1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI<br />INGENIERIA QUIMICA AMBIENTAL<br />LABORATORIO INTEGRAL I<br />REPORTE<br />PRACTICA NO.4:<br />“DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE CORRELACIONES PARA EL FACTOR DE<br />FRICCIÓN EN TUBOS LISOS Y RUGOSOS”<br />Alumnas:<br />María Guadalupe Rangel González<br />García Fabián Claudia Yesenia<br />Profesor:<br />Norman Edilberto Rivera Pazos<br />Mexicali, B.C.<br />A 5 de Marzo del 2010<br />Contenido TOC quot;
1-3quot;
1. OBJETIVOS32. MOTIVACION PAGEREF _Toc255728971 33. FUNDAMENTO TEORICO: PAGEREF _Toc255728972 3-EL EQUIPO PAGEREF _Toc255728973 4-FENOMENO FISICO SIMPLIFICADO PAGEREF _Toc255728974 4-MODELO MATEMATICO. PAGEREF _Toc255728975 54. DISEÑO DE LA PRACTICA PAGEREF _Toc255728976 6-VARIABLES Y PARAMETROS PAGEREF _Toc255728977 6-HOJA DE DATOS PAGEREF _Toc255728978 6-DESARROLLO DE LA PRACTICA PAGEREF _Toc255728979 95. REALIZACION DE LA PRÁCTICA PAGEREF _Toc255728980 10-MEDICIONES PAGEREF _Toc255728981 10-OBSERVACIONES PAGEREF _Toc255728982 126. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS PAGEREF _Toc255728983 12-CALCULOS PAGEREF _Toc255728984 12-GRAFICAS: PAGEREF _Toc255728985 147. DISCUSION Y CONCLUSIONES PAGEREF _Toc255728986 158. SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES PAGEREF _Toc255728987 159. REFERENCIAS PAGEREF _Toc255728988 16<br />1. OBJETIVOS <br />-Recalcar la importancia del factor de fricción que se origina al diseñar tuberías. <br />-Obtener las mediciones requeridas para calcular el factor de fricción en la tubería de galvanizado, Cu y PVC.<br />2. MOTIVACION<br />Debido a no poderse observar directamente el factor de fricción o asperezas que se originan en la tubería de galvanizado, Cu y PVC, siendo de especial importancia para un ingeniero químico el comportamiento de la fricción que se genera en las paredes de éstas tuberías, se hace uso del numero de Reynolds como un punto de partida para determinar las características de un fluido que fluye a través de una tubería, a partir de datos y la sustancia ya conocidos en el sistema para así llevar a cabo el cálculo del factor de fricción en las diferentes tuberías de manera experimental y teórica de tal manera que se puede llegar a realizar una comparación entre los datos calculados.<br />3. FUNDAMENTO TEORICO:<br />– ¿Cómo se calcula el factor de fricción en tuberías?<br />*Forma experimental para tuberías de galvanizado, Cu y PVC:<br />f=π2D5∆P8LρQ2<br />*Forma teórica para tuberías rugosas, en éste caso la tubería de galvanizado y de Cu, en donde el flujo debe ser turbulento al calcular Re:<br />f=0.25log13.7D/ε+5.74Re0.92<br /> Y para tuberías lisas, en éste caso el PVC, en donde el flujo debe ser laminar al calcular Re:<br />f=64Re<br />– ¿Con qué variables se relaciona el factor de fricción?<br />De acuerdo con las especificaciones de la respuesta a la pregunta anterior para la forma experimental el factor de fricción se relaciona con las siguientes variables: diámetro interior, diferencial de presión, longitud densidad y caudal en la tubería.<br />De acuerdo con las especificaciones de la respuesta a la pregunta anterior para la forma teórica el factor de fricción se relaciona con las siguientes variables: diámetro interior, rugosidad y número de Reynolds en la tubería.<br />-EL EQUIPO<br />Mesa de Hidrodinámica del Laboratorio de Química.<br />169545046990<br />-FENOMENO FISICO SIMPLIFICADO<br />FÓRMULA DE DARCY – WEISBACH<br />Poiseuille, En 1846, fue el primero en determinar matemáticamente el factor de fricción de Darcy- Weisbach en flujo laminar y obtuvo una ecuación para determinar dicho factor, que es:<br />f=64Re<br />La cual es válida par tubos lisos o rugosos.<br />Para flujo turbulento el factor de fricción de Darcy- Weisbach se encuentra mediante la ecuación de Colebrook White o también se utiliza la de Swamee-Jain, la cual debe cumplir en un rango determinado.