Fluidos

Universidad Nacional Experimental del Táchira Departamento de Ingeniería Mecánica Núcleo de Termofluidos

Asignatura: Código: Carrera:

Laboratorio de Mecánica de Fluidos 0121 L y 0622502L Ingenierías Mecánica, Industrial y Ambiental

Práctica IX: Pérdidas de carga en flujo interno por tuberías. Objetivos específicos:
1. Aplicar las relaciones correspondientes a las pérdidas mayores ymenores en flujo incompresible. 2. Comparar el coeficiente de fricción para tramos rectos de tubería obtenido experimentalmente con respecto al valor obtenido mediante el diagrama de Moody. 3. Calcular en forma experimental, para diferentes accesorios, el coeficiente de pérdida y longitud equivalente adimensional. 4. Comparar los resultados obtenidos experimentalmente con los datos típicos tabuladosen la literatura.

Fundamentos:
Para el cálculo de las pérdidas en los sistemas hidráulicos de tuberías es necesario conocer la ecuación de la primera ley de la termodinámica o ecuación de la conservación de la energía, la cual establece que:

psalida

γ

2 2 Vsalida pentrada Ventrada + + Z salida = + + Z entrada + perdidas 2g γ 2g

Es común ver esta ecuación escrita de la siguientemanera

p1

γ

+

V12 p V2 + Z1 = 2 + 2 + Z 2 + hl 2g γ 2g

Ecuación 1

Donde “hl” (pérdida de carga total) son las pérdidas totales que ocurren en el sistema y que a su vez están constituidas por dos tipos de pérdidas:

hl = hlM + hlm
Donde:

Ecuación 2

hlM = pérdidas mayores debidas a los efectos de rozamiento en un flujo completamente desarrollado de un conducto de áreaconstante (tramos rectos) hlm = pérdidas menores debidas a accesorios, cambios de área, etc.

CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS MAYORES. Las pérdidas mayores en sistemas de tuberías están asociadas a tramos rectos, y son calculadas de acuerdo a la ecuación de Darcy- Weisbach:

L V2 hlM = f * * D 2* g
Donde: L= longitud del tubo D= Diámetro interno V= Velocidad media del fluido ƒ = Factor de fricción.Ecuación 3

El Factor de fricción ƒ, depende en gran parte del régimen de flujo y éste a su vez depende de parámetros o factores como son: a) La densidad, ρ b) La viscosidad, μ c) El diámetro de la tubería, D d) La velocidad del fluido, V Estos 4 parámetros se agrupan en un solo componente adimensional llamado “Numero de Reynolds”, (Re), el cual permite determinar qué tipo de flujo está siendotransportado por el interior de la tubería, de tal manera que si: Re < 2000, el flujo es laminar Re> 4000, el flujo es turbulento 2000 < Re < 4000 se trata de flujo en régimen de transición. (ver fig.1)

(a)

(b)

Figura 1 a) Experimento para ilustrar el tipo de flujo. b) Estelas de colorantes representativas
Utilizando estos parámetros el número de Reynolds puede ser hallado con lasiguiente ecuación:

Re =

ρVD VD = μ υ

Ecuación 4

La ecuación 4 puede ser escrita en función de caudal:

Re =

4ρQ 4Q = πμ D πυ D

Ecuación 5

Una vez obtenido el régimen de flujo, el factor de fricción (ƒ) se determina de la siguiente manera:

Cuando el flujo es laminar, es decir, Re < 2000, el factor de fricción es calculado mediante
la ecuación:

f =

64 Re

Ecuación 6Sustituyendo la ecuación 6 en la ecuación 3, las pérdidas mayores pueden ser obtenidas con la siguiente ecuación (Hagen- Pouseville):

hlM =

64 L V 2 * * Re D 2* g

Ecuación 7

Cuando el flujo es turbulento, Re> 4000, el factor de fricción depende del número de
Reynolds (Re) y de la rugosidad relativa (ε), ƒ=ƒ(Re,ε), y es determinado de forma teórica mediante el diagrama de Moody, quees una representación de la ecuación de Colebrook:

⎛⎛ ε ⎞ ⎜⎜ D⎟ 1 2.51 = −2.0 log ⎜ ⎝ ⎠ + f ⎜ 3.7 Re f ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

Ecuación 8

Una dificultad con el uso de la ecuación de Colebrook es el hecho de que está implícita en la dependencia de ƒ, es decir, para condiciones dadas (Re y ε/D) no es posible despejar ƒ sin emplear algún tipo de esquema iterativo. Con el uso de computadoras y...