Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias Extractivas Departamento de Ingeniera Qumica Petrolera Prof. Jos Manuel Medina Huerta Laboratorio de Flujo de Fluidos Prctica 1. Introduccin a Flujo de Fluidos Equipo #4 Alvarado Navarrete Guillermo Escoto Estrella Hugo Ernesto Prez Cruz Edgar Snchez Pinto Esa Vallejo Landa Alejandra Grupo: 4PM1 Horario: Lunes de 9:00 -11:00 am Fecha de entrega: 20 de febrero de 2012.

1.1 Objetivos. Objetivo General. Proporcionar los conocimientos bsicos relacionados con el flujo de fluidos en un sistema de tuberas. Objetivos Particulares. a) Conocer los conceptos tericos bsicos de flujo de flujo de fluidos. b) Conocer los componentes y la simbologa utilizada en el manejo de flujo de fluidos. c) Conocer la aplicacin de los fluidos en la vida cotidiana y en la industria. 1.2 Sntesis de la teora. Fluido. Los son aquellos cuerpos (lquidos y gases) que, no teniendo forma propia cambian de forma sin esfuerzo. Viscosidad (mu). Propiedad distintiva de los fluidos. Est ligada a la resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un fuerzo de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el comportamiento entre fluidos y slidos. Los fluidos pueden ser clasificados de acuerdo a la relacin que exista entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformacin. Si aumenta la temperatura aumenta la viscosidad en los gases y disminuye la viscosidad en los lquidos. F/A = dv / dx Sus unidades, las ms comunes: SI 1kgf=9.81 Newtons, 1cp= 10 poise o en micropoises (1 p = 106 poise). Densidad (). Es la cantidad de materia por unidad de volumen de una sustancia. = m /V Densidad relativa (r). Es la relacin entre la masa de una sustancia respecto a la masa que se tendra de agua a igualdad de volumen, el caso de lquidos y para gases con respecto al aire. r = m sustancia para lquidos /m agua r = m gas para gases /m aire Volumen especfico (). Es la inversa de la densidad, por tanto es le volumen por unidad de masa.

= V /m

Peso especfico (w). Corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen. Es una propiedad derivada de la densidad, y es el producto de esta por la aceleracin de la gravedad entre la aceleracin de la gravedad especfica.

w = Peso especifico = Densidad del fluido g = Aceleracin de la gravedad gc = Aceleracin de la gravedad especifica Gravedad especfica. La gravedad especifica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 4 C, o, es el cociente del peso especifico de una sustancia entre el peso especifico del agua a 4 C. Nmero de Reynolds: El valor numrico de una combinacin adimensional de estas cuatro variables, conocido como el nmero de Reynolds, puede considerarse como la relacin de las fuerzas dinmicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de deformacin ocasionados por la viscosidad. Para estudios tcnicos, el rgimen de flujo en tuberas se considera como laminar si el nmero de Reynolds es menor que 2 000 y turbulento si el nmero de Reynolds es superior a 4 000. Entre estos dos valores est la zona denominada crtica donde el rgimen de flujo es impredecible, pudiendo ser laminar, turbulento o de transicin, dependiendo de muchas condiciones con posibilidad de variacin. La experimentacin cuidadosa ha determinado que la zona laminar puede acabar en nmeros de Reynolds tan bajos como 1 200 o extenderse hasta los 40 000, pero estas condiciones no se presentan en la prctica. El nmero de Reynolds es:

Vlvulas: La variedad en diseos de vlvulas dificulta una clasificacin completa.

Accesorios: Los acoplamientos o accesorios para conexin se clasifican en: de derivacin, reduccin, ampliacin y desviacin. Los accesorios como tes, cruces, codos con salida lateral, etc., pueden agruparse como accesorios de derivacin. Los conectores de reduccin o ampliacin son aquellos que cambian la superficie de paso del fluido. En esta clase estn las reducciones y los manguitos. Los accesorios de desvo, curvas, codos, curvas en U, etc., son los que cambian la direccin de flujo. Se pueden combinar algunos de los accesorios de la clasificacin general antes mencionada. Adems, hay accesorios como conexiones y uniones que no son resistentes al flujo, motivo por el cual no se consideran aqu. Si las vlvulas se clasificaran segn su resistencia que ofrecen al flujo, las que presentan un paso directo del flujo, como las vlvulas de compuerta, bola, macho y de mariposa pertenecen al grupo de baja resistencia; las que tienen un cambio en la direccin del flujo, como las vlvulas de globo y angulares, estn en el grupo de alta resistencia. Ecuacin general de energa Teorema de Bernoulli El teorema de Bernoulli es una forma de expresin de la aplicacin de la ley de la conservacin de la energa al flujo de fluidos en una tubera. La energa total en un punto cualquiera por encima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia, es igual a la suma de la altura geomtrica, la altura debida a la presin y la altura debida a la velocidad. Si las prdidas por rozamiento se desprecian y no se aporta o se toma ninguna energa del sistema de tuberas (bombas o turbinas), la altura total H en la ecuacin anterior permanecer constante para cualquier punto del fluido. Sin embargo, en la realidad existen prdidas o incrementos de energa que deben incluirse en la ecuacin de Bernoulli. Por lo tanto, el balance de energa puede escribirse para dos puntos del fluido. Ntese que la prdida por rozamiento en la tubera desde el punto uno al punto dos (h,) se expresa como la prdida de altura en metros de fluido (pies de fluido). Medidores de Flujo. Son dispositivos empleados para medir la velocidad a la cual un fluido esta fluyendo a travs de de una tubera o canal. Y se clasifican como se muestra a continuacin:

