CAÍDAS DE PRESIÓN EN TUBERÍAS LISAS Y REGÍMENES DE FLUJO 1. PROBLEMA

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1 CAÍDAS DE PRESIÓN EN TUBERÍAS LISAS Y REGÍMENES DE FLUJO 1. PROBLEMA 1.1 Obtener la ecuación fenomenológica que represente la caída de presión en función del cambio de longitud, diámetro y la velocidad de un fluido (agua) cuando fluye alta y baja velocidad en tubería horizontal y circular de PVC. 1. Determinar los factores de fricción que se presentan en flujos de agua que pasan por una tubería de 3/8 y longitud de m para los regímenes de flujo obtenidos.. PARTE EXPERIMENTAL.1 Medidas de higiene y seguridad El agua del tanque de almacenamiento debe estar limpia. Materiales Integrado al equipo..3 Servicios auxiliares Corriente eléctrica de 110 volts.4 Descripción del equipo El equipo consta de un tanque TA-10 como contenedor del agua con un sensor de nivel CN, una bomba centrífuga BO-10 y válvula VR-1 para regular la alimentación a las diferentes líneas de PVC. Cuenta con dos rotámetros RVP-1 y RVR-, un registrador de presión diferencial, un tablero de control para arranque y paro del equipo y registro electrónico de caída de presión. Cada tubería tiene válvulas de paso del flujo de agua desde la V-1 hasta la V-41 y válvulas pequeñas para colocación de mangueras y hacer la conexión al manómetro diferencial..5 Diagrama del equipo: s de las tuberías: Tubería nominal (in) 1 3/ / / / Área (m )

2 .7 Desarrollo e Información Experimental Medir la caída de presión para las siguientes condiciones: I: 1.1 En la tubería de 3/8 colocar las mangueras de lectura de caída de presión a una distancia de.0 m. Anotar las caídas de presión que se presentan en un intervalo de flujo de l/h. Se recomiendan incrementos de 10 l/h. II:.1 En la tubería de 3/8 colocar las mangueras de lectura de caída de presión a una distancia de.0 m. Anotar las caídas de presión que se presentan en un intervalo de flujo de l/h. Se recomiendan incrementos de 100 l/h. Tablas Registro de datos. I II

3 I 1. En la tubería de 1/ fijar un flujo de agua de 100 l/h. Anotar las lecturas de caída de presión que se presentan en el intervalo de longitud de 0.5 a.0 m. Los intervalos serán de 0.5 m. II:. En la tubería de 1/ fijar un flujo de agua de 800 l/h. Anotar las lecturas de caída de presión que se presentan en el intervalo de longitud de 0.5 a.0 m. Se recomiendan intervalos de 0.5 m. I II I: 1.3 Para una longitud de m y velocidad de 1 m/s, anotar las lecturas de la caída de presión que se presentan en las tuberías 3/8, 1/ y 3/4. II:.3 Para una longitud de 0.5 m y velocidad de 0.1 m/s, anotar las lecturas de caída de presión que se presentan en las tuberías de 3/8, 1/ y 3/4. I II

4 Reporte y Análisis de Resultados: 1.- Para las regiones I y II, hacer las gráficas que muestren la relación entre la presión y: a) la velocidad del agua A1 y A, a diámetro y longitud de tubería constantes. b) la longitud de la tubería B1 y B, a una velocidad y diámetro constantes. c) el diámetro de la tubería C1 y C, a una velocidad de agua y longitud de tubería constantes..- Obtener la función que muestre la dependencia de la caída de presión con cada variable y en cada región aplicando el modelo de la potencia, indique la línea de tendencia y confirme que su coeficiente de regresión sea cercano a 1. Gráficas: A1 y A: Efecto de la velocidad del agua sobre la caída de presión. Gráficas: Efecto de la longitud de la tubería sobre la caída de presión. Gráficas: Efecto del diámetro sobre la caída de presión. 3. Análisis de resultados: Establecer la ecuación fenomenológica de la caída de presión para cada región a partir de las relaciones encontradas entre P y cada variable con su respectivo exponente: P 1 o P P K Iv L D (1) P K II () Qué dimensiones tienen K I y K II y que propiedades físicas les corresponden?. Considere I y II subíndices como región de baja y alta velocidad. Reescribir las ecuaciones (1) y () en función de las propiedades físicas obtenidas en el punto anterior. Cuál ecuación es similar a la obtenida por Hagen y Poiseuille?. Es congruente éste resultado con las ecuaciones de Navier y Stokes?. Expresar las ecuaciones (1) y () en función del esfuerzo cortante en la pared del tubo, P D w (3) L Qué nombre reciben las fuerzas que están involucradas en las ecuaciones resultantes, para cada región de flujo?. Determinar los factores de fricción que se presentan para los flujos de agua que pasan por una tubería de 3/8 y longitud de m para los regímenes de flujo obtenidos. Graficar sus resultados de f v.s. Re. Identificar las dos regiones. f (4) Preparación del equipo: 1. Verificar que el tanque de almacenamiento (TA-10) contenga agua limpia a unos 10 cm por arriba del sensor de nivel (CN) manteniendo la válvula V-41 cerrada. Revisar que el equipo esté conectado al suministro de corriente 110 VCA. Girar la perilla de paro de emergencia para cerrar el circuito eléctrico en ON.. De acuerdo a la tubería que emplee realice una alineación con el tanque y bomba abriendo las válvulas de paso correspondientes (V-8 a V-35). Por ejemplo, si emplea la tubería 1 de 3/8, debe alinear la tubería con el tanque de almacenamiento abriendo la válvula V-30 y V-35. Además debe abrir la válvula V-8 que w

