Practica no.5
- 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICALI Ingeniería Química Laboratorio Integral I Práctica #5: “Caída de Presión en un sistema de tuberías” Integrantes: Baltazar Delly Huhn Mauricio Pérez Paola Ramírez Miriam Lic. Norman Edilberto Rivera Pazos Mexicali, Baja California a Viernes 7 de Noviembre del 2014.
- 2. OBJETIVOS
- 3. Conocer las tuberías y accesorios que se encuentran presentes en la mesa hidrodinámica. Determinar el cambio de la caída de presión debido a la fricción y accesorios en una tubería.
- 5. CODOS: Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías. Los codos estándar son aquellos que vienen listos para la pre-fabricación de piezas de tuberías y que son fundidos en una sola pieza con características específicas y son: Codos estándar de 45°, Codos estándar de 90°, Codos estándar de 180°.
- 6. REDUCCIÓN: Son accesorios de forma cónica, fabricadas de diversos materiales y aleaciones. Se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías.
- 7. VÁLVULAS: Es un accesorio que se utiliza para regular y controlar el fluido de una tubería. Este proceso puede ser desde cero (válvula totalmente cerrada), hasta de flujo (válvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones intermedias, entre estos dos extremos. Es por eso que un aspecto importante a tener en cuenta es precisamente las pérdidas de energía ocasionadas en un sistema de tuberías, ya sea un fluido laminar cuando las partículas se mueven en direcciones paralelas formando capas o láminas, caracterizado por el propósito de esta experiencia fue observar y analizar los cambios de presión a través de un manómetro
- 9. Mesa Hidrodinámica Balde Bomba Sumergible Agua destilada Solución Ácido Cítrico (2%) Materiales Reactivos
- 10. PROCEDIMIENTO Como extra se añadió el procedimiento realizado para el mantenimiento de la mesa hidrodinámica. Por lo tanto el procedimiento está dividido en dos: realización de pruebas y mantenimiento.
- 11. • REALIZACIÓN DE PRUEBAS
- 12. Se llena el tanque con agua destilada donde se encuentra la bomba. Se conecta una manguera del tubo que sale del tanque a la entrada de la tubería y otro de la salida de la tubería al tubo que llega al tanque.
- 13. Se conecta una pequeña manguera que va desde el punto aguas arriba a la válvula 𝑃1. Lo mismo con el punto aguas abajo, pero llegará a la válvula 𝑃2. Si se tienen mas válvulas libres que no se medirán, entonces se pone un tapón.
- 14. Se purga: Se prende la bomba y deja que el aire salga de las tuberías. Se apaga y cierra la válvula. Se desconectan las mangueras pequeñas y se regula a la presión atmosférica.
- 15. Se cierran la llaves. Se conectan las mangueras. Se abre la válvula y se enciende la bomba. Se abren las llaves.
- 16. Para añadir las válvulas a la tubería lisa: Se sueltan los tornillos de los extremos. Se empuja la tubería hacia la derecha. Se remueve la sección de tubo liso. Se inserta la válvula. Se acomoda la tubería y se cierran los tornillos.
- 17. • MANTENIMIENTO Se divide en dos pasos: Eliminación de sedimentos. Enjuague.
- 18. ELIMINACIÓN DE SEDIMENTOS Se realizan los mismos pasos, con la diferencia de que la alimentación se dará a partir de un balde con una solución de ácido cítrico y una bomba sumergible. Se enciende la bomba y se deja fluir el ácido a través de la tubería durante 10 minutos.
- 19. ENJUAGUE Se realizan los pasos anteriores con agua destilada.
