Nota: 3.0 Deben mejorar la presentación general del informe, las tablas se deben nombar y enumerar, enumerar, lo mismo que los gráficos. El análisis de resultados está muy deficiente, practicamente no analiaron los resultados que obtu!ieron en el laboratorio, por ejm les faltó analiar cuales de los accesorios y de los materiales materiales de las tuber"as presentan mayor p#rdida de energ"a. $E%D&D'( DE ENE%)&' DE*&D+ ' ' -%&&+N EN /*E%&'( 1 'E(+%&+(. ENE%)1 +(( DE /+ -%&/&+N &N $&$E( 'ND 'E((+%&E(. 'E((+%&E(. Luisa Fernanda Ríos Ríos Cardona, Cardona, Víctor Daniel Martínez Martínez Jaramillo Jaramillo y Yuly Yuly Viviana Viviana Suárez Suárez Bedoya !studiantes de "n#eniería de $limentos %niversidad de $ntio&uia $ntio&uia Facultad de 'uímica Farmac(utica La)oratorio de *+eraciones *+eraciones %nitarias %nitarias -ro.esora/ -ro.esora/ 0elmy Ciro Ciro RESUMEN Actualmente en la industria de los alimentos, los fluidos son transportados por tuberías de diferentes materi materiale ales, s, ya sea durant durantee su produc producció ción, n, proces proceso, o, transp transport orte, e, utiliz utilizaci ación ón entre entre otros otros.. En el transporte de fluidos a travs de tuberías es muy importante tener en cuenta las prdidas de ener!ía "ue se produce por la fricción entre las paredes de las tuberías o de los diferentes accesorios "ue conforman el e"uipo. #ara el c$lculo de las prdidas por fricción se utiliza la ecuación de %arcy &eisbac' y para los accesorios se tiene en cuenta la lon!itud e"uivalente e"uivalente en di$metros de la tubería ()e*%+. #ara calcular dic'as prdidas, se midieron caudales y presión diferencial en tuberías de diferentes materi materiale aless como como acero acero inoid inoidabl ablee y acero acero !alvan !alvaniza izado do y tenien teniendo do en cuenta cuenta los difere diferent ntes es accesorios como v$lvula de !lobo y c'ec- , a parte de esto tambin se !eneran perdidas de ener!ía cuando se reduce o se aumenta el di$metro de la tubería, en esta practica no se realizó, pero los codos "ue llevan las tuberías ya sean de /0 o 120 tambin !eneran una perdida de ener!ía. El ob3etivo ob3etivo de esta practica es b$sicamente b$sicamente determinar la influencia "ue presenta presenta el material y los diferentes tipos de accesorios "ue ten!an las tuberías para la perdida de ener!ía de los diferentes fluidos utilizados en el industria de los alimentos. Se calculan las perdidas teóricas y eperimentales para cada caudal y se 'allan los porcenta3es de error para determinar "ue tan preciso son los datos "ue se obtuvieron en el laboratorio.
'*(/%'/ 4urrently in food industry, t'e fluids are transported t'rou!' pipes of different materials, eit'er durin! t'eir production, processin!, transportation, transportation, use and ot'ers. 5n t'e transport of fluids t'rou!' pipelines is very important important ta-in! into account t'e ener!y loss loss t'at is caused by friction bet6een t'e pipe 6alls and t'e various accessories t'at ma-e up t'e e"uipment.7or t'e calculation of friction losses losses usin! usin! t'e %arcy &eisbac' eisbac' and accessori accessories es you consider t'e e"uivalent e"uivalent len!t' in pipe diameters (5 * %+.8o calculate t'ese losses 6ere measured and differential pressure flo6 in pipes of different materials li-e stainless steel and !alvanized steel and ta-in! into account t'e different
accessories li-e !lobe valve and c'ec-, part of t'is also !enerate ener!y lost 6'en reduced or increasin! t'e diameter of t'e pipe, in t'is practice is not performed, but t'e elbo6 pipes carryin! eit'er / 0 or 12 0 also !enerate a po6er loss.8'e !oal of t'is eercise is to determine t'e influence basically presents t'e material and different types of pipe fittin!s 'avin! t'e ener!y loss for t'e different fluids used in t'e food industry.4alculated t'eoretical and eperimental losses for eac' flo6 rate and are error rates to determine 'o6 accurate are t'e data obtained in t'e laboratory.
