y el rea transversal es mayo a cualquier otra forma.Dentro del estudio de las tuberas podemos centrarnos en la prdida de presin existente dentro de las tuberas, esto es decir, es la prdida de energa durante el transporte de materia debido a las fuerzas de friccin que existen dentro del sistema (tuberas). Para poder calcular esta incgnita del sistema se puede utilizar la formula de Darsy, la cual puede ser empleada para flujos turbulentos (donde el orden de las molculas es de forma aleatoria) como para fluidos laminares (donde el flujo de las molculas es ordenado)Otro dato a estudiar dentro de las tuberas es el factor de friccin existente dentro de las tuberas, el cual est en funcin del nmero de Reynolds solo en flujos laminares, cuando se tiene un flujo turbulento tambin se encuentra en funcin de la rugosidad de la tubera, ya que este dato experimental altera demasiado el clculo del factor de friccin, ya que las tuberas rugosas presentan obstrucciones diferentes al flujo continuo del sistema, por lo que alteran el flujo de la materia y su orden, cambiando directamente el factor de friccin y el clculo de la perdida de presin.

MARCO TERICO.Euler fue el primero en reconocer que las leyes dinmicas para los fluidos slo pueden expresarse de forma relativamente sencilla si se supone que el fluido es incompresible e ideal, es decir, si se pueden despreciar los efectos del rozamiento y la viscosidad. Sin embargo, como esto nunca es as en el caso de los fluidos reales en movimiento, los resultados de dicho anlisis slo pueden servir como estimacin para flujos en los que los efectos de la viscosidad son pequeos.

Flujos incompresibles y sin rozamiento.Estos flujos cumplen el llamado teorema de Bernoulli, que afirma que la energa mecnica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de una lnea de corriente. Las lneas de corriente son lneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la direccin del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partculas individuales de fluido. El teorema de Bernoulli implica una relacin entre los efectos de la presin, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presin disminuye.Frmula de Darcy-Weisbach: la frmula de Darcy-Weisbah, es la frmula bsica para el clculo de las prdidas de carga en las tuberas y conductos. La ecuacin es la siguiente:

Factor de friccin en tuberas de diferentes dimetros.La ecuacin de Darcy es vlida tanto para flujo laminar como para flujo turbulento de cualquier lquido en una tubera. Sin embargo, puede suceder que debido a velocidades extremas, la presin corriente abajo disminuya de tal manera que llegue a igualar, la presin de vapor del lquido, apareciendo el fenmeno conocido como cavitacin y los caudales. Con el debido razonamiento se puede aplicar a tubera de dimetro constante o de diferentes dimetros por la que pasa un fluido donde la densidad permanece razonablemente constante a travs de una tubera recta, ya sea horizontal, vertical o inclinada. Para tuberas verticales, inclinada o de dimetros variables, el cambio de presin debido a cambios en la elevacin, velocidad o densidad del fluido debe hacerse de acuerdo a la ecuacin de Bernoulli.

HIPTESIS DE TRABAJOSe esperar un coeficiente de friccin pequeo (menor a 0.2) en las tuberas lisas.OBJETIVO DEL EXPERIMENTORelacionar los conocimientos tericos con los datos obtenidos experimentalmente, para calcular el factor de friccin en tuberas lisas.DESCRIPCIN DEL EXPERIMENTOEn esta prctica nosotros determinaremos algunas relaciones y propiedades que presentan los fluidos en distintos dimetros de tubera, para este caso son tuberas lisas, nuestro propsito es:1. Reconocer la relacin que se da entre las unidades de aprendizaje de Flujo de Fluidos y Fenmenos de Transporte2. Conocer la operacin del equipo de flujo de fluidos3. Observar de manera practica la cada de presin en tuberas lisas de diferente dimetro, originada por la friccin de los fluidos4. Determinar la relacin existente entre las cadas de presin y la velocidad del flujo de agua en tuberas lisas en rgimen turbulento5. Obtener el valor del coeficiente de friccin a partir de los datos experimentales obtenidos para la tubera correspondiente6. Comparar los valores del coeficiente de friccin obtenidos experimentalmente con los reportados en la bibliografa7. Determinar la cada de presin en el programa de simulacin ASPEN de las tuberas y comparar con los valores experimentales obtenidos en la prctica

