Este documento presenta los resultados de una práctica de laboratorio sobre la caída de presión en un sistema de tuberías. Los estudiantes midieron la caída de presión en tubos lisos, accesorios como codos y reducciones, y válvulas antes y después de un mantenimiento para eliminar sedimentos. Los datos observados se compararon con cálculos teóricos de caída de presión. El objetivo era conocer los cambios en la caída de presión debido a la fricción y accesorios en una tubería.

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.