- 21. TUBOS LISOS Tubo Galvanizado Tubo de Cobre Tubo de PVC
- 22. ACCESORIOS Reducción Ensanchamiento Codo Recto Codo Curvo (3)
- 23. VÁLVULAS Retención de Bola Diafragma Asiento Inclinado
- 26. Longitud de medida Caída de presión 1 Caída de presión 2 Promedio Flujo Volumétrico Tubería lisa Galvanizado 1m 32.7 33 32.85 18.3 Cobre 1m 14 14.2 14.1 18.6 PVC 1m 13.5 13.7 13.6 18.7 Reducción 1 0.15m 26.6 26.9 26.75 18 2 0.85m 65.4 65.8 65.6 18 Ensanchamiento 1 0.15m -3 -3.2 -3.1 18.9 2 0.85m -9.2 -9.4 -9.3 18.9
- 27. Longitud de medida Caída de presión 1 Caída de presión 2 Promedio Flujo Volumétrico Accesorios Codo recto - 9.4 9.6 9.5 18.6 Codo Curvo 1 - 8.5 8.7 8.6 18.5 Codo Curvo 2 - 5.7 5.9 5.8 18.5 Codo Curvo 3 - 8.3 8.4 8.35 18.2
- 29. Longitud de medida Caída de presión 1 Caída de presión 2 Promedio Flujo Volumétrico Tubería lisa Galvanizado 1m 31.9 32 31.95 18.6 Cobre 1m 16 16.2 16.1 19 PVC 1m 11.6 12 11.8 19.2 Reducción 1 0.15m 28.3 27.7 28 18.2 2 0.85m 64 64.5 64.25 18.1 Ensanchamiento 1 0.15m 0 0.3 0.15 19 2 0.85m -0.4 0 -0.2 18.9
- 30. Longitud de medida Caída de presión 1 Caída de presión 2 Promedio Flujo Volumétrico Accesorios Codo recto - 8.3 8.4 8.35 18.5 Codo Curvo 1 - 4.2 4.4 4.3 18.4 Codo Curvo 2 - 5.7 5.9 5.8 18.3 Codo Curvo 3 - 5 5.2 5.1 18.2
- 31. Cerrado Caída de presión Flujo Volumétrico Válvulas Retención de Bola - 14.4 17.9 Diafragma 0% 35 17.3 50% 62.5 16.4 75% 199.2 11.4 Asiento Inclinado 0% -11.2 17.8 25% -6 17.8 50% -2.4 17.6 75% 10.8 16.7
- 33. TUBO GALVANIZADO Calculando Caída de presión: Datos: 𝑉=18.6 𝑙𝑡𝑠. 𝑚𝑛 ( 𝑚3 1000𝑙𝑠𝑡 )( 1 𝑚𝑛 60 𝑠𝑒𝑔. )= Formulas: V= 𝑣 𝐴 Re= 𝑉𝐷ρ µ Rugosidad: A= π 𝐷2 4 Re= (1.54 𝑚 𝑠𝑒𝑔 )(0.016𝑚2)(1000) 8.91𝑥10−04 𝐸 𝐷 = 1.5𝑥10−04 0.016 =106.66 Por lo tanto ℎ𝑙 = 𝑓𝑡 ∗ 𝐿 𝐷 * 𝑉2 2𝑔 ℎ𝑙 = .04 ∗ 1𝑚 0.016𝑚 ∗ 1.542 𝑚 𝑠 (2)(9.81) ⌂P= 𝑓𝑡 2𝐷 ρ𝑉2 ⌂P= .04 2 0.016 (1000)(1. 54)2 ⌂P=2962.5 Pa ⌂P=2962.5Pa( 1 𝑏𝑎𝑟 100,000𝑃𝑎 )( 1000𝑚𝑏𝑎𝑟 1 𝑏𝑎𝑟 ) Flujo ( 𝑳𝒕𝒔 𝒎𝒊𝒏 ) 𝑽( 𝒎 𝟑 𝒔𝒆𝒈 ) ∆𝑷 𝒓𝒆𝒂𝒍(mbar) ∆𝑷 𝒄𝒂𝒍(mbar) 18.6 3.1x10−04 𝑚3 𝑠𝑒𝑔 31.9 29.625
