INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y BIOQUIMICALABORATORIO INTEGRAL I INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y PRACTICA No.-3: “DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL NUMERO DE REYNOLDS” BIOQUIMICA LABORATORIO INTEGRAL I CATEDRÁTICO: ING. ANGEL GILDARDO CASTEÑDA LOPEZ PRACTICA No.-4: “DETERMINACION DE LA LONGITUD EQUIVALENTE EN ACCESORIOS” ALUMNO: KAROI JAVIER GONZALEZ RENDON CATEDRÁTICO: ING. ANGEL GILDARDO CASTEÑDA LOPEZ ALUMNO: KAROI JAVIER GONZALEZ RENDON NUMERO DE CONTROL: 09161060 NUMERO DE CONTROL: 09161060 FECHA 2012 FECHA DE ENTREGA: 02 DE MARZO DEDE ENTREGA: 20 DE MARZO DE 2012 15 DE FEBRERO DEL 2012 LABORATORIO INTEGRAL I LABORATORIO INTEGRAL I Hewlett-Packard 20 DE MARZO DE 2012 INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA MARCO TEORICO A lo largo de las diversas prácticas que se han realizado. sin embargo en esta práctica se utilizo para determinar la diferencia de presión existente entre los dos punto de este tubo. la característica de este borde es que el chorro que éste genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio. Puede utilizarse para todo caudal permanente de fluido limpio. Los medidores de flujo de tipo diferencial son los más comúnmente utilizados. se producen perdidas de fricción que no se recuperan. la tobera y el medidor de impacto. la placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería. codos o a través de reducciones y válvulas. El orificio es normalizado. Por el teorema de conservación de la energía. la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente. El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. El efecto Venturi consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de sección menor. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa captan esta presión diferencial. Este efecto recibe su nombre del físico italiano Giovanni Batista Venturi. generando la caída de presión. vapor o gases en el campo de fluidos turbulentos normales para los cuales el número de Reynolds alcanza un valor superior a las 5000 unidades. y particularmente el tubo Venturi y la placa de orificio. creando y midiendo una presión diferencial por medio de una obstrucción al flujo y están constituidos generalmente por dos componentes: el elemento primario. Las perdidas en los accesorios son proporcionales a la velocidad y una forma de calcular dichas pérdidas es por la longitud equivalente. Esta energía se disipa en remolinos y turbulencias adicionales y se pierde en forma de calor. y el elemento secundario que mide dicha caída. 2 . el tubo Pitot. muchos han sido los accesorios que se utilizaron y en la práctica que a continuación se desarrolla se analizaran los medidores de presión diferencial. como ocurre en accesorios como serpentines. el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de la cual fluye el fluido. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto. Estos miden el flujo de un fluido indirectamente. se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. entre ellos podemos mencionar la placa de orificio. el cual obstruye el flujo. antes y después de la placa se mide la pérdida total de presión sin recuperación total. ya sea líquido. Cuando la dirección del flujo se altera o distorsiona. Por otro lado. el tubo Venturi. El caudal se puede determinar por medio de las lecturas de presión diferenciales. Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Con las placas de orificio se producen mayores pérdidas de presión. necesariamente la velocidad aumenta. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye. si la energía cinética aumenta. 800 L 3.210 L/s 3 . se cerraron todas las válvulas de las líneas con excepción de la válvula de la línea 1. Es muy importante la estimación de la caída de presión en un sistema dado al variar las condiciones de flujo.200 s 3.245 s 3. para lo cual se utiliza la información de bibliografía para calcular la longitud equivalente en el Tubo Venturi y la placa de orificio. Después de haberlo purgado.570 L TIEMPO (s) 3.695 s 3.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA OBJETIVO Conocer las pérdidas de energía por fricción en accesorios (Tubo Venturi y placa de orificio) obteniendo el criterio necesario para interpretar y hacer uso de las tablas que se encuentran en bibliografía que expresan está perdida como longitud equivalente. CALCULOS 1. Calcular el gasto volumétrico CALCULO DE GASTOS EN TUBO VENTURI ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA VOLUMEN (L) 4.890 L 4. EQUIPO Y REACTIVOS MATERIAL CRONOMETRO PROBETA DE 1 L EQUIPO MODULO DE FLUIDOS ( LINEA 1 ) TUBO VENTURI PLACA DE ORIFICIO REACTIVOS PROCEDIMIENTO Se lleno el tanque tres cuartas partes de su capacidad. Después se empezaron a realizar tomas de las caídas de presión a las aberturas requeridas de la válvula. MATERIAL.250 s GASTO ( Q= Q= Q= Q= ) = 1. se realizaron dos mediciones por cada abertura. se abrieron todas las válvulas del modulo de fluidos y se encendió la bomba de tal modo que se purgó el equipo. Una vez estabilizada la caída de presión se midieron durante un tiempo considerado el volumen del fluido y así se determinaron los gastos correspondientes.450 L 3. se deseaba conocer en este caso cuantas vueltas son necesarias para estar totalmente abierta. 000842 ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ) CALCULO VELOCIDAD ( 1.001215 0.1166 1.5 plg (3.530 s 3.435 L 3.000 L TIEMPO (s) 2.2026 0.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA CALCULO DE GASTOS EN PLACA DE ORIFICIO ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA 2.0381 m).560 s 3.001371 0.555 s 3.001273 0.001098 ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ) CALCULO VELOCIDAD ( 1.001203 0.81 cm ò 0.000966 0.001210 0.9361 ) CALCULO DE VELOCIDADES EN PLACA DE ORIFICIO ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA GASTO ( 0. VOLUMEN (L) 3.8473 0.0614 1.273 L / s = 1.0552 0.560 s GASTO ( Q= Q= Q= Q= ) = 1.250 L 3.842 L/s Calcular la velocidad en el tubo (v= Gv/A) Considerando el diámetro de la línea uno como 1.203 L /s = 0.260 L 4. el área de la sección transversal es igual a: ( ) 2 CALCULO DE VELOCIDADES EN TUBO VENTURI ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA GASTO ( 0.9662 L/ s =0.7385 ) 4 .0657 1. 95) = 11444.05 2 kg/ m ΔP = (12602 – 1145.200 cm de Hg 9.95 kg/ m ΔP = (0.095 m) (12602 kg/m ) = 2 1145.76) = 11480. DIFERENCIA DE DE PRESION EN EL TUBO VENTURI ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA Δh ( cm de Hg ) 9.36kg/ m 3 3 3 3 ΔP DEL ACCESORIO ΔP = (12602 – 1157.200 cm de Hg DIFERENCIA DE DE PRESION EN LA PLACA DE ORIFICIO ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA Δh ( cm de Hg ) 10.24 2 kg/ m ΔP = (12602 – 1033.64 2 kg/ m ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA 5 .800 cm de Hg 8.89 kg/ m ΔP = (0.11 2 kg/ m ΔP = (12602 – 1121.0820 m) (12602 kg/m ) = 2 1033.