Este documento describe un experimento para determinar experimentalmente correlaciones para el factor de fricción en tubos lisos y rugosos. Se midió la presión diferencial y el caudal a través de tubos de PVC, cobre y galvanizado. Los datos experimentales se compararon con modelos teóricos para tubos lisos y rugosos. Los resultados mostraron que el factor de fricción experimental varió según el material del tubo y el número de Reynolds, y coincidió con las ecuaciones teóricas.

1. Carrera:
Ingeniería Química
Materia:
Laboratorio integral I
Contenido
Practica #4
Determinación experimental de correlaciones para el factor de
Fricción en tubos lisos y rugosos
Alumno (a):
Acosta Orozco Amanda Paulina
Alonso Zavala Sthefanie Cecilia
Maestro:
Norman Edilberto Rivera Pasos

2. Indice
Objetivo ……………………………………………………………………… 3
Motivacion ………………………………………………………………….. 3
Material y equipo ………………………………………………………….. 3
Fundamento teórico ………………………………………………………. 4
Hipótesis ……………………………………………………………………… 5
Modelo Matemático ……………………………………………………….. 5
Diseño de la Practica ……………………………………………………… 7
Hoja de Calculo ……………………………………………………………… 7
Conclusión ……………………………………………………………………. 10
2

3. Objetivos
Reconocer la importancia del factor de fricción al diseñar tuberías.
Realizar las mediciones necesarias para el cálculo de factores de fricción en tubos
de diferentes características.
Motivación
Consideramos de gran importancia el calculo de las perdidas por fricción en
tuberías, ya que un ingeniero químico debe de tener los conocimientos para
determinar cuales son los materiales adecuados para el diseño de algún proceso
que involucre tuberías, ya que el factor de fricción en las tuberías podría influenciar
de manera positiva o negativa en nuestro proceso.
Material y Equipo
Mesa hidrodinámica (hydrodynamics trainer with pc-data acquisition – Gunt
Hamburg HM112)
3

4. Fundamento teórico
Euler fue el primero en reconocer que las leyes dinámicas para los fluidos sólo
pueden expresarse de forma relativamente sencilla si se supone que el fluido es
incompresible e ideal, es decir, si se pueden despreciar los efectos del rozamiento
y la viscosidad. Sin embargo, como esto nunca es así en el caso de los fluidos
reales en movimiento, los resultados de dicho análisis sólo pueden servir como
estimación para flujos en los que los efectos de la viscosidad son pequeños.
Flujos incompresibles y sin rozamiento
Estos flujos cumplen el llamado teorema de Bernoulli, que afirma que la energía
mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es
constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas
de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada
punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas
individuales de fluido. El teorema de Bernoulli implica una relación entre los
efectos de la presión, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad
aumenta cuando la presión disminuye
Efecto de la Rugosidad: se sabe desde hace mucho tiempo que, para el flujo
turbulento y para un determinado número de Reynolds, una tubería rugosa, da un
factor de fricción mayor que en una tubería lisa. Por consiguiente si se pulimenta
una tubería rugosa, el factor de fricción disminuye y llega un momento en que si
se sigue pulimentándola, no se reduce más el factor de fricción para un
determinado número de Reynolds.
Principios Fundamentales que se aplican a Flujos de Fluidos
*Principio de la conservación de la masa, a partir del cual se establece la ecuación
de continuidad.
4

