Practica 2 Tuberia en Serie y Paralelo
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA-IZTAPALAPA LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS PROFESOR: DR. JAIME VERNON CARTER PRACTICA 2: Comprobación de la ecuación de continuidad en tuberías, caída de presión y flujo volumétrico así como la pérdida de energía mecánica por fricción en tuberías y accesorios. INTEGRANTES DEL EQUIPO: Farías Saldívar Marco Antonio López Juárez Carolina Rivas Balderas José Evodio
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Tuberias y canales
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UNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANA-IZTAPALAPALICENCIATURA EN INGENIERA QUMICA
LABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS
PROFESOR: DR. JAIME VERNON CARTER
PRACTICA 2: Comprobacin de la ecuacin de continuidad en tuberas, cada de presin y flujo volumtrico as como la prdida de energa mecnica por friccin en tuberas y accesorios.
INTEGRANTES DEL EQUIPO:Faras Saldvar Marco Antonio Lpez Jurez Carolina Rivas Balderas Jos Evodio Zamitiz de la Luz Juan Carlos
Objetivo:
Comprobar experimentalmente la ecuacin de continuidad, cadas de presin y flujo volumtrico, usando el banco de tuberas en serie y paralelo.
Introduccin:
El flujo de un lquido en una tubera conlleva a tener perdida de energa y esta misma se puede expresar en trminos de la longitud y a esto se le conoce como perdida de carga.
El estudio del flujo en sistemas de tuberas es una de las aplicaciones ms comunes de la mecnica de fluidos, esto ya que en la mayora de las actividades humanas se ha hecho comn el uso de sistemas de tuberas. Por ejemplo la distribucin de agua y de gas en las viviendas, el flujo de refrigerante en neveras y sistemas de refrigeracin, el flujo de aire por ductos de refrigeracin, flujo de gasolina, aceite, y refrigerante en automviles, flujo de aceite en los sistemas hidrulicos de mquinas, el flujo de gas y petrleo en la industria petrolera, flujo de aire comprimido y otros fluidos que la mayora de las industrias requieren para su funcionamiento, ya sean lquidos o gases.
El transporte de estos fluidos requiere entonces de la elaboracin de redes de distribucin que pueden ser de varios tipos en este informe hablaremos de:
Tuberas en serie. Tuberas en paralelo.
Tuberas en serie
Se habla de tuberas en serie cuando se quiere llevar el fluido de un punto a otro punto por un solo camino (Ver en imagen 1).
En este caso se cumplen las leyes siguientes:
Los flujos volumtricos son los mismos para cada uno de los tramos de tubera:
Las prdidas de carga de cada una de las secciones se suman:
Un sistema de tuberas en serie est formado por un conjunto de tuberas conectadas una a continuacin de la otra y que comparten el mismo flujo volumtrico. Las tuberas pueden o no tener diferente seccin transversal. Para un sistema de tuberas en serie el caudal es el mismo en todas las tuberas por lo tanto la masa se conserva la ecuacin de continuidad es:
Donde:
Tuberas en paralelo
Se habla de tuberas paralelo cuando se establecen varios caminos para llevar el fluido de un punto a otro; (Ver imagen 2).
En este caso se cumplen las leyes siguientes:
El caudal total ser igual a la suma de los caudales de cada rama:
La prdida de carga ser la misma en cada una de las ramas:
Esto hace que los caudales de cada rama se ajusten de manera que se produzca la misma prdida de carga en cada rama de tubera, entre el punto 1 y el punto 2 para el ejemplo.
Se define la prdida de carga primaria, a la prdida de carga producida en la tubera, en este caso se llama carga primaria a la cada de presin.
ECUACIONES DE TRABAJO:
De acuerdo a la expresin general para calcular las prdidas por friccin, escrita anteriormente se tiene que:
En base a la literatura podemos encontrar las siguientes expresiones para el clculo de prdidas por friccin en tubos: Las ecuaciones y correlaciones para los accesorios usados en la experimentacin son:
Ecuacin de Bernoulli(General)ecuacin 1
Ecuacin de BernoulliZ1= Z2=0; v1=v2ecuacin 1.1
Ecuacin de manmetro diferencialecuacin 2
Nmero de Reynoldsecuacin 3
Ecuacin para perdidas en accesoriosecuacin 4
Ecuacin para determinar la longitud equivalenteecuacin 5
Ecuacin para longitud equivalente en trminos de prdidas de energa en accesorios.ecuacin 6
Ecuacin de Caudal
ecuacin 7
Desarrollo experimental:
MATERIALES Banco de Tubos Cronmetro VernierSUSTANCIAS Agua
Anlisis de la prctica:
Parte experimental 1.