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA 3.600 cm de Hg 10.500 cm de Hg 9.093 m) (12602 kg/m ) = 2 1121.89) =11456.650 cm de Hg 9.096 m) (12602 kg/m ) = 2 1157.76 kg/ m ΔP = (0.36) = 11568. Calcular las caídas de presión Δp Las caídas de presión fueron tomadas con los manómetros de Mercurio ubicados en los extremos del accesorio correspondiente.300 cm de Hg 8.800 cm de Hg ( ( ) ( )) Y considerando a =1 Δp de 1m de tubo = 1 m (13600 kg/m3 – 998 kg/m3) =12602 kg/m2 CALCULO DE CAIDAS DE PRESION PARA TUBO VENTURI ΔP ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ΔP MANOMETRICA ΔP = (0. 1647 m ¾ ABIERTA 11456.65 = 3.40) = 11316.5147 m 6 = .65 m Leq de la línea = CALCULO DE LONGITUDES EQUIVALENTES PARA TUBO VENTURI ABERTURA ΔP DEL ACCESORIO LONGITUD EQUIVALENTE DEL TUBO VENTURI LONGITUD EQUIVALENTE DE LA LINEA TOTALMENTE ABIERTA 11444.11 kg/ m 2 Leq = 1.1499 m 1.5031 + 1. Calcular la Longitud Absoluta Equivalente para esta línea Teniendo el siguiente diagrama de flujo donde se consideran las longitudes del tubo y accesorios ubicados en la línea: 44cm 94cm 27cm U U La longitud del tubo sin considerar los accesorios es igual a 1.03 2 kg/ m ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA 4.64 kg/ m 2 Leq = 1.4999 + 1.05 kg/ m 2 Leq = 1.97) = 11493.65 = 3.65 = 3.01 2 kg/ m ΔP = (12602 – 1108.99 kg/ m ΔP = (0.99) = 11367.40 kg/ m ΔP = (0.1060 m) (12602 kg/m ) = 2 1335.5031 m = ¼ ABIERTA 11568.5147 + 1.0980m) (12602 kg/m ) = 2 1234.4983 + 1.1531 m 1.4999 m = ½ ABIERTA 11480.0880 m) (12602 kg/m ) = 2 1108.19 2 kg/ m ΔP = (12602 – 1285.65= 3.81 kg/ m ΔP = (0.97 kg/ m 3 3 3 3 ΔP DEL ACCESORIO ΔP = (12602 – 1335.81) = 11266.24 kg/ m 2 Leq = 1.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA CALCULO DE CAIDAS DE PRESION PARA PLACA DE ORIFICIO ΔP ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ΔP MANOMETRICA ΔP = (0.6 2 kg/ m ΔP = (12602 – 1234.1483 m 1.4983 m = 1.1020 m) (12602 kg/m ) = 2 1285. 062 ¼ ABIERTA LREL = 1.5048m/ 0.4999 m/ 0.4883 m = ¼ ABIERTA 11493.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA CALCULO DE LONGITUDES EQUIVALENTES PARA PLACA DE ORIFICIO ABERTURA ΔP DEL ACCESORIO LONGITUD EQUIVALENTE DE PLACA DE ORIFICIO LONGITUD EQUIVALENTE DE LA LINEA TOTALMENTE ABIERTA 11266.0381 m = 39.5048 m = 5.0381 m = 39.0381 m = 39. Calcular las longitudes relativas Considerando el diámetro de la tubería recta como 38. Longitud equivalente de Placa de orificio CALCULO DE LONGITUDES RELATIVAS PARA LA PLACA DE ORIFICIO ABERTURA LONGITUD RELATIVA (Leq / D ) TOTALMENTE ABIERTA LREL = 1.1251 m 1.0381 m = 39.6 kg/ m 2 Leq = 1.889 ½ ABIERTA LREL = 1.0381 m = 39.1317 m 1.0381 m = 38.65 = 3.755 b.01 kg/ m 2 Leq = 1. Longitud equivalente de Tubo Venturi CALCULO DE LONGITUDES RELATIVAS PARA EL TUBO VENTURI ABERTURA LONGITUD RELATIVA (Leq / D ) TOTALMENTE ABIERTA LREL = 1.19 kg/ m 2 Leq = 1.65 = 3.0381 m = 38.4883 + 1.1383 m 1.4751 + 1.65 = 3.1 mm a.325 ¾ ABIERTA LREL = 1.4817 m/ 0.5147m/ 0.5031 m/ 0.4751 m = 1.4883 m/ 0.4817 + 1.0381 m = 39.5048 + 1.4817 m = ½ ABIERTA 11367.451 ¼ ABIERTA LREL = 1.1548 m ¾ ABIERTA 11316.4751 m/ 0.03 kg/ m 2 Leq = 1.496 7 .65 = 3.367 ½ ABIERTA LREL = 1.4983 m/ 0.716 ¾ ABIERTA LREL = 1. 