- 34. TUBO DE COBRE Datos: 𝑉=18.9 𝑙𝑡𝑠. 𝑚𝑛 ( 1𝑚3 1000𝑙𝑠𝑡 )( 1 𝑚𝑛 60 𝑠𝑒𝑔. )= Formulas: V= 𝑣 𝐴 Re= 𝑉𝐷ρ µ Rugosidad: Calculando la caída de presión: A= π 𝐷2 4 Re= (1.56 𝑚 𝑠𝑒𝑔 )(0.016𝑚2)(1000) 8.91𝑥10−04 𝐷 𝐸 = 0.016 1.5𝑥10−6=10666.66 Por lo tanto ℎ𝑙 = 𝑓𝑡 ∗ 𝐿 𝐷 * 𝑉2 2𝑔 ℎ𝑙 = .024 ∗ 1𝑚 0.016𝑚 ∗ 1.562 𝑚 𝑠 (2)(9.81) ⌂P= 𝑓𝑡 2𝐷 ρ𝑉2 ⌂P= .024 2 0.016 (1000)(1. 56)2 ⌂P=1825.2 Pa ⌂P=1825.2Pa( 1 𝑏𝑎𝑟 100,000𝑃𝑎 )( 1000𝑚𝑏𝑎𝑟 1 𝑏𝑎𝑟 ) Flujo ( 𝑳𝒕𝒔 𝒎𝒊𝒏 ) 𝑽( 𝒎 𝟑 𝒔𝒆𝒈 ) ∆𝑷 𝒓𝒆𝒂𝒍(mbar) ∆𝑷 𝒄𝒂𝒍(mbar) 18.9 3.15x10−04 𝑚3 𝑠𝑒𝑔 16.1 18.25
- 35. TUBO PVC Datos: 𝑉=19.2 𝑙𝑡𝑠. 𝑚𝑛 ( 1𝑚3 1000𝑙𝑠𝑡 )( 1 𝑚𝑛 60 𝑠𝑒𝑔. )= Formulas: V= 𝑣 𝐴 Re= 𝑉𝐷ρ µ Rugosidad: Calculo de la caída de presión: A= π 𝐷2 4 Re= (1.41 𝑚 𝑠𝑒𝑔 )(0.017𝑚2)(1000) 8.91𝑥10−04 𝐷 𝐸 = 0.017 3𝑥10−7 = 56666.66 Por lo tanto ℎ𝑙 = 𝑓𝑡 ∗ 𝐿 𝐷 * 𝑉2 2𝑔 ℎ𝑙 = .025 ∗ 1𝑚 0.017𝑚 ∗ 1.412 𝑚 𝑠 (2)(9.81) ⌂P= 𝑓𝑡 2𝐷 ρ𝑉2 ⌂P= .025 2 0.017 1000 (1.41)2 ⌂P=1461.8 Pa ⌂P=1461.8Pa( 1 𝑏𝑎𝑟 100,000𝑃𝑎 )( 1000𝑚𝑏𝑎𝑟 1 𝑏𝑎𝑟 ) Flujo ( 𝑳𝒕𝒔 𝒎𝒊𝒏 ) 𝑽( 𝒎 𝟑 𝒔𝒆𝒈 ) ∆𝑷 𝒓𝒆𝒂𝒍(mbar) ∆𝑷 𝒄𝒂𝒍(mbar) 19.2 3.2x10−04 𝑚3 𝑠𝑒𝑔 11.7 14.61
- 36. REDUCCIÓN Datos: N𝑅𝑒 = 𝑣𝑑𝜌 𝜇 𝑁𝑅𝑒 = (1.80 𝑚 𝑠 )(0.0146𝑚)( 1000𝑘𝑔 𝑚3 ) 8.91𝑋10−4 𝑝𝑎 ∗ 𝑠 = 29,494.94 𝑣 = Ʋ 𝐴 Ʋ = 3.01𝑋10−4 𝑚3 /𝑠 𝐴 = 𝜋𝑑2 4 =1.67𝑋10−4 𝑚2 Rugosidad: 𝐷 𝜀 = 0.0146 3.0𝑋10−7 = 48,666.6 f=0.025 Caída de presión: ℎ𝐿 = 𝑓 ∗ 𝐿 𝐷 ∗ 𝑣 2𝑔 2 ℎ𝐿 = 0.025 ∗ 0.15𝑚 0.0146𝑚 ∗ 1.80𝑚 𝑠 2 2 9.81 = 0.0424 Δ𝑃 = 𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2 2𝑑 ∆𝑃 = 0.025 ∗ 0.15𝑚 ∗ 1000𝑘𝑔 𝑚3 ∗ (1.8𝑚/𝑠)2 2 ∗ 0.0146
- 37. REDUCCIÓN TUBO COMPLETO Datos: 𝑣 = Ʋ 𝐴 Ʋ = 3.01𝑋10−4 𝑚3 /𝑠 𝐴 = 𝜋𝑑2 4 =2.26𝑋10−4 𝑚2 𝑅𝑒 = 𝑣𝑑𝜌 𝜇 = (1.33 𝑚 𝑠 )(0.0170𝑚)( 1000𝑘𝑔 𝑚3 ) 8.91𝑋10−4 𝑝𝑎∗𝑠 = 25,375 Rugosidad: 𝐷 𝜀 = 0.0170 3.0𝑋10−7 = 56,666.6 F=0,024 Caída de presión: ℎ𝐿 = 𝑓 ∗ 𝐿 𝐷 ∗ 𝑣 2𝑔 2 ℎ𝐿 = 0.024 ∗ 0.85𝑚 0.0170𝑚 ∗ 1.33𝑚 𝑠 2 2 9.81 = 0.108 Δ𝑃 = 𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2 2𝑑 ∆𝑃 = 0.024 ∗ 0.85𝑚 ∗ 1000𝑘𝑔 𝑚3 ∗ (1.33𝑚/𝑠)2 2 ∗ 0.0170𝑚