Se utiliz el banco de tuberas (ver en imagen 1), y se propuso un arreglo de tubera en serie (ver el diagrama 1) lo cual la descripcin del diagrama es el siguiente:
Descripcin del diagrama:En el tubo 1 tenemos que la cada de presin es: En el tubo 2 tenemos que la cada de presin es: En el tubo 3 tenemos que la cada de presin es:
Se encendi la bomba para que iniciara a circular el flujo de agua por la red de tuberas, en ese momento se midi cada una de las presiones con un manmetro de mercurio, en los diferentes puntos que se muestran en el diagrama 1, se aproxim el flujo volumtrico tomando en cuenta la descarga al tanque de medicin volumtrica del banco de tuberas y con un cronmetro (cronmetro de un celular), tomando como referencia 5litros, 10 litros, 15litros y 20 litros de agua en dicho tiempo.
Al tener los datos obtenidos de las cadas de presin en los diferentes puntos que se muestran en el diagrama 1 y el flujo volumtrico, se realizaron los clculos de velocidad en los diferentes dimetros de las tuberas. (Los clculos se encuentran en el apndice B)
Tabla 1. Datos de flujo de tubera en serie
Observaciones:
En los datos de la tabla 1 se puede observar que en toda la red de tuberas en serie, se comparte el mismo flujo volumtrico, pero como vara el dimetro de cada tubo, la velocidad tambin vara de igual manera el Reynolds y el P.Podemos observar tambin que la velocidad vara cuando el dimetro es pequeo y a consecuencia de esto mayor ser la velocidad de cada tubo.
Apndice A:
Imagen 1. Banco de tuberas
Diagrama 1. Arreglo en serie
Diagrama 2. Arreglo en paralelo
Tabla de dimetros para arreglo en paralelo:tuboDimetro (cm)11.6422.1731.3741.83Tabla de dimetros para arreglo en serie:tuboDimetro (cm)12.1721.3731.83
Apndice B:
Para el clculo de las velocidades, las cadas de presin y el Reynolds se utilizaron las siguientes formulas:
Velocidades, Cada de presin y Reynolds de los tubos 1, 2 y 3 con un volumen de 0.005m3
m/s Pa
m/s Pa 92881.35
m/s Pa 69332.0039
Velocidades, Cada de presin y Reynolds de los tubos 1, 2 y 3 con un volumen de 0.01m3
m/s Pa
m/s Pa 103125.62
m/s Pa 76995.014
Velocidades, Cada de presin y Reynolds de los tubos 1, 2 y 3 con un volumen de 0.015m3
m/s Pa
m/s Pa 92881.35
m/s Pa 69332.0039
Velocidades, Cada de presin y Reynolds de los tubos 1, 2 y 3 con un volumen de 0.02m3
m/s Pa
m/s Pa 92881.35
m/s Pa 69332.0039
Para calcular las prdidas de friccin se tiene:
(4)
Hacemos los clculos para un volumen de 0.005m3
Calculamos el factor de friccin para el primer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el segundo tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el tercer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Sabemos que en una tubera en serie las prdidas de friccin son:
Hacemos los clculos para un volumen de 0.01m3
Calculamos el factor de friccin para el primer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el segundo tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el tercer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Sabemos que en una tubera en serie las prdidas de friccin son:
Hacemos los clculos para un volumen de 0.015m3
Calculamos el factor de friccin para el primer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el segundo tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el tercer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Sabemos que en una tubera en serie las prdidas de friccin son:
Hacemos los clculos para un volumen de 0.02m3
Calculamos el factor de friccin para el primer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el segundo tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Calculamos el factor de friccin para el tercer tubo y la longitud total del tubo con los accesorios.
La prdida de friccin es:
Sabemos que en una tubera en serie las prdidas de friccin son:
Observaciones: se puede observar que el factor de friccin solo varia con respecto al volumen de 0.005m3 y 0.01m3 y que respecto a los dems volmenes el factor es el mismo que el de 0.005m3 esto se debi a que la velocidad varia respecto al tiempo del volumen 0.01m3 .
FLUJO EN PARALELO
Tubo 1
Tubo 2
Tubo 3
Tubo 4
Con esta ecuacin calcularemos el factor de friccin para cada uno----------------- Factor de friccin
El flujo en paralelo total ser igual a la suma de los caudales de cada rama:
La prdida de carga ser la misma en cada una de los tubos:
Calculamos las prdidas de friccin por cada tubo:
Ahora calcularemos las velocidades y las compararemos con los resultados obtenidos en el laboratorio.Balance general de energa mecnica
Como estamos trabajando tubos horizontales en paralelo no tenemos cambios de altura, por lo tanto , la velocidad es despreciable y queda asi:
Y despejamos la velocidad:
Tubo 1
Tubo 2
Tubo 3
Tubo 4
El flujo total
Datos TericosFlujo volumtricoVelocidadFactor de friccin
Tubo 119629290.01
Tubo 232698840.01
Tubo 31403951.70.01
Tubo 424839440.01
Datos ExperimentalesFlujo volumtricoVelocidadFactor de friccin
Tubo 1223010550.01
Tubo 235009460.01
Tubo 3195013230.01
Tubo 4283010760.01
Porcentaje de error
Observaciones: los factores de friccin fueron los mismos en cada una de las tuberias.
Apndice C: Problema de los Tres Reservorios
Qa= Qb+QcVc=
