UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERO QUÍMICO

REPORTE DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO NO. 4

“DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE RESISTENCIA EN ACCESORIOS”

REPORTE QUE PRESENTAN:Alanis González Gustavo

Alcántara Montes de Oca José EnriqueGarduño Duran Daniel Alejandro

Pamplona Vidrio Héctor UrielPulido Nolasco Julio Jesús

Rojas Frausto Armando

“LABORATORIO DE FLUJO Y TRANSFERENCIA DE CALOR”

ING. KARLA ZAMARRÓN ONTIVEROS DRA. RUBI ROMERO ROMERO

GRUPO: 65

Toluca, México. A 3 de Abril de 2014

RESUMEN

Es de suma importancia que un ingeniero químico sea capaz de seleccionar los

accesorios adecuados, y determinar el lugar punto adecuado en el cual se deban

de colocar en el sistema de tuberías, esta es una herramienta muy utilizada en la

industria y nos es de utilidad para el diseño, instalación y selección de un sistema

de tuberías.

El factor de fricción es un parámetro adimensional que se utiliza para calcular la

perdida de carga, el coeficiente de resistencia es un valor constante, que se

calcula para saber la cantidad de “energía” que se pierde en un proceso y en este

caso que tanta energía se pierde en los accesorios para transportar el fluido para

calcularlo debemos hacer de 10 o 15 mediciones de los accesorios: Codo de 90 °,

Codo de 45°, T lineal y T lateral, Y lineal y Y lateral, expansión, reducción,

aumentando el flujo volumétrico para cada uno de los accesorios midiendo el

volumen, tiempo y caída de presión y posteriormente debemos calcular flujo

volumétrico, velocidad, número de Reynolds, el factor de fricción para accesorios y

hacer una gráfica de velocidad contra caída de presión para cada accesorio.

MARCO TEÓRICO

Las instalaciones industriales, en su mayor parte están constituidas por válvulas y

accesorios, por lo que es necesario que el ingeniero químico conozca y maneje

información sobre la resistencia al flujo en válvulas y accesorios, para diseñar y/u

operar un sistema de tuberías completo.

Los acoplamientos o accesorios para conexión se clasifican en: de derivación,

reducción, ampliación y desviación. Los accesorios como tess, creces, codos con

salida lateral, etc., pueden agruparse como accesorios de derivación. Los

conectores de reducción o ampliación son aquellos que cambian la superficie de

paso del fluido –reducciones-; los accesorios de desvío –curvas, codos, curvas en

U- son los que cambian la dirección de flujo.

Cuando un fluido se desplaza uniformemente por una tubería recta, larga y de

diámetro constante, la configuración del flujo indicada por la distribución de la

velocidad sobre el diámetro de la tubería adopta una forma característica;

cualquier obstáculo en la tubería cambia la dirección de la corriente en forma total

o parcial, altera la configuración característica del flujo y ocasiona turbulencia,

causando una pérdida de energía mayor de la que normalmente se produce en un

flujo por una tubería recta. Ya que los accesorios en una línea de tuberías alteran

la configuración de flujo, producen una pérdida de presión adicional. La pérdida de

presión total producida por un accesorio consiste en: 1) la pérdida de presión

dentro del accesorio, 2) la pérdida de presión en la tubería de entrada es mayor de

la que se produce normalmente si no existe un accesorio en la línea, este efecto

es pequeño, 3) la pérdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se

produce normalmente si no hubiera un accesorio en la línea, este efecto puede ser

muy grande.

PERDIDAS SECUNDARIAS:

También conocidas como perdidas locales o puntuales, las cuales son originadas

por una infinidad de accesorios que se ubican dentro de un sistema de tuberías,

como por ejemplo:

Válvulas.

Codos.

Niples.

Reducciones.

Ensanchamientos.

Uniones universales.

Etc.

La expresión para evaluar las perdidas secundarias (en metros de columna del

fluido) es la siguiente:

hfs=K∗L∗V 2

2g∗D

Donde K es la constante para cada accesorio y depende del tipo de accesorio ,

material y diámetro.

Luego la longitud equivalente será:

Leq=K∗Df

La longitud equivalente se puede hallar en manuales y libros.