- 38. ENSANCHAMIENTO Datos: 𝑅𝑒 = 𝑣𝑑𝜌 𝜇 = (0.47 𝑚 𝑠 )(0.029𝑚)( 1000𝑘𝑔 𝑚3 ) 8.91𝑋10−4 𝑝𝑎 ∗ 𝑠 = 15,583.4 𝑣 = Ʋ 𝐴 Ʋ = 3.16𝑋10−4 𝑚3/𝑠 𝐴 = 𝜋𝑑2 4 =6.60𝑋10−4 𝑚2 Para la rugosidad 𝐷 𝜀 = 0.029 3.0𝑋10−7 = 96,666 f=0.027 Caída de presión: ℎ𝐿 = 𝑓 ∗ 𝐿 𝐷 ∗ 𝑣 2𝑔 2 ℎ𝐿 = 0.027 ∗ 0.15𝑚 0.029𝑚 ∗ 0.47𝑚 𝑠 2 2 9.81 = 1.57𝑋10 − 3 Δ𝑃 = 𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2 2𝑑 ∆𝑃 = 0.027 ∗ 0.15𝑚 ∗ 1000𝑘𝑔 𝑚3 ∗ (0.47𝑚/𝑠)2 2 ∗ 0.029
- 39. ENSANCHAMIENTO TUBO COMPLETO Datos: 𝑅𝑒 = 𝑣𝑑𝜌 𝜇 𝑅𝑒 = (1.39 𝑚 𝑠 )(0.017𝑚)( 1000𝑘𝑔 𝑚3 ) 8.91𝑋10−4 𝑝𝑎 ∗ 𝑠 = 26520.7 𝑣 = Ʋ 𝐴 Ʋ = 3.15𝑋10−4 𝑚3/𝑠 𝐴 = 𝜋𝑑2 4 =2.26𝑋10−4 𝑚2 Rugosidad: 𝐷 𝜀 = 0.017 3.0𝑋10−7 = 56,666 f=0.025 Caída de presión: ℎ𝐿 = 𝑓 ∗ 𝐿 𝐷 ∗ 𝑣 2𝑔 2 ℎ𝐿 = 0.025 ∗ 0.85𝑚 0.017𝑚 ∗ 1.39𝑚 𝑠 2 2 9.81 = 0.123 Δ𝑃 = 𝑓 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑣^2 2𝑑 ∆𝑃 = 0.025 ∗ 0.85𝑚 ∗ 1000𝑘𝑔 𝑚3 ∗ (1.39𝑚/𝑠)2 2 ∗ 0.017
- 40. REDUCCIÓN Otra manera de obtener el resultado: (consideramos algunos datos iguales) Re= 29,494.94 A= 1.67𝑋10−4 𝑚2 f=0.025 V= 1.80 m/s Ahora debemos obtener K 𝑘 = ( 𝑑22 𝑑12 − 1)2 = ( 0.01462 0.01702 − 1)2 𝑘 = 0.07 ℎ𝑙 = 𝑘 𝑣2 2𝑔 = 0.07 1.802 2 ∗ 9.81 ℎ𝑙 = 0.011 ∆𝑝 = ℎ𝑙 ∗ 𝛾 ∆𝑝 = (0.011)(9780 𝑁/𝑚3) ∆𝑝 = 107.58 𝑃𝑎 ∆𝑝 = 1.07 𝑚𝑏𝑎𝑟
- 41. ENSANCHAMIENTO Otra manera de obtener el resultado: (consideramos algunos datos iguales) Re= 15,583.4 A=2.26𝑋10−4 𝑚2 f=0.027 V= 1.39 m/s Ahora debemos obtener K 𝑘 = ( 𝑑22 𝑑12 − 1)2 = ( 0.02862 0.01702 − 1)2 𝑘 = 0.465 ℎ𝑙 = 𝑘 𝑣2 2𝑔 = 0.465 1.392 2 ∗ 9.81 ℎ𝑙 = 0.045 ∆𝑝 = ℎ𝑙 ∗ 𝛾 ∆𝑝 = (0.045)(9780 𝑁/𝑚3) ∆𝑝 = 440.1 𝑃𝑎 ∆𝑝 = 4.401 𝑚𝑏𝑎𝑟
- 42. Flujo (l/min) Valor Observado (mbar) Valor Calculado (mbar) Reducción 18.1 27.7 1.07 Ensanchamiento 19 1 4.401
- 43. CODOS hL= 𝑓𝑥(𝐿𝑒 ∗ 𝑑)𝑥 𝑣2 2𝑔 𝑄 = 𝑚3 𝑠 𝑉 = 𝑚 𝑠 𝑑 = 𝑚 𝐴 = 𝑚2 𝑓 = 𝑎𝑑 ℎ𝐿 = 𝑚 𝑑𝑃 = 𝑚𝑏𝑎𝑟 𝑑𝑃 = ℎ𝐿 𝑋 𝑃𝑒 Q V d A Le*d f hL dP teo. dP real codo L. 90 1 3.06E-04 1.35 0.017 2.27E-04 20 0.028 0.052 5.1 4.3 2 3.05E-04 1.34 0.017 2.27E-04 20 0.028 0.051 5.0 5.9 3 3.03E-04 1.33 0.017 2.27E-04 20 0.028 0.05 4.9 5.1 codo 90 4 3.08E-04 1.36 0.017 2.27E-04 30 0.028 0.079 7.75 8.2