40 kg/ m ) (9.99 kg/ m ) (9.26 kg/ms 2 2 2 ) 3 F = 11359.635 m /s 2 3 F= 12115.81 m/s ) = 2 13104.0614 1.81 m/s ) = 2 12609. Calcular las perdidas por fricción experimental F= ( ) CALCULO DE LONGITUDES RELATIVAS PARA EL TUBO VENTURI ( (ΔP) ( g ) FACTOR DE FRICCION ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA (1157.36 kg/ m ) (9.9361 FACTOR DE FRICCION (f’) 0.026 m /s 10.81 m/s ) = 2 10137.77 kg/ms /998 kg/m 2 2 12.139 m /s 2 3 F= 10878.1499 m 3.81 m/s ) = 2 11241.263 m /s 11.2399 0.0657 1.81 m/s ) = 2 11.97 kg/ m ) (9.1485 m 3.900 m /s = = = = 7. Calcular el factor de fricción experimental CALCULO DEL FACTOR DE FRICCION EXPERIMENTAL(f´) EN TUBO VENTURI ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ½ ¼ PERDIDAD DE FRICCION (F) 11.89 kg/ m ) (9.76 kg/ m ) (9.382 m /s 2 2 2 Leq 3.25 kg/ms 2 2 (1108.29 kg/ms /998 kg/m 2 2 13.25 kg/ms /998 kg/m 2 2 12.382 m /s 2 3 F=11241.29 kg/ms 2 2 (1285.18 kg/ms /998 kg/m 2 2 11.81 kg/ m ) (9.26 kg/ms /998 kg/m 2 2 10.77 kg/ms 2 2 (1234.026 m /s 2 3 F= 10137.18 kg/ms 2 2 (1121.81 m/s ) = 2 11004.95 kg/ m )(9.1647 m VELOCIDAD 1.157 m /s = = = = CALCULO DE LONGITUDES RELATIVAS PARA LA PLACA DE ORIFICIO ( (ΔP) ( g ) FACTOR DE FRICCION ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ABIERTA ½ ABIERTA ¼ ABIERTA (1335.1531 m 3.46 kg/ms /998 kg/m 2 2 11.46 kg/ms 2 2 (1033.2026 0.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA 6.2790 11.81 m/s ) = 2 12115.81 m/s ) = 2 10878.99 kg/ms /998 kg/m 2 2 10.99 kg/ms 2 2 2 ) 3 F = 13104.359 kg/ms 2 2 (1145.2445 0.48 kg/ms /998 kg/m 2 2 11.1842 0.130 m /s 2 3 F=12609.2637 m /s 2 3 F= 11004.157 m /s 2 2 2 2 2 8 . 1251 m 3.14 = 35523.25 = 28024.25 NRE = NRE = NRE = NRE = = 40277.00558 0.00541 0.62 = 32153.00559 0.03 0.00557 0.130 m /s 12.900 m /s 2 2 2 2 2 Leq 3. Calcular el factor de fricción teórico Para dicho cálculo se necesitan obtener los diferentes números de Reynolds a las distintas aberturas y además de la rugosidad relativa (ε / D) en las gráficas de Darcy NRE CALCULO DEL NUMERO DE REYNOLDS PARA TUBO VENTURI ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ½ ¼ NUMERO DE REYNOLDS ( ( ( ( )( )( )( )( )( )( )( )( ) ) ) ) FACTOR DE FRICCION TEÓRICO f=0.90 = 40441.00551 0.0791 / NRE^.00611 9 .52 0.635 m /s 12.00590 0.1548 m VELOCIDAD 1.1371 m 3.08 = 45636.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA CALCULO DEL FACTOR DE FRICCION EXPERIMENTAL(f´) EN PLACA DE ORIFICIO ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ½ ¼ PERDIDAD DE FRICCION (F) 13.25 NRE = NRE = NRE = NRE = = 42372.62 = 40042.0791/ NRE^.7385 FACTOR DE FRICCION (f’) 0.8473 0.1166 1.00576 CALCULO DEL NUMERO DE REYNOLDS PARA PLACA DE ORIFICIO ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ ½ ¼ NUMERO DE REYNOLDS ( ( ( ( )( )( )( )( )( )( )( )( ) ) ) ) FACTOR DE FRICCION TEÓRICO f= 0.4827 2 2 2 8.139 m /s 10.1383 m 3.2567 0.2756 0.0552 0.4105 0. 200 s 3. esto también fue debido al tipo de reducción que maneja este accesorio. En cuanto al comportamiento de las velocidades de la placa de orificio.1166 m/s y decayó a casi 0.000 L CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES las velocidades obtenidas en el tubo Venturi aumentaron conforme se fue cerrando la válvula.001210 ⁄ 0.6 2 kg/ m 11367.03 2 kg/ m GASTO 0.75 m/s .INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA 9.24 2 kg/ m 11568.000966 ⁄ 0.001371 ⁄ 0.11 2 kg/ m 11480.695 s VOLUMEN (L) 4.245 s 4.450 L ¼ 3.260 L PRESION 