Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Departamento de Ingeniería Química Petrolera
Prof. José Manuel Medina Huerta
Laboratorio de Flujo de Fluidos
Práctica 1. Introducción a Flujo de Fluidos
Equipo #4 Alvarado Alvarado Navarre Navarrete te Guillerm Guillermo o Escoto Estrella Hugo Ernesto Pérez Cruz Edgar Sánchez Pinto Esaú Vallejo Landa Alejandra Grupo: 4PM1 Horario: Lunes de 9:00 -11:00 am Fecha de entrega: 20 de febrero de 2012.
1.1 Objetivos. •
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Objetivo General. Proporcionar los conocimientos básicos relacionados con el flujo de fluidos en un sistema de tuberías. Objetivos Particulares. a) Conocer los conceptos teóricos básicos de flujo de flujo de fluidos. b) Conocer los componentes y la simbología utilizada en el manejo de flujo de fluidos. c) Conocer la aplicación de los fluidos en la vida cotidiana y en la industria.
1.2 Síntesis de la teoría.
Fluido. Los son aquellos cuerpos (líquidos y gases) que, no teniendo forma propia cambian de forma sin esfuerzo.
Viscosidad µ (mu). Propiedad distintiva de los fluidos. Está ligada a la resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un fuerzo de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el comportamiento entre fluidos y sólidos. Los fluidos pueden ser clasificados de acuerdo a la relación que exista entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformación. Si aumenta la temperatura aumenta la viscosidad en los gases y disminuye la viscosidad en los líquidos. F/A = µ dv / dx Sus unidades, las más comunes: SI 1kgf=9.81 Newtons, 1cp= 10ˉ² poise o en micropoises (1 µp = 10ˉ6 poise). Densidad (ρ). Es la cantidad de materia por unidad de volumen de una sustancia. ρ = m /V Densidad relativa (ρr). Es la relación entre la masa de una sustancia respecto a la masa que se tendría de agua a igualdad de volumen, el caso de líquidos y para gases con respecto al aire. ρr = m sustancia para líquidos /m agua ρr = m gas para gases /m aire Volumen específico (υ). Es la inversa de la densidad, por tanto es le volumen por unidad de masa.
υ = V /m
Peso específico (w). Corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen. Es una propiedad derivada de la densidad, y es el producto de esta por la aceleración de la gravedad entre la aceleración de la gravedad específica.
w = Peso especifico ρ = Densidad del fluido g = Aceleración de la gravedad gc = Aceleración de la gravedad especifica Gravedad específica. La gravedad especifica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 4 °C, o, es el cociente del peso especifico de una sustancia entre el peso especifico del agua a 4 °C. Número de Reynolds: El valor numérico de una combinación adimensional de estas cuatro variables, conocido como el número de Reynolds, puede considerarse como la relación de las fuerzas dinámicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de deformación ocasionados por la viscosidad. Para estudios técnicos, el régimen de flujo en tuberías se considera como laminar si el número de Reynolds es menor que 2 000 y turbulento si el número de Reynolds es superior a 4 000. Entre estos dos valores está la zona denominada “crítica” donde el régimen de flujo es impredecible, pudiendo ser laminar, turbulento o de transición, dependiendo de muchas condiciones con posibilidad de variación. La experimentación cuidadosa ha determinado que la zona laminar puede acabar en números de Reynolds tan bajos como 1 200 o extenderse hasta los 40 000, pero estas condiciones no se presentan en la práctica. El número de Reynolds es:
Válvulas: La variedad en diseños de válvulas dificulta una clasificación completa.
Accesorios: Los acoplamientos o accesorios para conexión se clasifican en: de derivación, reducción, ampliación y desviación. Los accesorios como tes, cruces, codos con salida lateral, etc., pueden agruparse como accesorios de derivación. Los conectores de reducción o ampliación son aquellos que cambian la superficie de paso del fluido. En esta clase están las reducciones y los manguitos. Los accesorios de desvío, curvas, codos, curvas en U, etc., son los que cambian la dirección de flujo. Se pueden combinar algunos de los accesorios de la clasificación general antes mencionada. Además, hay accesorios como conexiones y uniones que no son resistentes al flujo, motivo por el cual no se consideran aquí. Si las válvulas se clasificaran según su resistencia que ofrecen al flujo, las que presentan un paso directo del flujo, como las válvulas de compuerta, bola, macho y de mariposa pertenecen al grupo de baja resistencia; las que tienen un cambio en la dirección del flujo, como las válvulas de globo y angulares, están en el grupo de alta resistencia.