- 44. VÁLVULA DE RETENCIÓN DE BOLA Datos: 𝑘 = 3.5 𝛾 = 9780 𝐷 = 0.02𝑚 𝑄 = 17.9 𝑙𝑡𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 2.98 × 10−4 𝑚3 𝑠 𝐴 = 𝜋𝐷2 4 = 3.14 × 10−4 𝑚2 𝑣 = 𝑄 𝐴 = 0.94𝑚/𝑠 Caída de presión: ℎ 𝐿 = 𝑘 𝑣2 2𝑔 ℎ 𝐿 = 3.5 0.942 2𝑔 Δ𝑃 = −ℎ 𝐿 𝛾 Δ𝑃 = 0.1606 9780 Δ𝑃 = 1571.23𝑃𝑎
- 45. VÁLVULA DE DIAFRAGMA Datos: Válvula completamente abierta. 𝑘 = 5 𝛾 = 9780 𝐷 = 0.02𝑚 𝑄 = 17.3 𝑙𝑡𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 2.88 × 10−4 𝑚3 𝑠 𝐴 = 𝜋𝐷2 4 = 3.14 × 10−4 𝑚2 𝑣 = 𝑄 𝐴 = 0.9171𝑚/𝑠 Caída de presión: ℎ 𝐿 = 𝑘 𝑣2 2𝑔 ℎ 𝐿 = 5 0.91712 2𝑔 Δ𝑃 = −ℎ 𝐿 𝛾 Δ𝑃 = 0.2143 9780 Δ𝑃 = 2096.25𝑃𝑎
- 46. VÁLVULA DE ASIENTO INCLINADO Datos: Válvula completamente abierta. 𝑘 = 1.5 𝛾 = 9780 𝐷 = 0.02𝑚 𝑄 = 17.8 𝑙𝑡𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 2.96 × 10−4 𝑚3 𝑠 𝐴 = 𝜋𝐷2 4 = 3.14 × 10−4 𝑚2 𝑣 = 𝑄 𝐴 = 0.9426𝑚/𝑠 Caída de presión: ℎ 𝐿 = 𝑘 𝑣2 2𝑔 ℎ 𝐿 = 1.5 0.94262 2𝑔 Δ𝑃 = −ℎ 𝐿 𝛾 Δ𝑃 = 6.79 × 10−2 9780 Δ𝑃 = 664.33Pa
- 47. COMPARACIÓN VÁLVULAS Cerrado Flujo 𝚫𝑷 𝒓𝒆𝒂𝒍 𝚫𝑷 𝒄𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 Retención de Bola 0% 17.9 14.4 15.71 Diafragma 0% 17.3 35 20.96 Asiento Inclinado 0% 17.8 -11.2 6.66
- 48. CONCLUSIONES
- 49. Al momento de realizar la practica, fue sencillo utilizar la mesa hidrodinámica para poder calcular los flujos y caídas de presión en diferentes tubos con y sin accesorios, aunque al momento de calcular manualmente estas propiedades tuvimos un poco de dificultad al momento de utilizar accesorios, pero al final utilizamos dos ecuaciones diferentes y los resultados obtenidas con estas dos eran similares, así mismo al comparar los resultados observados y calculados, la gran mayoría eran similares, de esta manera aprendimos a medir caídas de presión y flujos en diferentes tubos con y sin accesorios de manera diferente.