Nuestro material a emplear ser el siguiente1. Cronmetro2. Probeta de 1 litro3. Termmetro4. Pizeta

Para comenzar con la prctica primero prepararemos el equipo de tuberas y para ello vamos a verificar que las conexiones de mangueras estn perfectamente conectadas y sin fugas, el depsito de agua deber est lleno. Una vez aprobado el primer punto, comenzaremos por nivelar la presin del sistema, encendemos el interruptor de la bomba y tomaremos el tiempo que tarda en llenarse de agua cierta cantidad de volumen, y a su vez tomaremos la cada de presin de las distintas tuberas lisas con ayuda de un barmetro instalado en el equipo.Tomaremos de 5 a 10 lecturas de cada de presin para cada tramo recto de 3 metros de longitud para las diferentes tuberas de PVC del equipo.Al trmino de la toma de lecturas, apagar y limpiar el equipo.

EQUIPO DE FLUJOS.NmeroTubera

1Tubera PVC

2Tubera PVC 1

3Tubera negra

4Tubera de Acero galvanizado

5Tubera de Acero galvanizado 3/4

6Tubera de Acero galvanizado 1

7Medidor de cada de presin

8Tina de recirculacin

9Vlvula de purga del sistema

EQUIPO.

DATOS EXPERIMENTALESTubera [dimetro (mm)]Volumen (L)Tiempo (s)Cada de presin mmHg

3279.0494.833

3279.0495.167

3277.7494.500

3278.0494.833

32714.7494.833

CLCULOS Y ANLISIS DE RESULTADOS:1. Calcular el flujo volumtrico El flujo volumtrico se calcula con la formula Dnde: V es el volumen del lquido en (L) y t es el tiempo en (s)Tabla 1. Flujo volumtrico en tubera de PVC dimetro de 32 mmTabla 1. Flujo volumtrico en tubera de PVC dimetro de 32 mm

Volumen (L)Tiempo (s)Flujo volumtrico (L/min)

79.046.67

79.046.67

77.754.78

78.052.50

714.728.64

Tabla 1.1 Flujo volumtrico en tubera de PVC dimetro de 20 mm

Volumen (L)Tiempo (s)Flujo volumtrico (L/min)

78.052.50

78.350.40

78.052.50

79.743.45

715.028.00

2. Calcular la velocidad La velocidad media de flujo en tuberas se calcula con la formula Dnde: Q es el flujo volumtrico en (L/min) y d es el dimetro del tubo en (mm)

Tabla 2. Velocidad del fluido en tubera de PVC dimetro de 32 mm.

Flujo volumtrico (L/min)Velocidad del fluido (m/s)

46.670.967

46.670.967

54.781.135

52.501.088

28.640.593

Tabla 2.1 Velocidad del fluido en tubera de PVC dimetro de 20 mm.

Flujo volumtrico (L/min)Velocidad del fluido (m/s)

52.502.785

50.402.674

52.502.785

43.452.305

28.001.485

3. Calcular el Nmero de Reynolds El Nmero de Reynolds de flujo en tuberas se calcula con la formula Dnde: es la velocidad media de flujo en tuberas en (m/s), d es el dimetro del tubo en (mm), es la densidad del fluido en (kg/m3) y es la viscosidad dinmica (absoluta) en (centipoises). (15C) = 999 (kg/m3) Tabla A-5a Propiedades fsicas del agua (Crane, Pg. A-10) (15C) = 1.1 (cp) Fig. 14 Viscosidades de lquidos (Kern, Pg. 928)Tabla 3. Nmero de Reynolds en tubera de PVCde dimetro de 32 mm.

Velocidad del fluido (m/s)Nmero de Reynolds

0.96728104.4

0.96728104.4

1.13532992.2

1.08831617.5

0.59317245.9

Tabla 3.1 Nmero de Reynolds en tubera de PVCde dimetro de 20 mm.

Velocidad del fluido (m/s)Nmero de Reynolds

0.96750588.0

0.96748564.5

1.13550588.0

1.08841865.9

0.59326980.3

4. Calcular el factor de friccinEl factor de friccin se calcula con la formula Dnde: hL es la cada de presin en bar, L es la longitud de la tubera en metros y d es el dimetro del tubo en (mm)Para obtener la cada de presin en bar se aplica la siguiente formula de conversin hL = Tabla 4. Factor de friccin en tubera de PVC de dimetro de 32 mm.

