reporte practica 3

UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL ESTADO DE MXICOFACULTAD DE QUMICAPROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERO QUMICOREPORTE DE LA PRCTICA DE LABORATORIO NO. 3DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE FRICCIN DE TUBERAS RUGOSASREPORTE 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. 3DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE FRICCIN EN TUBERAS RUGOSASRESUMENEl 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 frmula de Darcy, 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 TERICOEfecto de la Rugosidad.Se sabe desde hace mucho tiempo que, para el flujo turbulento y para un determinado nmero de Reynolds, una tubera rugosa, da un factor de friccin mayor que en una tubera lisa. Por consiguiente si se pulimenta una tubera rugosa, el factor de friccin disminuye y llega un momento en que si se sigue pulimentndola, no se reduce ms el factor de friccin para un determinado nmero de Reynolds.

Principios Fundamentales que se aplican a Flujos de Fluidos.- Principio de la conservacin de la masa, a partir del cual se establece la ecuacin de continuidad.- Principio de la energa cintica, a partir del cual se deducen ciertas ecuaciones aplicables al flujo.-Principio de la cantidad de movimiento, a partir del cual se deducen ecuaciones para calcular las fuerzas dinmicas ejercidas por los fluidos en movimiento.Flujo Laminar y Turbulento: a velocidades bajas los fluidos tienden a moverse sin mezcla lateral, y las capas contiguas se deslizan ms sobre otras. No existen corrientes transversales ni torbellinos. A este tipo de rgimen se le llama flujoLaminar. En el flujo laminar las partculas fluidas se mueven segn trayectorias paralelas, formando el conjunto de ellas capas o lminas. Los mdulos de las velocidades de capas adyacentes no tienen el mismo valor.A velocidades superiores aparece la turbulencia, formndose torbellinos. En el flujo turbulento las partculas fluidas se mueven en forma desordenada en todas las direcciones.

HIPTESIS DE TRABAJOSe espera tener un coeficiente de friccin alto en las tuberas rugosas como lo son las tuberas hechas de cobre y de acero al carbn.

OBJETIVO DEL EXPERIMENTOCon datos experimentales el coeficiente de friccin en tuberas rugosas de cobre y de acero al carbn. DESCRIPCIN DEL EXPERIMENTOEn esta prctica nosotros determinaremos algunas relaciones y propiedades que presentan los fluidos en distintos dimetros de tuberas rugosas de acero galvanizado nuestro propsito es:1. Reconocer la relacin que se da entre las unidades de aprendizaje de Flujo de Fluidos y Fenmenos de Transporte 2. Conocer la operacin del equipo de flujo de fluidos3. Observar de manera practica la cada de presin en tuberas rugosas 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 rugosas 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 siguiente:1. 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 rugosas con ayuda de un barmetro instalado en el equipo.Tomaremos de 10 a 15 lecturas de cada de presin para el tramo en 3 metros de longitud para las tuberas: Tubera negra de 3/8 de pulgada Tubera ac. galvanizado de 1/2 pulgada Tubera ac galvanizado de 3/4 pulgada Tubera ac galvanizado de 1 pulgada Tubera de cobre rgido de 3/8 pulgadaAl trmino de la toma de las lecturas, pagar y limpiar el equipo

EQUIPO.

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

cobre15717.3497.833

cobre15717.3498.833

cobre15716.7497.500

cobre15717.0497.667

cobre15720.3495.000

cobre14722.0494.333

cobre14721.7493.833

cobre14720.7494.833

cobre14723.0495.167

cobre14725.0494.000

Acero al carbn2078.3486.667















CLCULOS1. 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 tuberas rugosas de cobre y acero al carbn a distintos dimetros.TuberaTubera [dimetro (mm)]Volumen (L)Tiempo (s)Flujo volumtrico (L/min)

cobre15717.324.23

cobre15717.324.23

cobre15716.725.20

cobre15717.024.71

cobre15720.320.66

cobre14722.019.09

cobre14721.719.38

cobre14720.720.32

cobre14723.018.26

cobre14725.016.80
















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 en tuberas rugosas de cobre y acero al carbn a distintos dimetros.TuberaTubera [dimetro (mm)]Flujo volumtrico (L/min)Velocidad del fluido (m/s)

cobre1524.232.285

cobre1524.232.285

cobre1525.202.377

cobre1524.712.330

cobre1520.661.948

cobre1419.092.067

cobre1419.382.099

cobre1420.322.200

cobre1418.261.977

cobre1416.801.819
















3. Calcular el Nmero de ReynoldsEl 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).

= 999 (kg/m3) Tabla A-5a Propiedades fsicas del agua (Crane, Pg. A-10) = 1.1 (cp) Fig. 14 Viscosidades de lquidos (Kern, Pg. 928)Tabla 3. Nmero de Reynolds en tuberas rugosas de cobre y acero al carbn a distintos dimetros.TuberaTubera [dimetro (mm)]Velocidad del fluido (m/s)Nmero de Reynolds

