Este documento presenta los resultados de una mesa de hidrodinámica que analizó la caída de presión y flujo en tuberías de diferentes materiales como galvanizado, cobre y PVC. Se midieron estas variables en tuberías rectas de cada material, así como en segmentos de PVC con reducción, sección corta y ensanchamiento. Los resultados muestran que el material y la geometría de la tubería afectan la caída de presión y el flujo.

1. Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Mexicali
Laboratorio Integral 1
Ingeniería Química
Alumnos:
Arteaga Valenzuela Kenya
García Badillo Kurt Michael Henry
Inzunza Sánchez Azarael de Jesús
Miguel Rosas Dania Janet
Rivera Solorio Jovany Sarahy
Profesor: Norman Edilberto Rivera Pazos
Tema: Mesa de Hidrodinámica
Mexicali, Baja California a 4 de diciembre del 2017

2. - Índice
- Marco teórico............................................................................................................ 3
- Materiales, equipos y sustancias.............................................................................. 8
- Procedimiento........................................................................................................... 8
- Resultados.............................................................................................................. 10
- Análisis ................................................................................................................... 13
- Conclusiones .......................................................................................................... 14

3. - Marco teórico
Perdida por Fricción en tuberías y accesorios:
En un Sistema de flujo con fluido adentro (una tubería) tiene tanto ganancias
de energía y perdidas de la misma llamadas fricción, si el fluido esta
circulando atreves del tubo, las pérdidas se deberán a los cambios del
tamaño de la trayectoria u otro factor seria que la tubería posea válvulas o
accesorios.
Estas siempre están presentes cuando un fluido se encuentre en
movimiento atreves de una tubería, ya que siempre habrá una resistencia
que se opone al movimiento fluido del mismo, (dirección del flujo), siendo
esto energía perdida por fricción. Para los Accesorios y Válvulas son
dispositivos encargados de controlar las direcciones y velocidades de flujo
volumétrico, pueden ocasionar turbulencias al fluido, teniendo una pérdida
de energía que se convierte en calor. Llamadas perdidas menores ya que el
sistema es grande ya que las pérdidas por fricción en las tuberías son mucho
más grandes comprándolas con las de válvulas o accesorios.
Clasificación de Ganancias y pérdidas de energía en tuberías:
𝒉 𝑳: Perdidas de energía del sistema por fracción en las tuberías, o perdidas
menores por válvulas y accesorios.
𝒉 𝑨: Energía que se agrega al fluido con un dispositivo mecánico; es común
que se le denomine carga total sobre la bomba.
𝒉 𝑹: Energía que se remueve el fluido por medio de un dispositivo mecánico.
Magnitud de pérdidas de energía que produce la fricción es directamente
proporcional a la carga de velocidad del fluido:

4. K: coeficiente de resistencia cuyo valor depende del material, tamaño y
forma.
Ecuación de Darcy:
Gracias a la ecuación de las pérdidas de fricción K está definida como un
valor dependiente del factor de fricción, forma y tamaño de la tubería.
𝒇: Factor de fricción (adimensional)
𝑳: Longitud de la tubería (𝑚).
𝑫𝒊𝒏𝒕: Diámetro interno de la tubería
(𝑚).
Tuberías: generalmente la mayoría
de los fluidos son trasportados por
tuberías de sección circular, en el
mercado existe una variedad muy
amplia de tubos y tuberías, de
diferentes materiales, diámetros y
formas. Las tuberías tienen las
paredes muy rugosas y los tubos
casi siempre tienen la pared muy
lisa. Existiendo así de diversos
tipos de materiales:
 Tuberías de acero.
 Tubos de acero
 Tubos de Cobre
 Tubos de hierro dúctil
 Tuberías y tubos de plástico.

5. Accesorios: cambios de dirección del flujo producidos por accesorios así
llamados a los codos y curvas que existen en las tuberías, estos cambios de
dirección producidos por los codos y curvas provocan un flujo más turbulento
que en las tuberías rectas, aumentando la corrosión y erosión de las
tuberías.
Válvulas: existe un gran número de válvulas de diferentes tamaños y formas
diferentes, aunque existe un gran número de válvulas, cada una sirve para
un diferente fin. Algunas sirven estando cerradas o completamente abiertas,
otras están diseñadas para regular el flujo, reduciendo la presión y la
velocidad de flujo del fluido, otras permiten el flujo en una sola dirección y
así podríamos hablas sobre muchos tipos de válvulas diferentes. En si las
válvulas sirven para controlar, detener o aislar equipos o tuberías que se
encuentren en mantenimiento.
Válvula de compuerta: esta se diseñó en dos tipos,
la compuerta de cuña, (asiento inclinado), siendo
esta la que se utiliza más, teniendo una cuña de material sólido, pero es
posible que sea también flexible (cortada parcialmente en mitades por un
plano en ángulo recto con la tubería) o dividida (cortada completamente por
ese plano).
Las cuñas flexibles y divididas minimizan el raspado de la superficie de
sellado, al distorsionarse con mayor facilidad para coincidir con los asientos
de mala alineación angular. Se utilizan válvulas de compuerta para
minimizar las caídas de presión en la posición abierta y para detener el flujo
de fluido más que para regularlo cuando la válvula se encuentra cerrada.