Cada de presin barVelocidad del fluido (m/s)Factor de friccin

0.6600.9670.1475

0.6600.9670.1476

0.6591.1350.1070

0.6601.0880.1166

0.6600.5930.3918

Tabla 4.1 Factor de friccin en tubera de PVC de dimetro de 20 mm.

Cada de presin barVelocidad del fluido (m/s)Factor de friccin

0.6612.7850.0111

0.6602.6740.0121

0.6592.7850.0111

0.6602.3050.0162

0.6601.4850.0391

5. Elaborar una grfica de cada de presin contra velocidad

Fig. 1 Grfica de Cada de presin vs velocidad para tubera de PVC dimetro de 32 mm

Fig. 1.1 Grfica de Factor de friccin vs velocidad para tubera de PVC dimetro de 20 mm

La Fig.1 y la Fig 1.1 nos indican que la cada da presin tiende a disminuir al aumentar la velocidad de flujo, lo cual est relacionado a los distintos flujos volumtricos registrados. Por lo tanto podemos afirmar que a mayor velocidad de flujo la cada de presin disminuye. 6. Elaborar una grfica de factor de friccin contra velocidad

Fig. 2 Grfica de Factor de friccin vs velocidad para tubera de PVC dimetro de 32 mm

Fig. 2.1 Grfica de Factor de friccin vs velocidad para tubera de PVC dimetro de 20 mm

La Fig.2 y la Fig. 2.1 muestra que el factor de friccin va disminuyendo con un carcter de tipo exponencial al momento que aumenta la velocidad de flujo por lo cual podemos decir que el fluido utilizado a velocidades mayores a 1.5 m/s presentar poca resistencia a fluir a lo largo de una tubera lisa.7. Elaborar una grfica de factor de friccin contra Nmero de Reynolds

Fig. 3 Grfica de Factor de friccin vs Nmero de Reynolds para tubera de PVC dimetro de 32 mm

Fig. 3.1 Grfica de Factor de friccin vs Nmero de Reynolds para tubera de PVC dimetro de 20 mm

La Fig.3 y la Fig. 3.1 muestra que el factor de friccin va disminuyendo con un carcter de tipo exponencial al momento que aumenta el Nmero de Reynolds. Por lo tanto podemos con los Nmeros de Reynolds nuestro fluido se mueve con flujo turbulento por lo que al disminuir el factor de friccin el fluido se mueve de una manera menos uniforme y ms turbulenta a travs de una tubera lisa.

CONCLUSIONES Al eliminar algunos puntos de las grficas mostradas anteriormente, podemos decir que la cada de presin se mantendr constante si la velocidad del flujo dentro de la tubera se mantiene de la misma manera. Mediante los grficos pudimos observar que si la velocidad del flujo aumenta, el factor de friccin decrecer. El factor de friccin tuvo un comportamiento similar al hacerse una comparacin respecto al nmero de Reynolds, ya que si el factor de obstruccin disminua, el nmero de Reynolds aumentaba. No podemos mencionar que los equipos estn en mal estado, ya que normalmente nosotros somos los que tomamos las medidas y registramos los datos. Creemos que los datos pueden variar ya que a veces no se permite que algunas magnitudes a medir se estabilicen en un lapso de tiempo.

BIBLIOGRAFA1) Friccin en Tuberas (en lnea). Disponible en: http://fluidos.eia.edu.co/lhidraulica/guias/perdidasfriccionentuberias/friccionentuberias.html. Fecha de consulta: 26 de febrero de 2014.2) Clculo del Factor de Friccin (en lnea). Disponible en: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/confinado/factor_de_friccion.htm. Fecha de consulta: 26 de febrero de 2014.3) Crane. (1992). Flujo de Fluidos en Vlvulas, Accesorios y Tuberas. Mc Graw Hill. Naucalpan de Jurez, Mxico.4) Kern. Donald. Q. (1999). Procesos de Transferencia de Calor. Mc Graw Hill. Mxico.