$alabras cla!es: fricción, ener!ía, accesorios, tubería y fluidos. 2eyords9 friction, ener!y, fittin!s, tubin! and fluids. &ntroducción. A medida "ue un fluido fluye por un conducto, tubo o al!:n otro dispositivo, ocurren prdidas de ener!ía debido a la fricción "ue 'ay entre el li"uido y la pared de la tubería; estas ener!ías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flu3o. En estructuras lar!as, las prdidas por fricción son muy importantes, por lo "ue 'a sido ob3eto de investi!ación para poder lle!ar a soluciones de f$cil aplicación. #ara estudiar el problema de la resistencia al flu3o es necesario clasificar los fluidos en laminar y turbulento.
>?+ en base a sus eperimentos fue el primero "ue propuso el criterio para distin!uir ambos tipos de flu3o mediante el n:mero "ue lleva su nombre, el cual permite evaluar la la influencia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia. En el caso de un conducto cilíndrico a presión, el n:mero de Re ynolds se define así9 ℜ= Dvρ / µ
%onde V es la velocidad , D es el di$metro y 1 la densidad del fluido y @ la viscosidad del fluido. #ara determinar si el flu3o es turbulento o laminar se utiliza el n:mero de Reynolds de la si!uiente forma9 Re B222 El flu3o es laminar o Re C 222 El flu3o es turbulento A partir de esta clasificación 'ay varias formas para poder 'allar el factor de fricción "ue es re"uerido para 'allar las perdidas de ener!ía ya sean de accesorios o por fricción. )as prdidas "ue son debidas al cambio de dirección y velocidad del fluido en accesorios y en la tubería "ue !eneralmente es de un material ru!oso, por lo cual es importante calcularlas para estimar costos reales del proceso y duración del e"uipo. )as perdidas por fricción dependen de la tubería, de su lon!itud, di$metro, de la velocidad de circulación, del material y del uso y des!aste "ue ten!an. 8ambien depende de la cantidad de accesorios "ue se utilizan como codos y v$lvulas se!:n las condiciones del transporte del fluido "ue se desea realizar.
+*4E/&5+ )ENE%'. Evaluar las perdidas por fricción "ue se !eneran en un tramo de tubería recta de diferente material, y en accesorios de diferente tipo.
+*4E/&5+( E($E&-&+(. •
•
•
Evaluar el efecto del caudal sobre las prdidas "ue se presentan en un tramo de tubería y en diferentes accesorios. Analizar la influencia del material, tramo de la tubería y cantidad de accesorios en las prdidas "ue se !eneran por la fricción.
6etodolog"a. En el e"uipo de perdidas conectar tuberías de acero inoidable o acero !alvanizado, posteriormente se 'ace circular a!ua usando la bomba centrifu!a. Se varía el caudal y se 'ace mediciones de este y de la caída de presión en dos puntos predeterminados. )ue!o se procede a cambiar la tubería por otras del mismo material "ue conten!an v$lvulas, c'ec- entre otros y se 'acen mediciones de caída de presión usando el caudal m$imo.
D'/+(. /uber"a acero ino7idable sin accesorioscedula80 Diametro:0,9pul nominal
longitud:;0,9cm
$resión diferencial<=>+
-lujo?t@AB
3;
C08
33
C;
>
CF;>
>F
C99
>9
C9F9
>8
C9C9
>>
C8
C;
C38F
C
C3>3
CF
C>;;
C8
C>>F
C0
CCC>
;
C03F
9
;F>
3
;C0
/uber"a acero ino7idable cedula 80con !ál!ula de globo
Diametro:0,9 pulgadas nominal ongitudC:3,9cm
longitud>:38,cm
$resión diferencial<=>+
-lujo?t@AB
C
C;0
/uber"a de acero ino7idable cedula 80 con !ál!ula de bola. Diametro:0,9 pulgadas nominal ongitudC:39cm
longitud>:80,9cm
$resión diferencial<= >+
-lujo?t@AB
88
C;C3
/uber"a acero ino7idable cedula 80con !ál!ula de cAeque Diametro:0,9 pulgadas nominal ongitudC:39cm
longitud>:80cm
$resión diferencial<=>+
-lujo?t@AB
;
C;0
/uberia de acero gal!aniado con !al!ula de globo
Diametro:0,9 pulgadas nominal ongitudC:39cm
$resión diferencial<=>+
longitud>:80,8cm
-lujo?t@AB
;
CFF
/uberia de acero galbaniado con combio de diametro. Diametro:reduccion en copa C< a C@> <. ongitudCAasta 0.9<:C>cm longitud>AastaC<:3Fcm ongitud3de0.9Aasta el fina:C8,9cm $resión diferencial<= >+
-lujo?t@AB
9C
C;03
'+(. alcular el nGmero de %eynolds para cada caudal medido en el tramo recto, la perdida de energ"a debido a la fricción para cada numero de %eynolds en el tramo recto y el factor de fricción para cada %eynolds. D'/+( •
• •
• • • •
%ENS5%A% %E) ADUA A B/049 11F!*m ? G5S4,1==2 H#a.s %5AME8R< 8UIER5A %E A4ER< 5Nm %5AME8R< 8UIER5A %E A4ER< DA)GAN5LA%< =*BK N
6odelos de cálculo: ℜ= Dvρ / µ
#ara 'allar Reynolds
v =Q / A #ara 'allar velocidad.