5 sale del rotámetro RVR-1 ó la válvula V-9 que sale del rotámetro RVR-. La válvula de paso VR-1 sirve para regular el gasto que pase por la tubería. 3. Colocar las mangueras para la medición de la presión diferencial en la tubería de experimentación seleccionada y a la distancia deseada (0.5, 1, 1.5 ó m). Abrir las válvulas donde se han colocado las mangueras para la medición de la presión diferencial (V-1 a V-5) y asegurarse de que las demás estén cerradas. Operación del equipo: 4. Poner bajo tensión el equipo por medio del interruptor general (ON). Se deberá encender el botón luminoso verde del tablero energizado. Poner en funcionamiento la bomba por medio del botón de arranque ubicado en el gabinete de control. 5. Eliminar el aire atrapado en las mangueras de medición de la presión diferencial aumentando el flujo con la válvula VR-1 y cerrando un poco la válvula de descarga al tanque (V-35 ó V-36), según la tubería de experimentación elegida. Purgar manualmente abriendo las tuercas colocadas en la parte lateral izquierda del sensor de presión, cerrar nuevamente. 6. Una vez eliminado el aire de las mangueras, abrir de forma gradual y lenta la válvula V-35 ó V-36. Regular el flujo de agua con la válvula VR-1. Checar que a las mangueras no les entre aire. Si esto ocurre, vuelva a purgar. 7. Comenzar las lecturas de la presión diferencial indicadas sobre el tablero de control para cada flujo de agua elegido y regulado con la válvula VR-1. Para cada cambio en la posición de las mangueras de medición de la presión diferencial es necesario purgar (paso 5) sin apagar la bomba. 8. Es conveniente siempre esperar unos minutos a que el flujo se encuentre completamente desarrollado para que la lectura registrada en los medidores de presión sea estable. 9. Se puede realizar la medición manual del flujo por medio de las válvulas V-38, V-39 ó V-40 con ayuda de un cronómetro, probeta de litros y báscula. Tomar la temperatura del agua. Conviene hacer esta medición en peso y corregir con valores de densidad para evitar que con las mediciones de volumen ocurran errores de paralelaje. Paro del equipo: 10. Al terminar la experimentación, apagar la bomba BO-10 presionando el botón de paro bomba que está sobre el tablero. Abrir las válvulas V-35, V-36 y V-37 para descargar el tanque. Abrir las válvulas V-7, V- 8 y V-9 para asegurar que no quede atrapada agua al vaciar el tanque. 11. Presionar el botón tipo hongo de paro de emergencia. Apagar el equipo por medio del interruptor general (OFF). 1. Dejar abierta la válvula reguladora de flujo. 13. Desconectar el equipo de la toma de corriente eléctrica. 4. NOMECLATURA ΔP caída de v velocidad promedio L longitud de la tubería D diámetro de la tubería τ w esfuerzo en la pared (kpa) ƒ factor de fricción Re Número de Reynolds 5. BIBLIOGRAFÍA Bird R., Steward W. and Lightfood E., Transport Phenomena, John Wiley & Sons, nd Ed., 00. Vennard J. y Street R., Elementos de Mecánica de Fluidos, Co. Editorial Continental, S. A., Elaboró: Dra.Martha I. Moreno B. Modificado: I.Q. Lucila C. Méndez Ch. Abril, 014