Simbologa Vlvula (VC) de compuerta Vlvula de globo (VG) Vlvula (VB) de bola

V-1

Vlvula check (VCH)

Vlvula reductora (PCV)

de de

control Vlvula de diafragma (VD) presin

V-4Vlvula de aguja (VA)

V-2

V-3

Vlvula de control de nivel operada por flotador (LCV)

Bomba centrifuga

V-5V-1

E-1

Reduccin de dimetro roscada

Codos

Tanque atmosfrico sin tapa

V-6

E-2

Tanque atmosfrico con tapa

Indicador de nivel conectado al tanque externamente

Indicador de presin montado en el tablero

I-1

E-3

Indicador de presin montado detrs del tablero

Indicador de presin diferencial montado en el tablero

Transmisor de presin diferencial montado en campo

Tabla de ecuaciones bsicas Cantidad fsica Cada de presin practica Ecuacin Anlisis dimensional Funcin Al determinar la cada de presin en una tubera, se determina indirectamente la energa perdida por el rozamiento del fluido con las paredes internas del tubo. El gasto volumtrico es la relacin entre la cantidad de fluido que pasa a travs de un punto dado, expresado en unidades de volumen, en un determinado tiempo. El gasto masa es la cantidad de fluido, en unidades de masa, que pasa por un punto dado en determinado tiempo.

Gasto volumtrico

Gasto masa

Reynolds

El nmero de Reynolds es un factor que indica que tipo de flujo presenta un fluido dentro del sistema de tuberas. El nmero de Reynolds modificado permite conocer qu tipo de flujo presenta un fluido que circula a travs de una columna empacada.

Reynolds modificado

Tabla de ecuaciones bsicas Cantidad fsica Cada de presin terica Ecuacin Anlisis dimensional Funcin La cada de presin terica predice la energa que existir en el flujo de un fluido dentro de una tubera, tomando en cuenta las caractersticas del fluido y la tubera. Indica la energa y velocidad de un fluido.

Velocidad

Altura

Energa total de un fluido expresada en unidades de longitud. Rugosidad relativa Es la relacin de la rugosidad absoluta para cada material, entre el valor del dimetro interno real de la tubera a manejar. Coeficiente que indica cuanta presin se recupera de la presin original. La placa de orificio es un dispositivo que consiste en una reduccin en la seccin de flujo de una tubera, de modo que se produzca una cada de presion, a consecuencia del aumento de velocidad.

Rugosidad relativa

Coeficiente de descarga de placa de orificio adimensional

Tabla de ecuaciones bsicas

Cantidad fsica Coeficiente de descarga del tubo Venturi

Ecuacin

Anlisis dimensional

Funcin Coeficiente que indica cuanta presin se recupera de la presin original. Este medidor es el ms exacto teniendo una mnima perdida de presin permanente y permitiendo el paso de 1.6 veces ms el flujo que la placa de orificio Termino que mide la longitud equivalente en unidades de tubo recto. Es el trmino de longitud equivalente que se expresa en relacin al dimetro del tubo. Esta forme de expresin es comn de encontrar en la literatura para vlvulas y conexiones, presenta la ventaja que la longitud equivalente es independiente del dimetro de la tubera, es

adimensional

Longitud equivalente absoluta

Longitud equivalente relativa

decir, que un mismo tipo de accesorio de cualquier dimetro, tendr el mismo valor numrico para su longitud equivalente.

CONCLUSIONES Esta prctica fue de suma importancia ya que es una breve, pero suficiente introduccin para saber qu es lo que veremos en el laboratorio de flujo de fluidos, conocimos conceptos bsicos y necesarios, que algunos ya debemos saberlos y si no es as asimilarlos de la manera ms rpida posible porque se utilizaran de aqu en adelante en nuestra etapa que falta como estudiantes as como en la etapa en la que empecemos a laborar, tambin aprendimos caractersticas principales y definiciones de equipos que utilizaremos as como su respectiva simbologa que servir para construir diagramas de flujo y las ecuaciones bsicas y principales para hacer los respectivos clculos en cada una de las practicas.

EDGAR PREZ CRUZ

BIBLIOGRAFIA

MOLT, Robert L.,Mecnica de Fluidos Aplicada, Ed. Pretice Hall; Mxico, 1996,145147pp.

Bird,R.B., Fenmenos de Transporte, Ed.Reverte;Espaa,1996,184-155 pp.