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5/16/2018 MT02-PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍAS Ronald LEER - slidepdf.com
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ASUNTO PÉRDIDA DE CARGA EN TUBERÍAS
TIPO DE DOCUMENTO: Manual de operaciónManual de mantenimientoManual de seguridadProcedimientoMaterial de evaluación
Trabajo dirigidoInstructivo de trabajoGuía de prácticaGuía TeóricaOtro: _________________
Este documento es: Controlado No controlado
GUÍA DE PRÁCTICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS IPÉRDIDA DE CARGA EN TUBERIAS
Válido a partir del 06 de febrero de 2011
Lugar del archivo: Original: Centro de documentación
DISTRIBUCI N DE COPIAS: FirmaFecha Cargo Recibida copia controlada Devuelta copia obsoleta
DISEÑO Y MONTAJE ORIGINAL: AUTOR:
ELABORADO POR: CNF FECHA: ABRIL 2009
REVISADO POR: COMISION MATERIAL INSTRUCCIONAL FECHA: ABRIL 2009
APROBADO POR: JEFE DE DEPARTAMENTTO FECHA:
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INDICE
1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo General
1.2. Objetivos Específicos
1.3. Objetivos del Informe de Síntesis
2. PLAN DE TRABAJO
3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
4. REACTIVOS
5. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
6. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD
7. MÉTODO EXPERIMENTAL
8. BIBLIOGRAFÍA
9. PREINFORME
ANEXO 1 Diagrama de Moody 1
ANEXO 2 Ábaco de rugosidades relativas 1
ANEXO 3 Valores de K para accesorios 1
ANEXO 4 Nomograma de longitudes equivalentes de distintos accesorios y válvulas. 1
ANEXO 5 Resumen de normas ISA para el trazado de diagramas de flujo 1
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1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo General
Evaluar la confiabilidad en la aplicación de las ecuaciones empíricas para el cálculo de las pérdidas d
carga en tuberías.
1.2. Objetivos Específicos
Calcular las pérdidas de carga experimentales para cada tubería estudiada.
Graficar las pérdidas en función del caudal para una tubería sin accesorios y para una tubería co
accesorios.
Comparar las pérdidas de carga experimentales totales con la suma de las pérdidas de carga de lo
accesorios.
Comparar los resultados experimentales con los obtenidos a partir de las ecuaciones empíricas.
1.3. Objetivos del Informe de Síntesis
Comparar a través de un gráfico para cada elemento y con los diferentes caudales estudiados el valor d
pérdida de carga teórica y experimental.
Analizar las diferencias teórica y experimental para las tuberías sin accesorios con diferentes diámetros.
Analizar los resultados y si es necesario proponer una ecuación.
2. PLAN DE TRABAJO
A continuación se muestra la tabla con el plan de trabajo a desarrollar durante el periodo de prácticas.
Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tuberías 1,2,3 1,2,4 1,2,5 1,2,3 1,2,4 1,2,5 1,2,3 1,2,4 1,2,5 1,2,3 1,2,4
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3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
Al aplicar la ecuación de Bernoulli entre dos puntos A y B de una tubería y considerando fluido real e
preciso introducir dos términos:
T B B B
A A A h Z
g
V
g
P Z
g
V
g
P
*2**2*
22
Ecuación I
α: Es el factor de corrección del término de la energía cinética, debido a que la velocidad (V) no e
constante en una sección transversal de la tubería. α=1, para fluidos ideales. Teóricamente para un fluj
laminar α=2, y varia de 1 a 1.5 para un flujo turbulento, pero en general se toma α=1 para éste último tip
de flujo.
ΔhT: Es el factor de corrección para compensar la pérdida de carga debida a la fricción y a las pérdida
localizadas. Este término depende de! tipo de flujo y de la geometría del conducto donde circula el fluido.
La energía necesaria para vencer los efectos de rozamiento en el flujo turbulento es la perdida de carga
Alrededor de 1850, Darcy, Weisbach y otros investigadores dedujeron una ecuación para determinar la pérdida d
carga por rozamiento, a partir de los resultados de experimentos efectuados con diversas tuberías. La ecuació
ahora conocida como la ecuación de Darcy-Weisbach para tuberías circulares es:
g
V
D
Lhtub
2**ƒ
2
Ecuación II
Donde:
Δhtub: Pérdida de carga [L]
f : Coeficiente de rozamiento de Darcy [Adimensional]L: Longitud de la tubería [L]
V: Velocidad [L.t- ]
D: Diámetro de la tubería [L]
g: Gravedad [L.t-2]
El coeficiente de rozamiento (f ) varía con el número de Reynolds, la rugosidad y diámetro de la tubería. Lo
efectos del tamaño y la rugosidad se expresan mediante la rugosidad relativa, que es la relación entre la rugosida
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absoluta ( ) y el diámetro (D) de la tubería. En el anexo 1 y 2 se representa gráficamente las relaciones ent
estas variables.