5. *Principio de la energía cinética, a partir del cual se deducen ciertas ecuaciones
aplicables al flujo.
*Principio de la cantidad de movimiento, a partir del cual se deducen ecuaciones
para calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por los fluidos en movimiento.
Flujo Laminar y Turbulento: a velocidades bajas los fluidos tienden a moverse
sin mezcla lateral, y las capas contiguas se deslizan mas sobre otras. No existen
corrientes transversales ni torbellinos. A este tipo de régimen se le llama flujo
Laminar. En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias
paralelas, formando el conjunto de ellas capas o láminas. Los módulos de las
velocidades de capas adyacentes no tienen el mismo valor.
A velocidades superiores aparece la turbulencia, formándose torbellinos. En el flujo
turbulento las partículas fluidas se mueven en forma desordenada en todas las
direcciones.
Hipótesis:
Consideramos que existirá una variación en la presión de cada tubería, debido a
que son diferentes materiales y por lo tanto presentan un factor de fricción
diferente, por lo que suponemos que el flujo dentro de la tubería presentara
diferente resistencia.
Modelo matemático
Tubería Rugosa
ε
D
Mesa especificaciones Para una T esp.
ΔP D υρ
Q AV L
5

6. 1D ∆P π 2 D 4 ∆P
Q = 4Q πD 2 ∴f = 2 D π D ∆P f =
2 4
V = 2 A= 4 L 1  4Q  2 = = 32 LρQ 2
A πD 4 ρ 2  4 L ρ16Q 2
2  πD 
Datos experimentales
π 2 D 4 ∆P
f =
32 LρQ 2
VD
Re =
υ
Datos teóricos
Para tubería lisa
16
f = 64
R si el flujo es turbulento y f = si el flujo es laminar
Re
Para tubería rugosa
 
 
 
 
VD  
.25
Re = f = 
υ    
   
 Log  1  + 5.74 
   D   ( Re ) 09 
  3 .7    
   ε  
ε
Re l =
D
Diseño de la práctica
6

7. • Conectar las mangueras a tubo galvanizado
• Conectar mangueras y medir la presión de perdida
• Prender bomba, purgar y abrir del medidor ΔP
• Apagar la bomba, cerrar válvula, desconectar manguera del medidor de
presión diferencial
• Ajustar a cero el medidor de ΔP
• Volver a conectar mangueras del medidor de ΔP y tomar lecturas
Hoja de Cálculo
No.de f
Reynolds experimental
PVC
25930.1551 0.00095899
23551.2418 0.00059196
21291.2741 0.0149752
18674.4695 0.0192931 Datos Experimentales
16533.4475 0.0222983
14035.5885 0.0248365
11656.6752 0.0260521
0.07
0.06
9158.81625 0.0281729
0.05
Cu 0.04 Galvanizado
22272.8458 0.00179908 0.03 Cu
f
19756.14 0.01669772 0.02
PVC
16987.7637 0.02150824 0.01
14471.058 0.02405172 0
9060.14065 0.02667439 -0.01
9060.14065 0.02679241
16 .47
18 74
91 675
63
23 155
21 242
14 448
11 589
6669.2702 0.0278382
.81
1.2
4
0.
1.
5.
6.
3.
67
93
29
65
58
55
53
03
4404.23504 0.02300127
25
Galvanizado
3963.49302 0.01755633 Re
6975.74772 0.0171004
9829.46269 0.01264674
13317.3366 0.01558211
16488.131 0.01467398
19817.4651 0.01304596
23146.7992 0.01020333
26159.0539 0.00344226
23146.7992 0.01020333
26159.0539 0.00344226
7

8. Q Δ No.de ƒ
Medicion (L/min) Q (m3/s) P(mbar) ΔP(Pa) V (m/s) Reynolds ƒ teóricos experimental PVC
1 21.8 0.00036333 21.2 2120 1.60766962 25930.1551 0.000617042 0.0281729 D=.017m
2 19.8 0.00033 16.5 1650 1.46017699 23551.2418 0.00067937 0.0260521 Є=.0000003m
3 17.9 0.00029833 12.6 1260 1.320059 21291.2741 0.000751482 0.0248365 R=D/Є
4 15.7 0.00026167 8.7 870 1.15781711 18674.4695 0.000856785 0.0222983 56666.66667
5 13.9 0.00023167 5.9 590 1.02507375 16533.4475 0.000967735 0.0192931 ρ=998,68Kg/m³
6 11.8 0.00019667 3.3 330 0.87020649 14035.5885 0.001139959 0.0149752 T=º18C
7 9.8 0.00016333 0.9 90 0.72271386 11656.6752 0.001372604 0.00059196 L=1m
8 7.7 0.00012833 -0.9 -90 0.56784661 9158.81625 0.001746951 0.00095899
-0.00000044
9 5.7 0.000095 -2.4 -240 0.42035398 6779.90294 0.002359916 3
10 3.7 6.1667E-05 -3.3 -330 0.27286136 4400.98963 0.003635546 -16.07
PVC
0.004
0.0035
0.003
0.0025
0.002 ƒ teoricos
f
0.0015 f experimentales
0.001
0.0005
0
-0.0005 0 10000 20000 30000
Re
8