6. Válvula de diafragma: Utilizada para limitar las
presiones aprox. De 50lbf/in^2 siendo así excelentes
para fluidos que tienen solidos suspendidos y se
pueden colocar en cualquier posición.
El único mantenimiento que se requiere es el reemplazo del diafragma, que
se puede hacer con rapidez, sin retirar la válvula de la línea.
Válvula de bola: Estas válvulas están limitadas
a las temperaturas que tienen pocos efectos
sobre asientos de plástico, ya que el sellador es
una bola, su alineación con
el eje del vástago no es
esencial para el cierre
hermético. La diferencial de presión a través de
la válvula obliga a la bola en posición cerrada a
oprimirse contra el asiento de corriente abajo y
éste último contra el cuerpo. En una válvula de bola, el elemento de cierre
es esférico y los problemas de alineamiento y congelación del material son
menores que con una válvula de pistón. Esta se utiliza para la regularización.
Y es raro que se utiliza para el control del flujo.
Expansión:
Cuando el fluido pasa por una tubería de diámetro pequeño a otra más
grande se le llama expansión súbita, su velocidad tiende a disminuir de
manera rápida provocando turbulencia en el flujo por lo que genera perdida
de energía, dependiendo de la razón de los tamaños de las 2 tuberías.
La pérdida menor se calcula con esta ecuación:

7. 𝒗 𝟏 = 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒕𝒖𝒃𝒆𝒓𝒊𝒂 𝒎𝒂𝒔 𝒑𝒆𝒒𝒖𝒆ñ𝒂 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒆𝒙𝒑𝒂𝒏𝒔𝒊𝒐𝒏
𝑲 = [𝟏 − (
𝑨 𝟏
𝑨 𝟐
)]
𝟐
= [𝟏 − (
𝑫 𝟏
𝑫 𝟐
) 𝟐
]
𝟐
Contracción: la pérdida de energía causada por una contracción,
(disminución abrupta de la tubería por la cual transita el flujo).
𝒗 𝟐 = 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒕𝒖𝒃𝒆𝒓𝒊𝒂 𝒑𝒆𝒒𝒖𝒆ñ𝒂 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒅𝒆𝒃𝒂𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒐𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒄𝒊ó𝒏.
𝑲 = 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒅𝒆 𝒍𝒐𝒔 𝒕𝒂𝒎𝒂ñ𝒂𝒐𝒔 𝒅𝒆 𝒍𝒂𝒔 𝒕𝒖𝒃𝒆𝒓𝒊𝒂𝒔 𝒚 𝒔𝒖 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒂 𝒂𝒍 𝒒𝒖𝒆 𝒗𝒂 𝒆𝒍 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐.
Perdida de energía se calcula:

8. - Materiales, equipos y sustancias.
Materiales: Reactivos:
 Mesa Hidrodinámica Gunt
HM 112
 Mangueras para mesa
hidrodinámica
 Válvulas para mesa
hidrodinámica.
 Agua
 Ácido cítrico
- Procedimiento
1. Limpiar la Mesa para Hidrodinámica.
2. Conectar la Mesa para Hidrodinámica a la corriente.
3. Antes de empezar mediciones, conectar las mangueras el primero
tubo.
4. Tomar la temperatura del agua.
5. Verificar que el circuito se encuentre cerrado y no esté mal conectado
con otra tubería.
6. Prender el equipo, esperar un momento y tomar la lectura de
temperatura.
7. Antes de utilizar cualquier línea para realizar mediciones, se
desconectan las mangueras y se conectan a la línea que se utilizará.
Comprobar que el circuito se encuentre cerrado.
8. Se conectan las mangueras más chicas que se utilizarán para el
cálculo de la caída de presión, por la primera que pasa el flujo se
conecta en P1 y por la segunda que pasa el flujo se conecta en P2.
9. Se abren las válvulas donde se encuentran conectadas las mangueras
al mismo tiempo las dos válvulas.
10. Se purga, se enciende el equipo y se esperan aproximadamente
5 segundos para que no haya burbujas de aire en su interior.
11. Ya que no se vean burbujas, se apaga el equipo y al mismo
tiempo se cierra la válvula inicial.
12. Se desconectan las mangueras chicas de medición de presión.
13. En la carátula, la presión se pondrá en 0 en dado caso que no
se encuentre.
14. Se cierran las válvulas de presión y se conectan las mangueras.