cobre152.28531131.1

cobre152.28531131.1

cobre152.37732376.3

cobre152.33031741.5

cobre151.94826538.0

cobre142.06726279.5

cobre142.09926683.8

cobre142.20027974.9

cobre141.97725136.9

cobre141.81923125.9
















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 = . L = 3 mTabla 4. Factor de friccin en tuberas rugosas de cobre y acero al carbn a distintos dimetros.TuberaTubera [dimetro (mm)]Cada de presin (bar)Velocidad del fluido (m/s)Factor de friccin

cobre150.6642.2850.0125

cobre150.6652.2850.0125

cobre150.6632.3770.0115

cobre150.6642.3300.0120

cobre150.6601.9480.0170

cobre140.6592.0670.0141

cobre140.6582.0990.0137

cobre140.6602.2000.0125

cobre140.6601.9770.0155

cobre140.6591.8190.0182

Acero al carbn200.6492.6740.0119

Acero al carbn200.6512.3050.0160

Acero al carbn200.6612.3870.0152

Acero al carbn200.6562.3050.0161

Acero al carbn200.6601.5190.0374

Acero al carbn250.6611.9450.0286

Acero al carbn250.6611.8600.0312

Acero al carbn250.6581.7820.0338

Acero al carbn250.6591.8600.0311

Acero al carbn250.6591.0970.0895

Acero al carbn320.6611.1870.0982

Acero al carbn320.6581.3740.0729

Acero al carbn320.6591.2430.0892

Acero al carbn320.6591.0880.1165

Acero al carbn320.6600.5680.4284

5. Elaborar una grfica de cada de presin contra velocidad

Fig.1 Grficas de cada de presin vs velocidad a) Tubera de cobre d = 15 mm, b) Tubera de cobre d = 14 mm, c) Tubera de acero al carbn d = 20 mm, d) Tubera de acero al carbn d = 25 mm, e) Tubera de acero al carbn d = 32 mm.La Fig.1 nos indica que las tuberas de cobre de 14 mm de dimetro y la tubera de acero al carbn de 25 mm de dimetro su cada de presin tiende a aumentar junto con la velocidad de flujo por lo tanto para estas dos tuberas la cada de presin y la velocidad de flujo aumentan proporcionalmente.

Para el resto de las tuberas la cada da presin tiende a disminuir al aumentar la velocidad de flujo, lo cual est relacionado a los distintos flujos volumtricos registrados en conclusin a mayor velocidad de flujo la cada de presin disminuye. 6. Elaborar una grfica de factor de friccin contra velocidad Fig.2 Grficas de Factor de friccin vs velocidad a) Tubera de cobre d = 15 mm, b) Tubera de cobre d = 14 mm, c) Tubera de acero al carbn d = 20 mm, d) Tubera de acero al carbn d = 25 mm, e) Tubera de acero al carbn d = 32 mm.

La Fig.2 muestra que el factor de friccin en todas las tuberas 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 rugosa. Esto podra decirnos que la tubera aunque es rugosa no dificultad el paso de los fluidos a travs de ella.7. Elaborar una grfica de factor de friccin contra Nmero de Reynolds Fig.3 Grficas de Factor de friccin vs Nmero de Reynolds a) Tubera de cobre d = 15 mm, b) Tubera de cobre d = 14 mm, c) Tubera de acero al carbn d = 20 mm, d) Tubera de acero al carbn d = 25 mm, e) Tubera de acero al carbn d = 32 mm.La Fig.3 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 rugosa.

CONCLUSIONES Mientras el nmero de Reynolds calculado nos indic la presencia de flujos turbulentos en las tuberas con que se trabaj por lo que al aumentar este parmetro, el factor de friccin disminuye. Mediante los datos obtenidos, podemos ver que las tuberas de cobre, acero al carbn y PVC ya sean lisas o rugosas, nos arrojaran resultados similares, lo cual indica que el comportamiento de los fluidos dentro de tubos de distintos material liso o rugo no presentar variaciones significativas con cantidades de flujo menores a 70 L/min.

Debemos sealar que una medida importante que nos da caractersticas especficas es el dimetro de tubera, ya que el lquido que pasa a travs de cada una de estas no se comporta de igual manera, ya que sabemos bien que un menor dimetro de tubera produce una mayor cada de presin en el sistema y por consiguiente, la variacin de nmero de Reynolds y factores de friccin.

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.

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