11266.250 s 3. menor a 1 m/s que repercutió en los cálculos posteriores. considero que estos cálculos puede que estén en contra del verdadero comportamiento que se dio en la práctica.05 2 kg/ m 11456.64 2 kg/ m GASTO 0.555 s 3. se menciona que al ir cerrando la válvula de compuerta.19 2 kg/ m 11316.001098 ⁄ Δp 11902471914 21929643567 14996349420 24581812564 3.001203 ⁄ 0.001273 ⁄ 0.435 L 706485. la velocidad del fluido descendió.1691 ¼ 3.01 2 kg/ m 11493.9679 665126. pues un factor que altera esta situación 10 .9786 695577.000842 ⁄ Δp 668570.1791 3.530 s 4. mostro una disminución evidente.560 s 3.001215 ⁄ 0.250 L ½ 3. teniendo una velocidad inicial de 1.560 s VOLUMEN (L) 3.570 L TABLA DE DATOS PLACA DE ORIFICIO ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ TIEMPO (s) 2.890 L ½ 3. Completar el siguiente cuadro TABLA DE DATOS TUBO VENTURI ABERTURA TOTALMENTE ABIERTA ¾ TIEMPO (s) 3. sin embargo el comportamiento de la corriente del fluido cuando se cerró casi en su totalidad la válvula.800 L PRESION 11444. con excepción de la corrida con la válvula casi cerrada. pero son los que se obtuvieron con los datos experimentales. el comportamiento fue todo negativo de la placa de orificio. nuestras longitudes variaron por milímetros y en algunos casos incremento de 1 a 2 centímetros. 11 . que de acuerdo a los cálculos realizados. La conclusión a la que yo llegaría es que en este tipo de accesorios debería de existir un aumento de velocidad por la reducción del área por la cual pasa el fluido puesto a prueba. como lo fue el caso de las longitudes equivalentes a ½ y ¼ tanto del tubo Venturi como de la placa de orificio. son cifras mayores a las 30000 unidades. pero no menos importante los factores de fricción tanto experimentales como teóricos no concuerdan en lo más mínimo. ya que las velocidades disminuían. Esto es debido a que los factores de fricción teóricos toman en consideración el Número de Reynolds. las variaciones fueron mínimas. Podemos declinar que la longitud equivalente absoluta de la línea uno es de 3. mayor era nuestra longitud equivalente total. sin embargo considero relativamente altos dichos números de Reynolds. es evidente que en la práctica se pudo observar que el flujo se comportaba de manera turbulenta. Como observación. que repito.15 m . comportamiento . que debido a que dicha diferencia era por escasos milímetros . Por el lado contrario.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA es la inexactitud de los tiempos tomados. Y por último. quisiera mencionar que en la toma de presiones en los manómetros de Hg. En cuanto a las longitudes equivalentes absolutas. siguió el tubo Venturi . A menor Δh . ya que el Mercurio nunca se pudo estabilizar debido tanto a la corriente que en ocasiones tenía algunas burbujas de aire y también ciertas impurezas. ya que conforme se iba cerrando la válvula la Δh iba disminuyendo para ambos accesorios. no se pudo tomar una medición exacta. TRANSFERENCIA DE CALOR. et. España 2010. Editorial Mc Graw Hill. Limusa 2000 PERRY Robert H. PROBLEMAS DE FLUJO DE FLUIDOS. México 2006. 1ª Reimpresión. Ed. 4ª Edición. Editorial Mc Graw Hill. CENGEL Y. Editorial Reverte.B. México 2004. MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO. al. 4ª Edición.INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA BIBLIOGRAFIA BIRD R. et. al. FENOMENOS DE TRANSPORTE. VALIENTE Juan. 12 .