L V 2l = . t D B # B
Ecuación para la prdida de ener!ía por fricción:
Ecuación de Darcy
/uber"a acero ino7idable sin accesorioscedula80 7lu3o()t*' + =12 =>1 =P>B =/1/ =/P/ =/=/ =1
Re
f
hL
47701,6 646 44707,5 448 42033,5 888 39859,4 376 39109,7 303 37860,2 182 36960,5 694
0,029 4 0,029 45 0,029 7 0,029 9 0,03
0,5487805 4 0,4820513 2 0,4334595 7 0,3963850 2 0,3943346 8 0,3695400 9 0,3533225 3
0,030 1 0,030 2
=?P =?B? =B>> =BBP ===B =2?P >PB >=2
33636,8 671 33062,0 915 32187,4 33 30638,0 38 27789,1 502 25889,8 918 21541,5 895 20242,0 969
0,030 8 0,031 0,031 5 0,031 4 0,031 6 0,031 8 0,031 9 0,032
0,2945161 1 0,2854459 8 0,2705428 0,2459042 8 0,2042261 2 0,177543 0,1231061 7 0,1009042 202
/uber"a acero ino7idable cedula 80con !ál!ula de globo 7lu3o()t*' + =>21
Re
f
45321,5 92
hL
0,298 4,692110 63
/uber"a de acero ino7idable cedula 80 con !ál!ula de bola. 7lu3o()t*' + =>=?
Re
f
45421,80 56
hL
0,298 4,795454 38
/uber"a acero ino7idable cedula 80con !ál!ula de cAeque 7lu3o()t*' + =>21
Re
f
45321,5 92
hL
0,298 4,742699 42
/uber"a de acero gal!aniado con !ál!ula de globo 7lu3o()t*' + =PP
Re 40060,7 38
f
hL
0,044 0,408304 94
/uber"a de acero gal!aniado con cambio de diámetro. 7lu3o()t*' + =>2?
f
Re 40900,06 26
hL
0,044 0,352779 52
=acer un grafico de factor de fricción 5s numero de %eynolds, construyendo un diagrama de 6oody factor de fricción Vs Reynolds 0.03 0.03 0.03
factor de frición
0.03
f
0.03 0.03 0.03 20000
30000
40000
Re
4oeficiente de resistencia y de la dilatación
K =
9
¿ =340
De TABLAS : !ál!ula de globo
D
¿
D
∗f
K =340∗0,295 =100,3
K =150∗0,295 = 44,25
5ál!ula de bola. D =/2 ¿ =100
K =100∗0,295 =29,5
5ál!ula de cAeque D
¿
'cero gal!aniado !ál!ula de globo
¿
D
=340
K =340∗0,44 =149,6
''% ' +N)&/D EH&5'EN/' $'%' 5'5'( DE )+*+, *+' 1 =EHE. 6odelo de cálculo ¿= KD / f
e?mB válvula de globo
Válvula de bola.
5,372
2,37
Válvula de cheque 1,58
Acero galvanizado válvula de globo
59,33
Drafico para an$lisis de resultados.