<br />Colebrook White<br />1f=-0.86lnε3.7D+2.51Ref<br />Swamee-Jain<br />5*103≤Re≤1*108 Y 1*10-6≤εD≤1*10-2<br />f=1.325lnε3.7D+5.74Re0.92<br />-MODELO MATEMATICO.<br />Para el modelo de la formula experimental tenemos que:<br />f=14*DL*∆P12ρV2(1)<br />Si V=QA y A=πD24 entonces tenemos que:<br />V=4QπD2 ∴ f= 14*DL*∆P12ρ4QπD22(2)<br />Desarrollando la expresión tenemos finalmente la ecuación siguiente:<br />f=π2D5∆P8LρQ2<br />Que es la ecuación a utilizar para calcular el factor de friccion en el caso experimental de los tres tubos; Galvanizado, cobre y PVC.<br />4. DISEÑO DE LA PRACTICA<br />-VARIABLES Y PARAMETROS<br />Para obtener el factor de friccion de manera experimental se necesitan únicamente los datos de diámetro interno de la tubería, la longitud de la tubería, el valor del caudal y la densidad del fluido que circula dentro de la tubería.<br />Para el método teorico, se necesitara el valor de Reynolds, el diámetro interno de la tubería y la rugosidad (є).<br />-HOJA DE DATOS<br />Determinación Experimental De Correlaciones Para El Factor De Fricción En Tubos Lisos Y Rugosos.<br />26 de febrero del 2010.<br />Tubo Galvanizado 16mm (diámetro interno).<br />RepeticionesQ (L/min)Medido∆P (mbar)MedidoV(m/s)CalculadoReCalculadofCalculado12345678<br />Determinación Experimental De Correlaciones Para El Factor De Fricción En Tubos Lisos Y Rugosos.<br />26 de febrero del 2010.<br />Tubo Cobre 16mm (diámetro interno).<br />RepeticionesQ (L/min)Medido∆P (mbar)MedidoV(m/s)CalculadoReCalculadofCalculado12345678<br />Determinación Experimental De Correlaciones Para El Factor De Fricción En Tubos Lisos Y Rugosos.<br />26 de febrero del 2010.<br />Tubo PVC 17mm (diámetro interno).<br />RepeticionesQ (L/min)Medido∆P (mbar)MedidoV(m/s)CalculadoReCalculadofCalculado12345678<br />-DESARROLLO DE LA PRACTICA<br />Para obtener un completo desarrollo de la practica se tiene que disponer del uso del equipo que es una mesa hidrodinámica la cual consta de un tanque (2) al que se le debe llenar con liquido, en este caso agua, para asi tener una fuente de alimentación hacia las mangueras que van conectadas a las tuberías que forman parte del equipo, esta vez solo se utilizaran las tuberías de galvanizado, Cu y PVC, cuyo diámetro interior es de 16mm para galvanizado y Cu y 17mm para PVC; antes de encender el equipo hay que confirmar que las válvulas del registrador electrónico de la presión (6) se encuentren cerradas y hay que conectar las mangueras correspondientes a la presión a esta parte del equipo y a las respectivas tuberías (las mangueras se conectan al registrador electrónico de la presión, en este caso a P1 y P2) y en la parte de las tuberías que está diseñada con entradas para tomar la presión (esto con el fin de evitar que fluya liquido hacia el exterior), es muy importante purgar el equipo antes de cualquier toma de mediciones para evitar errores en los resultados deseados, esta vez si nos interesa conocer el diferencial de presión y las mediciones de Q (caudal, capacidad, gasto, etc.) a diferentes aberturas de la válvula mariposa (llave de descarga) (11); por otra parte al encender el equipo es necesario verificar que el rotor de el sensor de flujo del impulsor (12) que se encuentra del lado de la llave de descarga funcione correctamente e iniciar la toma de mediciones de la manera adecuada por medio del gabinete de interruptores con caratulas digitales para Q y diferencial de presión (5) (de manera que se reduzca Q de dos en dos unidades, hasta llegar de 8 a 10 tomas de datos), se realizará el mismo procedimiento para cada tubería.<br />5. REALIZACION DE LA PRÁCTICA<br />-MEDICIONES<br />Tubo Galvanizado 16 mm de diámetro interno.<br />RepeticionesQ (L/min)∆P (mbar)120.751.2218.740.7316.530.1414.622.6512.515.6610.49.578.44.986.20.9<br />Tubo de cobre 16 mm de diámetro interno.