INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACAMBARO INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS MATERIA: FLUJO DE FLUIDOS TEMAS: DIMENSIONAMIENTO DE TUBERIAS CALCULO DE PARAMETROS REOLOGICOS PROFESOR: Ing. Uriel Olivares Molina EQUIPO: JOSE ENRIQUE GOMEZ TORRES JOSE ANTONIO MARTINEZ VILLALOBOZ JOSE MANUEL GALLEGOS GARCIA Septiembre 2012

DIMENCIONAMIENTO DE TUBERIAS Una dimensión es una variable física utilizada para especificar o describir el comportamiento o naturaleza de un sistema o partícula. TUBERIA Y TUBO: TUBO: Pieza hueca, de forma por lo común cilíndrica y generalmente abierta por ambos extremos. TUBERIA: Sistema de tubos conectados entre si. Los fluidos se transportan por lo general en tuberías y tubos, los cuales tienen una sección transversal disponible en gran variedad de tamaños, espesores de pared y materiales de construcción.

TAMAÑOS: Las tuberías y tubos se clasifican en función de su diámetro y de su espesor de pared. En las tuberías de acero, los diámetros nominales estándar., en Estados Unidos, están comprendidos en un intervalo de 1/8 a 30 pulgadas.

SELECCIÓN DE TAMAÑOS DE TUBERÍA: El tamaño seleccionado de tubería para una instalación particular, depende sobre todo de los costos de la tubería y accesorios, así como de la energía requerida para el bombeo del fluido.

CONEXIONES Y ACCESORIOS: Los métodos utilizados para unir las piezas de tuberías o tubos, dependen en parte de las propiedades del material , pero sobre todo del espesor de la pared. Se conectan generalmente por accesorios de rosca, collarines o soldadura.

DISPOSITIVOS PARA EXPANSIÓN: Casi todas las tuberías están sometidas a variaciones de temperatura. En algunas ocasiones, los cambios son muy grandes. Tales cambios provocan que la tubería se expanda o se contraiga. Si los soportes están fijos puede doblarse o romperse.

PREVENCIÓN DE LAS FUGAS ALREDEDOR DE PARTES MÓVILES: En muchos tipos de equipo de procesamiento es necesario que una parte del equipo se mueva en relación con otra, sin que existan fugas excesivas de fluido alrededor de la pieza móvil. Los dispositivos mas comunes para minimizar las fugas, al mismo tiempo que permiten el movimiento, son los prensaestopas y los sellos mecánicos.

CALCULO DE PARAMETROS REOLOGICOS. La reología puede definirse como el ámbito de la ciencia que estudia la deformación y el flujo de materiales causadas por la aplicación de un esfuerzo.

Las necesidades de conocer la reología en la industria de los alimentos son múltiples. Entre otras se pueden citar: Diseño de tuberías y selección de bombas Selección y operación de equipos de mezclado Diseño y operación de cambiadores de calor Procesos en los que se realizan recubrimientos Selección de envases

SÓLIDOS ELÁSTICOS Los alimentos sólidos son aquellos que no fluyen ante un esfuerzo, sino que se deforman y se acaban rompiendo. Los sólidos rígidos se rompen sin deformarse. Hay diferentes tipos de deformaciones. Por ejemplo la elongación y la deformación. La elongación viene causada por la aplicación de una tensión sobre la superficie que se deforma. Puesto que δL depende de Lo, resulta conveniente definirlo de una forma más general. Así, se siendo L = Lo + δL, se puede definir la elongación como Elongación de Cauchy Elongación de Henchy

La deformación cortante es causada por un esfuerzo aplicado sobre una superficie diferente de la que se deforma. Esta deformación se cuantifica como