PDiferencial de presion Vs caudal 8750 6750 D&'(R()&AL D( PR(*&+) !Pa%
P(Pa)
4750 2750 750 0 0 0 0 0 0 0 audal!"#$s%
&6$+%/'N&' DE ' $%I/&' EN &N)EN&E%&' DE '&6EN/+(. Esta pr$ctica es de vital importancia en la industria alimentaria cuando "uiere transportarse un fluido de un lu!ar a otro, ya a medida "ue el fluido pasa a travs de un conducto, tubo o al!:n otro dispositivo, ocurren prdidas de ener!ía debido a la fricción o cuando este dispositivo lleva consi!o accesorios, estas ener!ías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flu3o. Es por esto, "ue es necesario conocer dic'as prdidas para determinar la potencia "ue es necesaria para impulsar el fluido a un determinado lu!ar en el procesamiento de alimentos.
'NI&(&( DE %E(/'D+(.
•
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)o fue pos!"e e#$o#%&a& e# "as 'fe&e#%es fue#%es "os a"o&es 'e pe&''as po& f&$$# * a$$eso&os, po& e#'e #o pue'e $o+pa&a&se "os &esu"%a'os o!%e#'os $o# "os &ea"es. # "os $-"$u"os o!%e#'os se +ues%&a ue e" %po 'e +a%e&a" afe$%a 'e 'fe&e#%e fo&+a /u'o *a ue e#e&a pe&''as po& f&$$# 'e 'fe&e#%e a"o&. uáles son los "ateriales que se traba,aron- cal de los dos generó "ayor p/rdida de energ0a y porqu/1. (n este aspecto les faltó "ayor análisis. Pu'o a!e&se p&ese#%a'o 'e&sas $ausas 'e e&&o& a"u#as 'e e""as pu'e&o# se&: el barrido de las tuberías, no se hizo lo suficientemente largo y al quitar la tubería modificable salió agua por esta indicándonos que también pudo haber quedado en otros tramos, Otra causa de error pudo haber sido con el botón que aumentamos y disminuimos la velocidad del flujo diferencial del líquido, ya que algunos de los valores que necesitábamos ubicar eran muy complicados y se nos pasaban de valor, error en la medición de los tramos de las tuberías modificables, ya que pudimos habernos equivocado en la visualización de la medida.
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Pa&a e" $a"$u"o 'e "as pe&''as po& f&$$# se #e$es%o "a &uos'a' 'e $a'a +a%e&a", po& eso fue #e$esa&o !us$a& e# "a fue#%es 'e #%e&#e%, "o ue $o#""ea a ue se p&ese#%e u# +a*o& po&$e#%ae 'e e&&o&, 'a'o a ue es pos!"e ue esos a"o&es #o fue&a# "os &ea"es. En el momento de leer en el dia!rama de Moody tambin se presenta causa de error ya "ue la lectura de los valores es al!o muy sub3etivo.
+N(&+NE( •
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El caudal y el diferencial de presión tiene una alta relación , dado "ue son directamente proporcionales a medida "ue la presión disminuye el caudal tambin lo 'ace , esto se muestra en el !r$fico "ue ilustra los valores obtenidos en la practica. El material suma prdidas debido a su coeficiente de ru!osidad y al des!aste propio de cada material en el tiempo. e comprobó que a mayor caudal mayores pérdidas, ya que el fluido lleva una mayor velocidad y por ende hay una mayor fricción.
)a ru!osidad relativa del acero inoidable fue mayor por consi!uiente este presento mayores perdidas de ener!ía debido ala fricción.
*&*&+)%'-&'.
Tu!e&as, $o#eo#es * a$$eso&os . QSitio en internet, %isponible en9 %%p:.%e$#oe"e$%&$a.$o+.+%u!e&as$o#eo#es*a$$eso&os+a&$ae#e &$a.p'f .A$$eso e" 10 'e u#o 'e" 2013 a"as 10:20p+ #"a$es. S%o e# #%e&#e%, Dspo#!"e e#: %%p:/u'os.ea.e'u.$o'&au"$aa&%$u"oses/uoe#%u!e&asf&$$ ;3B3#f&$$;3B3#.%+ .a$eeso e" 12 'e u#o 'e" 2013 a "as 5:22p+ S%o e# #%e&#e%, Dspo#!"e e#: %%p:'&;3A1u"$a20'e 20Tu!e&;3ADas206A20*206BTa!"as20*20?& ;3A1<$as;oe<$e#%es20'e20Ruos'a'20(>aes%a').p'f .a$$eso e" 12 'e u#o 'e" 2013 a "as 6:00p+