El número de Reynolds es un parámetro adimensional que se utiliza para caracterizar el régimen de flujo d
un fluido dentro de una tubería. En el anexo 1 se muestra el diagrama de Moody, que permite obtener e
coeficiente de rozamiento y en el anexo 2 se tiene la rugosidad para diversos materiales.
D*V*D*VRe Ecuación III
Donde:
Re: Número de Reynolds [Adimensional]
V: Velocidad media [L.t- ]
D: Diámetro de la tubería [L]
: Densidad [M.L-3]
: Viscosidad dinámica del fluido [M.L- t- ]
: Viscosidad cinemática del fluido [L- t- ]
Si el número de Reynolds es relativamente pequeño, el flujo es laminar; si es alto, el flujo es turbulento. En l
mayor mayoría de las aplicaciones de ingeniería se toman los siguientes criterios cuando se calcula el número d
Reynolds.
Re < 2300 Régimen laminar
2300 < Re < 4000 Zona de transición
Re > 4000 Régimen turbulento
Las pérdidas de energía localizadas en turbulencias inducidas por los accesorios tales como codos, tees
cambios de sección, etc se le denomina pérdida de carga localizada. Los accesorios de las tuberías producen un
pérdida de carga adicional que se conoce con el nombre de pérdida de carga localizada y se determina mediant
la ecuación:
2**
2V k p
acce Ecuación IV
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Donde K: es el coeficiente que depende de la geometría y tipo de accesorio considerado. Esta pérdida d
carga se puede expresar también en términos de altura de líquido.
g
V k
g
ph acceacce
*2*
*
2
Ecuación V
Nota: Los valores de k para cada accesorio se pueden encontrar en el anexo 3 y en el anexo 4 se tiene un nomograma q
nos permite determinar la longitud equivalente de diferentes accesorios.
Las pérdidas son también expresadas en términos de la longitud equivalente de una tubería recta n
obstruida que produciría la misma pérdida de energía (anexo 4)
g
V
D
Leq f hacce
*2**
2
Ecuación VI
Donde:
Leq: Representa la longitud equivalente del accesorio.
Sumando la longitud equivalente a la longitud real de la tubería se obtiene la longitud efectiva total Let, y d
esta forma el cálculo de las pérdidas de carga vendría dado por la ecuación:
g
V
D
Leq L f
g
V
D
Let f hhh accetubT
*2**
*2**
22
Ecuación VII
La ecuación de BERNOULLI, modificada por efectos de las pérdidas de carga debidas a la fricción y a l
presencia de accesorios seria:
accetub B B B
A A A hh Z
g
V
g
P Z
g
V
g
P
*2**2*
22
Ecuación VIII
Y la ecuación de Bernoulli quedaría expresada como:
T B B B
A A A h Z
g
V
g
P Z
g
V
g
P
*2**2*
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Ecuación IX
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4. REACTIVOS
Mercurio
Tetracloruro
5. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
La instalación está constituida por:
Una bomba centrifuga.
Un tanque de alimentación.
Un rotámetro con un rango de 0.3 a 3.0 m3 /h
Un tablero con 2 manómetros diferenciales, uno con mercurio (δ=13.6) y el otro con tetracloruro d
carbono (δ=1.58).
Tuberías intercambiables.
6. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD
Antes de realizar la práctica, debe cumplir las siguientes medidas de seguridad:
No cerrar las válvulas de "By Pass" y del rotámetro simultáneamente.
Verificar que las válvulas de purga de los manómetros estén cerradas.
Verificar que el tanque de alimentación contenga el volumen de agua requerido para la experiencia.
Verificar que al menos una de las llaves de las tuberías intercambiables este abierta.
Abrir completamente la válvula de "By Pass" antes de activar la bomba.
7. MÉTODO EXPERIMENTAL
7.1. Verificar que se han cumplido las medidas de seguridad.
7.2. Colocar la tubería que será estudiada.
7.3. Conectar el manómetro a la tubería en estudio.
7.4. Abrir completamente la válvula del "By Pass"
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7.5. Activar la bomba.
7.6. De ser necesario purgue los manómetros.
7.7. Para cada caudal de estudio evalúe la diferencia manométrica
7.8. Repetir los pasos para cada tubería asignada,
7.9. Para apagar la bomba, abrir completamente la válvula del "By Pass" y cerrar luego la válvula de
rotámetro.
8. BIBLIOGRAFÍA
González, Keila, (1992). Guía de la Práctica de Pérdida de Carga, Caracas, IUT Felibertt, Francisco.
Guía de Teoría de Mecánica de los Fluidos, tema IV dinámica de los fluidos reales incompresibles, noción d
pérdida de carga.
Mott. Robert (1994). Mecánica de fluidos aplicada, México. Prentíce - Hall, cuarta edición.
Tchobanoglous, George (1995). Ingeniería de Aguas Residuales, España, Editorial McGraw-Hill.
9. PREINFORME
Elaborar un modelo de cálculo para determinar las pérdidas de carga teóricas de las tuberías indicada
por el profesor, para 5 valores distintos de caudales.