9. 15. Para realizar cualquier medición, se abren las válvulas de
presión, se enciende el equipo y se toma la lectura de caudal y caída
de presión.
16. Una vez realizada la medición se conectarán las mangueras
grandes a a la siguiente tubería cerrando de nuevo el circuito
procediendo a purgar nuevamente.
17. Para realizar mediciones de caída de presión en válvulas, se
necesita desmontar que la válvula se encuentre en ese momento
instalada en la tubería inicial e instalar la que se desee analizar
procurando que quede directamente hacia la persona que realiza la
medición (Válvula de Diafragma, Válvula de Asiento Inclinado y
Válvula de Retención de Bola).
18. Al terminar, apagar el equipo con el botón rojo.
19. Desconectar el equipo de la corriente.
20. Con los datos que se obtuvieron proceder a realizar los cálculos
necesarios para la obtención de caídas de presión de forma analítica.
21. Realizar comparaciones con lo obtenido experimentalmente.

10. - Resultados
Material: Galvanizado
# Prueba Caida de P(mBar) Flujo (L/min)
1 37 18
2 27.5 15.7
3 20.6 13.7
4 13.9 11.6
Material: Cobre
Material: PVC
# Prueba Caida de P(mBar) Flujo (L/min)
1 14.3 19
2 11.6 17.2
3 8.9 15.2
4 6 13.3
# Prueba Caida de P(mBar) Flujo (L/min)
1 16.8 18.5
2 12.7 16.2
3 10 14.5
4 6.9 12.6

11. Material: PVC (Reducción) Cuarto tubo 1er Segmento
# Prueba Caída de P(mBar) Flujo (L/min)
1 23.3 18.3
2 17.5 16.1
3 12.4 14
4 8.5 12.1
Material: PVC (Sección Corta) 2do Segmento.
# Prueba Caída de P(mBar) Flujo (L/min)
1 33.9 18.0
2 26.8 16.2
3 19.7 13.9
4 14.8 12.1
Material: PVC (Ensanchamiento) 3er Segmento.
# Prueba Caída de P(mBar) Flujo (L/min)
1 -4.4 18.7
2 -4.2 16.8
3 -4.2 14.4
4 -4.3 10.0
0 -4.1 5.6
Material: PVC Codo recto
# Prueba Caída de P(mBar) Flujo (L/min)
1 5.2 18.4
2 3.5 16.4
3 1.8 14.4
4 0.3 12.4

12. Primer Codo Curvo
# Prueba Caída de P(mBar) Flujo (L/min)
1 1.0 18.4
2 0.0 16.2
Segundo Codo Curvo
# Prueba Caída de P(mBar) Flujo (L/min)
1 01.0 18.3
2 0.0 16.6
Tercer codo curvo
# Prueba Caída de P(mBar) Flujo (L/min)
1 2.3 18.1
2 0.8 16
3 0 14.8
Agregando Accesorios
*NOTA: Al abrir la Válvula aumenta el flujo pero se disminuye la Presión.
3 Vueltas= 100%
¾ Vueltas= 75%
1 ½ Vueltas = 50%
2 ¼ Vueltas= 25%

13. Válvula de Asiento inclinado
#Prueba % Caída de P (mBar) Flujo
1 100 3.3 16.9
2 75 -13.5 17.7
3 50 -16.4 17.9
4 25 -15.3 18
Válvula de Diafragma
#Prueba % Caída de P (mBar) Flujo
1 100 33.6 17.4
2 75 40.2 17.1
3 50 80.7 15.8
4 42 146 13.5
- Análisis
Para las caídas de presión en los diferentes tubos rectos se tomó en cuenta
la rigurosidad relativa del material con que estaban construidos para la
determinación del factor de fricción. Esto debido a que los flujos medidos
fueron del tipo turbulento. En base a las ∆P obtenidas.
Para la comparación entre el tubo con reducción y el tubo con expansión o
ensanchamiento, se obtuvieron ∆Ps positivas y negativas respectivamente.
Así también se comparó la ∆P en dos tubos rectos de plástico con diferente
diámetro, presentando una mayor ∆P el tubo de diámetro menor, con lo que
se puede demostrar la dependencia de la presión con respecto al diámetro
de tubo. En las medidas de ∆P para los codos curvos #1 y #2, se obtuvieron
valores similares y menores a los obtenidos en el codo recto, esto quiere
decir que entre más brusco sea el cambio en la dirección del flujo, mayor
será el valor para ∆P.

14. - Conclusiones
Se puede concluir que entre mayor sea la rigurosidad del material con que
está fabricado el tubo, mayor será la ∆P en el flujo.
se puede decir que en la tubería con reducción la presión aumenta, mientras
que en la tubería con expansión se obtiene una disminución de la presión
en el flujo.
También que existen diversos tipos de tuberías de diferente material esto
ayuda al cambio de las presiones y sus formas, tomando en cuenta para
que uso les darán a estos materiales.
Algunos datos fueron difíciles de sacar por falta de información, pero una
vez calculados se pudo obtener el resultado deseado para los cálculos
analíticos.