En el equipo FME-05 de pérdidas de carga local estudia las pérdidas de energía

cinética de un fluido que circula por una tubería. Estas se deben principalmente a

variaciones bruscas de velocidad causadas por:

Cambios bruscos de sección.

Perturbación del flujo normal de la corriente, debido a cambios de

dirección provocadas por la existencia de un codo, curva , etc.

Rozamiento o fricción.

Las pérdidas de carga que sufre un fluido al atravesar todos los elementos

expresada en metros del fluido , puede calcularse con la siguiente expresión :

∆ hfs=K∗V 2

2 g

Dónde:

K = coeficiente de pérdidas de carga.

V= velocidad del fluido.

∆h = diferencia de altura manométrica.

g= gravedad.

OBJETIVO PROPUESTO

Mediante las mediciones de la diferencia de presiones en el flujo de los distintos

accesorios a estudiar, así como el volumen medido y el tiempo que tarda en

completarse ese volumen, nos darán la información suficiente para calcular el flujo

volumétrico, su velocidad, no. De Reynolds y su factor de fricción de cada uno de

los accesorios presentes en el equipo de laboratorio.

HIPÓTESIS PROPUESTA

El flujo volumétrico y la velocidad del fluido se incrementaran en accesorios de

estrangulación y disminuirá en accesorios de desviación o bifurcación; mientras

que el no. de Reynolds y el factor de fricción se verán afectados principalmente

por el tipo de tubería, los cuales incrementaran en tuberías rugosas y disminuirán

en tuberías lisas.

COMPROBACIÓN DE HIPÓTESIS

Mediante los resultados calculados ya obtenidos podemos observar que la

velocidad del fluido es afectado principalmente por el diámetro de la tubería, el

flujo volumétrico depende del tipo de accesorio y la caída de presión presente en

el sistema, ya que entre más grande o pequeña sea la caída de presión más

grande o pequeña será el flujo volumétrico; el no. de Reynolds se ve afectado

directamente proporcional a la velocidad del fluido, así como del diámetro de la

tubería; y el factor de fricción se modifica según sea el tipo y diámetro de la

tubería.

DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO

En la realización de esta práctica utilizando el equipo de flujo de fluidos se planea

determinar experimentalmente el coeficiente de fricción ejercido en distintos tipos

de accesorios en un sistema de tuberías fabricado de acero galvanizado para

compararlos con los valores reportados en la bibliografía lo cual nos permitirá

aplicar los conocimientos adquiridos en la asignatura de flujo de fluidos y

fenómenos de transporte, lo cual nos permite apreciar físicamente los efectos de

la caída de presión, cambios en el diámetros de tubería y cambios de dirección en

el recorrido de un fluido a lo largo de una tubería. Ya que entre las distintas áreas

de trabajo y oportunidad del ingeniero químico el uso de sistemas de tuberías y

bombas implican el manejo de válvulas y accesorios los cuales faciliten el manejo

y distribución de distintos fluidos utilizados en una amplia gama de procesos

industriales y de enseñanza; es importante que el alumno observe el

comportamiento de este tipo de fenómenos físicos.

Los materiales a utilizar en está ´práctica son los siguientes:

1. Cronómetro

2. Probeta de 1 litro

3. Termómetro

Para la determinación experimental del coeficiente de fricción se llevará cabo la

siguiente metodología:

1. Prepara el equipo de tuberías de Flujo e Fluidos para iniciar operación*

2. Tomar de 10 a 15 lecturas de caída de presión manejando el fluido en flujos

turbulentos, haciendo pasar el fluido a través de los siguientes accesorios

- Codo de 90 °, codo de 45°, T lineal, T lateral, Y lineal, Y lateral, expansión y

reducción.

3. Al término de la toma de las lecturas, apagar y limpiar el equipo

Tabla 1. Accesorios y componentes del equipo de flujo de fluidos

4612 11

Número

Tubería

1 Entrada de agua a la tubería

2 Entrada de agua a la tina de recirculación

3 Tubería de Acero galvanizado d = 1 plg

4 Medidor de caída de presión

5 Tina de recirculación

6 Válvula de purga del sistema

7 Codo de 45°

8 Codo de 90°

9 T lineal y T lateral

10 Y lineal y Y lateral

11 Reducción de diámetro

12 Expansión de diámetro

5

2

1

8

9

10

7

Fig. 1 Equipo de flujo de fluidos