9. Q Δ No. De f
Medición (L/min) Q (m3/s) P(mbar) Δ P(Pa) V (m/s) Reynolds f teóricos experimental Cu
1 21.5 0.00035833 28.8 2880 1.7822209 27054.5867 0.072245372 0.02300127 D=.01m
2 19.5 0.000325 22.7 2270 1.61643291 24537.8809 0.072244243 0.0278382 Є=.0000015m
3 17.7 0.000295 18 1800 1.46722371 22272.8458 0.072243021 0.02679241 R=D/Є
4 15.7 0.00026167 14.1 1410 1.30143572 19756.14 0.072241353 0.026674394 10666.66667
5 13.5 0.000225 9.4 940 1.11906893 16987.7637 0.072238979 0.024051719 ρ=998,68Kg/m³
6 11.5 0.00019167 6.1 610 0.95328094 14471.058 0.072236079 0.021508239 T=º18C
7 9.6 0.00016 3.3 330 0.79578235 12080.1875 0.072232271 0.016697724 L=1m
8 7.2 0.00012 0.2 20 0.59683677 9060.14065 0.07222477 0.001799081
9 5.3 8.8333E-05 -1.7 -170 0.43933817 6669.2702 0.072214333 -0.028243
10 3.5 5.8333E-05 -3 -300 0.29012898 4404.23504 0.072194732 -0.1143319
Cu
0.08
0.07
0.06
0.05
Teorico
0.04
f
Experimental
0.03
0.02
0.01
0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
Re
9

10. Q Δ Δ No. De f
Medición (L/min) Q (m3/s) P(mbar) P(Pa) V (m/s) Reynolds f teóricos experimental Galvanizado
1 20.7 0.000345 51.2 5120 2.72361254 32817.7222 0.18379968 0.017556331 D=.0127m
2 18.7 0.00031167 40.7 4070 2.46046157 29646.9278 0.183793278 0.0171004 Є=.00015m
3 16.5 0.000275 30.1 3010 2.1709955 26159.0539 0.183784543 0.012646737 R=D/Є
4 14.6 0.00024333 22.6 2260 1.92100208 23146.7992 0.183775001 0.015582108 84.66666667
5 12.5 0.00020833 15.6 1560 1.64469356 19817.4651 0.183761275 0.014673984 ρ=998,68Kg/m³
6 10.4 0.00017333 9.6 960 1.36838504 16488.131 0.183742333 0.013045962 T=º18C
7 8.4 0.00014 4.9 490 1.10523407 13317.3366 0.183716026 0.010203332 L=1m
8 6.2 0.00010333 0.9 90 0.81576801 9829.46269 0.183668761 0.003442261
-0.01062592
9 4.4 7.3333E-05 -1.4 -140 0.57893213 6975.74772 0.183597343 3
-0.07289960
10 2.5 4.1667E-05 -3.1 -310 0.32893871 3963.49302 0.183419212 4
Galvanizado
0.2
0.15
Teoricos
0.1
f
experimentales
0.05
0
0 10000 20000 30000 40000
Re
Conclusión:
Fue interesante observar cual es la fricción en las diferentes tuberías ya
que al estar en una empresa podremos identificar dependiendo el
material de las estas cual es la perdida que se tiene por este fenómeno.
10