Cálculo de pérdidas de carga en cañerías

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL





FACULTAD REGIONAL SAN NICOLÁS






MECÁNICA DE LOS FLUIDOS





Cálculo de cañerías



Guía para uso de hoja de cálculo


Profesor:
Ing, López, Raúl.

Ayudante:
Ing. Giordano, Walter.

Alumno:
Bordone, Matías Ezequiel.


El presente trabajo constituye una guía para la utilización de un programaen el cual se resumen los tres tipos de problemas referentes al cálculo de cañerías en Mecánica de los Fluidos.
Antes de comenzar a desarrollar como se utiliza el programa, resulta conveniente exponer a modo de introducción los tipos de problemas que se resolverán, las ecuaciones utilizadas, haciendo hincapié en el Diagrama de Moody, el cual se utiliza en los tres tipos de problemas y se resumentodas las ecuaciones utilizadas para la determinación del parámetro más importante: el Factor de Darcy o Factor de fricción.


Introducción

Como se expuso anteriormente, existen tres tipos de problemas referentes al cálculo de cañerías en Mecánica de los Fluidos. Ellos son:
1. Cálculo de la pérdida de carga (hr).
2. Cálculo del caudal (Q).
3. Cálculo del diámetro (D).

Como sepone en evidencia en el tercer tipo de problemas, solo se analizarán instalaciones con conductos circulares.


1. Cálculo de la pérdida de carga.
La cantidad mas calculada en flujos desarrollados en tubos es la pérdida de carga hidrostática. Si se conoce dicha magnitud, es posible determinar el cambio de presión en el conducto en cuestión. La pérdida de carga está dada por la ecuación deDarcy – Weisbach, la cual se expone a continuación:


[pic] (1)


En la cual:
hfs : pérdida de carga primaria (m)
fD : factor de Darcy, o factor de fricción (adimensional)
L : longitud equivalente en la cual se desarrolla el fluido (m).
D : diámetro interno de la cañería utilizada (m).
v : velocidad promedio (m/s).
g: aceleración de la gravedad (9.81 m/s2).

Esta fórmula es de uso universal y permite determinar la pérdida de carga en tramos rectos de cañería, denominada como pérdida primaria. El factor mas importante en la ecuación anterior es el Factor de Darcy, el cual puede determinarse mediante ábacos o tablas. Aproximadamente a partir del año 1940, para la determinación del parámetro anterior seutiliza el Diagrama de Moody, con el cual se resuelven todos los tipos de problemas, con cualquier diámetro, material y caudal circulante. Además puede utilizarse para secciones no circulares, sustituyendo el diámetro por el radio hidráulico.


Otro aspecto importante a tener en cuenta son las perdidas denominadas como secundarias, en la cual se consideran los efectos de forma debido aaccesorios, existiendo dos formas para la determinación de la misma:
a) Método analítico :
Aquí se considera un coeficiente de pérdida de carga, denotado con k del elemento en cuestión, por lo tanto, las pérdidas secundarias serán entonces:

[pic] (2)


Donde la sumatoria corresponde a la suma de todos los coeficientes existentes.


b) Método de la longitud equivalente :Este método consiste en reemplazar a cada uno de los accesorios por una longitud hipotética (ficticia) de cañería de igual diámetro que la principal, cuya pérdida de carga es igual a la perdida de carga del accesorio (codos, válvulas, etc). Dichas longitudes, denominadas equivalentes, son determinadas mediante la utilización de tablas, ábacos o nomogramas. Las pérdidas secundarias seránentonces:
[pic] (3)
Este es método más utilizado, y el tenido en cuenta para efectuar los cálculos de pérdida de carga.


Las pérdidas totales en una instalación estarán dadas por la suma de las pérdidas primarias y las secundarias, es decir:


[pic] (4)


En consecuencia, si se reemplazan las ecuaciones de (1) a (3) en (4), se obtiene la pérdida de carga...