<br />RepeticionesQ (L/min)∆P (mbar)121.528.8219.522.7317.718415.714.1513.59.4611.56.179.63.387.20.2<br />Tubo PVC 17 mm de diámetro interno.<br />RepeticionesQ (L/min)∆P (mbar)121.821.2219.816.5317.912.6415.78.7513.95.9611.83.379.80.987.7-0.9<br />-OBSERVACIONES<br />-No olvidar conectar las mangueras al registrador electrónico de la presión y a las tuberías respectivas para cada caso (cada una en su debido orden), para evitar el derramamiento del fluido, y además verificar que se lleve a cabo la purgación del equipo, ya que en esta práctica es de interés conocer la diferencia de presiones.<br />-Verificar que el rotor del sensor de flujo del impulsor funcione de la manera adecuada al encender el equipo.<br />-Tomar los datos lo más exactos y precisos posibles, para una mejor interpretación de los mismos.<br />-Anotar la temperatura inicial antes de tomar la primera medición de Q y del diferencial de presión.<br />6. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS<br />Apartir de los datos de caudal y el diferencial de presión se procederá a calcular el numero de Reynolds y el factor de friccion para posteriormente realizar una grafica comparativa entre los datos experimentales de las tres tuberías y luego una comparacion de los datos experimentales contra los teoricos para cada una de las tuberías.<br />-CALCULOS<br />Tubo Galvanizado 16 mm de diámetro interno.<br />GALVANIZADORepeticionesQ (L/min)∆P (mbar)Q(m3/s)∆P (Pa)V(m/s)Ref120.751.20.00034551201.715889232.60E+040.05564696218.740.70.0003116740701.550102832.35E+040.054203006316.530.10.00027530101.367737792.07E+040.051488564414.622.60.0002433322601.210240711.84E+040.049375886512.515.60.0002083315601.036164991.57E+040.046496123610.49.50.000173339500.862089281.31E+040.04090431378.44.90.000144900.696302881.06E+040.0323407286.20.90.00010333900.513937847.79E+030.010903635<br />Tubo de cobre de 16 mm de diámetro interno.<br />CuRepeticionesQ (L/min)∆P (mbar)Q(m3/s)∆P (Pa)V(m/s)Ref121.528.80.0003583328801.782203792.70E+040.02901535219.522.70.00032522701.616417392.45E+040.02780154317.7180.00029518001.467209632.23E+040.02675704415.714.10.0002616714101.301423231.97E+040.02663986513.59.40.0002259401.119058191.70E+040.02401997611.56.10.000191676100.953271791.45E+040.021480679.63.30.000163300.795774721.21E+040.0166756887.20.20.00012200.596831049.05E+030.00179671<br />Tubo PVC de 17 mm de diámetro interno.<br />PVCRepeticionesQ (L/min)∆P (mbar)Q(m3/s)∆P (Pa)V(m/s)Ref121.821.20.0003633321201.600727922.58E+042.81E-02219.816.50.0003316501.453872142.34E+042.65E-02317.912.60.0002983312601.314359162.12E+042.48E-02415.78.70.000261678701.152817811.86E+042.23E-02513.95.90.000231675901.020647621.64E+041.93E-02611.83.30.000196673300.866449061.40E+041.49E-0279.80.90.00016333900.719593281.16E+045.91E-03<br />-GRAFICAS:<br />La siguiente grafica contiene los datos experimentales de los tres tubos comparándolos entre si:<br />La siguiente es la comparación de los datos teoricos de Re y f para los tubos:<br />Las siguientes tres son de la comparación de los datos teoricos contra los experimentales para cada uno de los tubos:<br />7. DISCUSION Y CONCLUSIONES<br />Por medio de la observación de cada una de las graficas obtenidas experimental y teóricamente se ha encontrado que hay una relación muy parecida entre el número de Reynolds y el factor de fricción ya que entre mayor es el número de Reynolds mayor es el factor de fricción, es decir, son directamente proporcionales.<br />8. SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES<br />-Tener un mayor orden en el manejo del equipo y en la toma de las mediciones.<br />9. REFERENCIAS<br />http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/fricci%C3%B3n/darcy.htm<br />-Mecánica de fluidos, Merle C. Potter, David C. Wiggert<br />-Manual de la mesa hidrodinámica. Modelo HM 112 Marca Gunt Hamburg.<br />