Ecuación general de energía Teorema de Bernoulli El teorema de Bernoulli es una forma de expresión de la aplicación de la ley de la conservación de la energía al flujo de fluidos en una tubería. La energía total en un punto cualquiera por encima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia, es igual a la suma de la altura geométrica, la altura debida a la presión y la altura debida a la velocidad. Si las pérdidas por rozamiento se desprecian y no se aporta o se toma ninguna energía del sistema de tuberías (bombas o turbinas), la altura total H en la ecuación anterior permanecerá constante para cualquier punto del fluido. Sin embargo, en la realidad existen pérdidas o incrementos de energía que deben incluirse en la ecuación de Bernoulli. Por lo tanto, el balance de energía puede escribirse para dos puntos del fluido. Nótese que la pérdida por rozamiento en la tubería desde el punto uno al punto dos (h,) se expresa como la pérdida de altura en metros de fluido (pies de fluido).
Medidores de Flujo. Son dispositivos empleados para medir la velocidad a la cual un fluido esta fluyendo a través de de una tubería o canal. Y se clasifican como se muestra a continuación:
Simbología Válvula (VC)
de
compuerta
Válvula de globo (VG)
Válvula (VB)
de
bola
V-1
Válvula check (VCH)
V-4
Válvula de aguja (VA)
Válvula reductora (PCV)
de de
control presión
V -2
Válvula de control de nivel operada por flotador (LCV)
V-5
Válvula de diafragma (VD)
V-3
Bomba centrifuga
E-1
V-1
Reducción de diámetro roscada
Codos
V-6
Tanque atmosférico con tapa
Tanque atmosférico sin tapa
E-2
Indicador de nivel conectado al tanque externamente
Indicador de presión montado en el tablero
I-1
E-3
Indicador de presión montado detrás del tablero
Indicador de presión diferencial montado en el tablero
Transmisor de presión diferencial montado en campo
Tabla de ecuaciones básicas Cantidad física
Ecuación
Análisis dimensional
Función
Caída de presión practica
Al determinar la caída de presión en una tubería, se determina indirectamente la energía perdida por el rozamiento del fluido con las paredes internas del tubo.
Gasto volumétrico
El gasto volumétrico es la relación entre la cantidad de fluido que pasa a través de un punto dado, expresado en unidades de volumen, en un determinado tiempo.
Gasto masa
El gasto masa es la cantidad de fluido, en unidades de masa, que pasa por un punto dado en determinado tiempo.
Reynolds
El número de Reynolds es un factor que indica que tipo de flujo presenta un fluido dentro del sistema de tuberías.
Reynolds modificado
El número de Reynolds modificado permite conocer qué tipo de flujo presenta un fluido que circula a través de una columna empacada.
Tabla de ecuaciones básicas Cantidad física
Ecuación
Análisis dimensional
Función
Caída de presión teórica
La caída de presión teórica predice la energía que existirá en el flujo de un fluido dentro de una tubería, tomando en cuenta las características del fluido y la tubería.
Velocidad
Indica la energía y velocidad de un fluido.
Altura
Rugosidad relativa
Energía total de un fluido expresada en unidades de longitud. Es la relación de la rugosidad absoluta para cada material, entre el valor del diámetro interno real de la tubería a manejar.
Rugosidad relativa
Coeficiente de descarga de placa de orificio adimensional
Tabla de ecuaciones básicas
Coeficiente que indica cuanta presión se recupera de la presión original. La placa de orificio es un dispositivo que consiste en una reducción en la sección de flujo de una tubería, de modo que se produzca una caída de presion, a consecuencia del aumento de velocidad.
Cantidad física
Ecuación
Análisis dimensional
Coeficiente de descarga del tubo Venturi
adimensional
Función
Coeficiente que indica cuanta presión se recupera de la presión original. Este medidor es el más exacto teniendo una mínima perdida de presión permanente y permitiendo el paso de 1.6 veces más el flujo que la placa de orificio
Longitud equivalente absoluta
Termino que mide la longitud equivalente en unidades de tubo recto.
Longitud equivalente relativa
Es el término de longitud equivalente que se expresa en relación al diámetro del tubo. Esta forme de expresión es común de encontrar en la literatura para válvulas y conexiones, presenta la ventaja que la longitud equivalente es independiente del diámetro de la tubería, es
decir, que un mismo tipo de accesorio de cualquier diámetro, tendrá el mismo valor numérico para su longitud equivalente.
CONCLUSIONES Esta práctica fue de suma importancia ya que es una breve, pero suficiente introducción para saber qué es lo que veremos en el laboratorio de flujo de fluidos, conocimos conceptos básicos y necesarios, que algunos ya debemos saberlos y si no es así asimilarlos de la manera más rápida posible porque se utilizaran de aquí en adelante en nuestra etapa que falta como estudiantes así como en la etapa en la que empecemos a laborar, también aprendimos características principales y definiciones de equipos que utilizaremos así como su respectiva simbología que servirá para construir diagramas de flujo y las ecuaciones básicas y principales para hacer los respectivos cálculos en cada una de las practicas.
EDGAR PÉREZ CRUZ
BIBLIOGRAFIA
MOLT, Robert L.,”Mecánica de Fluidos Aplicada, Ed. Pretice Hall; México, 1996,145147pp.
Bird,R.B., Fenómenos de Transporte, Ed.Reverte;España,1996,184-155 pp.
