practica de laboratorio sobre caida de presion en un sistema de tuberías

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.

4. MARCO TEÓRICO

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

8. MATERIALES Y REACTIVOS

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.

20. PRUEBAS REALIZADAS

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

24. DATOS DE PRUEBA
OBSERVADOS

25. • ANTES DEL
MANTENIMIENTO

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

28. • DESPUÉS DEL
MANTENIMIENTO

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

32. DATOS DE PRUEBA
CALCULADOS

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.