Utilizando la ecuación de Bernoulli, la ecuación de continuidad para líquidos incompresibles y estática d
los fluidos, deducir una expresión que permita determinar las pérdidas de cargas experimentales. Se deb
explicar en forma detallada el procedimiento utilizado.
Determinar cuál es el manómetro que se utilizará en cada una de las tuberías indicadas. Indicar la variable independiente, las variables dependientes y el parámetro.
Indicar y explicar todos los mecanismos de transferencia que están involucrados en la práctica es deci
transferencia de calor, transferencia de materia y transporte de cantidad de movimiento (transporte d
fluido) e indicar cuál de ellos es el que predomina en la práctica en estudio.
Elaborar una tabla de los datos experimentales que serán tomados en la práctica, indicando las variable
a medir y sus respectivas unidades.
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Elaborar un modelo de cálculo detallado para la ejecución de cada uno de los objetivos propuestos en l
práctica.
Elaborar una tabla para los resultados que se obtendrán en la práctica, en función de los objetivo
planteados.
Elaborar el Diagrama de flujo de la instalación utilizando el software Microsoft office Visio y siguiendo lo
lineamientos de la unidad curricular Principios de Procesos Químicos
Consultar la ficha de seguridad química de los reactivos involucrados en la práctica y mencionar cuale
serían las medidas de seguridad en caso de derrames y fugas para estos reactivos.
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ANEXO 1
Diagrama de Moody
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ANEXO 2
Ábaco de rugosidades relativas
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ANEXO 3
Valores de K para accesorios
Tabla No. 1 Valores de K para algunos accesorios de tuberías
ACCESORIOS K
Codo 45º 0,35 a 0,45
Codo 90º 0,50 a 0,75
Tess 1,50 a 2,00
Válvula de Compuerta (abierta) aprox. 0,25
Válvula de control (abierta) aprox. 3,0
Tabla No. 2 Valores de K para contracciones y ensanchamientos
CONTRACCIÓN BRUSCA
d1/d2 * K
1,2 0,08
1,4 0,17
1,6 0,26
1,8 0,342,0 0,37
2,5 0,41
3,0 0,43
4,0 0,45
5,0 0,46
*(subíndice 1= aguas arriba y subíndice 2= aguas abajo)
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ANEXO 4
Nomograma de longitudes equivalentes de distintos accesorios y válvulas.
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ANEXO 5
Resumen de normas ISA para el trazado de diagramas de flujo
CODIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS
LÍNEAS UTILIZADAS EN DIAGRAMAS DE FLUJO
CODIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Línea principal del proceso
Línea secundaria o de servicio
Señal neumática
Señal electrica
Alimentación inicial, materia prima
letras queidentifican al equipo
XX A/BZZY
Indican equipos enparalelo
Número asignado al equipocódigo de la instalación
LÍNEAS DE SERVICIOS
HW (Hot Water) Suministro de agua caliente
CW (Cool Water) Suministro de agua de enfriamiento
TW (Treatment Water) Suministro de agua desmineralizada
HO (Hot oil) Aceite caliente
SÍMBOLOS PARA INDICAR UNA VARIABLE DE PROCESO
La unidad de cada variable se coloca encima del cajetín de rotulación
SÍMBOLOS DE DIFERENTES VÁLVULAS
Válvula de compuerta
Válvula de aguja
Válvula de retención
Válvula de alivio
Válvula de asiento
Válvula de diafragma
Válvula de paso rápido
psi°C
Temperatura
50
(Pressure indicator)manómetro de Bourdon
PI
(Temperature indicator)Termopar, termometro
TI
Línea de procesoPresión
100
(Analysis Point)Punto de análisis
AI
Línea de proceso
MEDIDORES DE FLUJO
(Orifice flowmeter)
Placa de orificio
F
(venturi flowmeter)
Tubo de venturi
F
(turbine flowmeter)
Contador volumétrico
tipo turbina
F
(flowmeter)
Flujometro
magnético
(Rotameter)
Rotametro
FI
F
MISCELANEOS
(Agitator)
Agitador
(open drain)Drenaje abierto
(steam trap)Trampa de vapor
(Jet)
Eyector
(Liquid Level Gage)
Indicador de nivel contubo de vidrio
( Mixer)
Mezclador
PManómetro en U
NotaPara la realización de losdiagramas de flujo de lasinstalaciones de planta piloto,utilice los símbolos queproporciona el Microsoft Visio
MTO1 Molienda, tamizado y caracterización de los sólidos.MTO2 Pérdida de carga en tuberías.MTO3 Medidores de flujo en tuberías.MTO4 Permeametría, Fluidización homogénea y sedimentación.MTO5 Bomba centrifuga.MTO6 Bombas en serie y paralelo.MTO7 Medidores de flujo en canal abierto.MTO8 Filtración.MTO9 Estudio del tiempo de vaciado de un tanque.TM01 Hidrodinámica de columna.TM02 Absorción.TM03 Destilación.TM04 Extracción Torre pulsada.TE04 Arrastre con vaporTE05 Refrigeración
CÓDIGO DE LAS INSTALACIONES