Fluidos: Se caracterizan porque sus elementos se desplazan uno respecto a otro ante la aparición de un esfuerzo. La reología de fluidos estudia la relación que existe entre la fuerza motriz que provoca el movimiento (esfuerzo cortante, σ) y la velocidad de flujo que se origina (el gradiente del perfil de velocidades, γ). Esfuerzo cortante, σ Es la fuerza por unidad de área aplicada paralelamente al desplazamiento (cortante). Velocidad de corte, γ El esfuerzo cortante provoca el desplazamiento ordenado de los elementos del fluido. La velocidad de corte se define como el gradiente (velocidad espacial de cambio) del perfil de velocidades Viscosidad aparente, η Mide la facilidad que tiene una determinada sustancia para fluir ante la aplicación de un esfuerzo cortante en unas determinadas condiciones. Se define como el ratio entre esfuerzo cortante y velocidad de corte,

VISCOSIDAD DE FLUIDOS LA VISCOSIDAD: Es la propiedad de un fluido que da lugar a fuerzas que se oponen al movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. Estas fuerzas viscosas se originan de las que existen entre las moléculas del fluido y son de carácter similar alas fuerzas cortantes de los sólidos.

La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad y se puede medir con ayuda de un aparato llamado viscosímetro VISCOSÍMETRO Instrumentos de medición y control de viscosidad, que tiene un orificio de tamaño conocido en el fondo. La velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una medida de su viscosidad. Indispensables en el control de calidad de innumerables productos.

VISCOSÍMETRO DE LECTURA DIAL VISCOSÍMETRO DIGITAL VISCOSÍMETRO VERSÁTIL  DIGITAL PROGRAMABLE

VISCOSIDAD DE ALGUNOS GASES SUSTANCIA TEMP. KELVIN VISCOSIDAD (Pa.S) 103 O (Kg/m . s) 103 REF. AIRE 293 0.01813 N1 CO2(DIOXIDO DE CARBONO) 273 0.01370 R1 373 0.01828 CH4 0.01089 SO2 (DIOXIDO DE AZUFRE) 0.01630

VISCOSIDAD DE ALGUNOS LIQUIDOS SUSTANCIA TEMP. KELVIN VISCOSIDAD (Pa.S) 103 O (Kg/m . s) 103 REF. AGUA 293 1.0019 SI 373 0.2821 BENCENO 278 0.826 R1 GLICERINA 1069 L1 Hg 1.55 R2 ACEITE DE OLIVA 303 84 E1

ESFUERZO CORTANTE EN UN FLUIDO ENTRE PLACAS PARALELAS Y Fuerza, F Y Vz Z ESFUERZO CORTANTE EN UN FLUIDO ENTRE PLACAS PARALELAS Y m = SEPARACION ENTRE LAS PLACAS. Vz m/s = VELOCIDAD.

Para muchos fluidos se ha determinado en forma experimental que la fuerza F en Newtons es directamente proporcional ala velocidad Vz en m/s. el área A en m2 de la placa usada, inversamente proporcional ala distancia y en m. expresada con la ley de viscosidad de Newton cuando el flujo es laminar, F/A = - µ Vz y Donde µ es una constante de proporcionalidad llamada viscosidad del fluido en Pa . S o Kg/ m . s. Cuando y tiende a cero y usando la definición de derivada, Ʈyz = - µ dvz / dy Donde Ʈyz = F/A es el esfuerzo cortante o fuerza por unidad de área en (N/ m2). En el sistema CGS F esta en dinas, µ en g/cm . s y y en cm.

Ejemplo, calculo del esfuerzo cortante en un liquido. Con respecto a la figura que muestra el esfuerzo cortante, la distancia entre las placas es = 0.005 m, la velocidad es de 0.1 m/s y el fluido es alcohol etílico a 273 K cuya viscosidad es de 0.00177 Kg/m . s A) Calcular el esfuerzo cortante en el SI Solución: sustituyendo directamente en la formula: F/A = - µ Vz y

BIBLIOGRAFIA: Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. Procesos de transporte y operaciones unitarias, C. J. Geankoplis, 3ª edición, CECSA. http://ojs.uo.edu.cu/index.php/tq/article/viewFile/2018/1568 F/A = (0.00177) ((0.10) / 0.005) =(0.00177) (20) = 0.0354 N/m2