Pérdidas de energía mecánica por fricción en tuberías

PRÁCTICA DE LABORATORIO: PÉRDIDAS DE ENERGÍA MECÁNICA POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS - CELTI

PRESENTADO POR:

ALFARO ORTÍZ MANUEL
GUERRERO FERNÁNDEZ MARGIE
VALENCIA ROMERO AMBROSIO
ZUÑIGA CORTÉS OSWALDO
INGENIERÍA MECÁNICA

PRESENTADO A:

ING. CRISOSTOMO PERALTA HERNÁNDEZ
DOCENTE

MECÁNICA DE FLUIDOS
FACULTAD DE INGENIERÍA

1 DE DICIEMBRE DEL2009

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO
BARRANQUILLA
[pic]
RESUMEN
En las instalaciones del CELTI – Laboratorio de Operaciones Unitarias se llevó a cabo la práctica sobre Pérdidas de Energía Mecánica por Fricción en Tuberías. El objetivo fue analizar y comprender los conceptos referentes a la transformación de la energía mecánica en energía calórica debido al rozamiento, y el análisis de cada una delas variables que influyen directa o indirectamente en el desarrollo. Fue también de importancia analizar las pérdidas por fricción debidas a la presencia de accesorios (válvulas, codos, etc.) y a la geometría del sistema.

El equipo de trabajo constaba de un tanque de agua para almacenamiento; una motobomba centrífuga que recircula el agua al tanque; diez tramos de tubería de cobre de 1.4 cm dediámetro interno, que contenían cada una un anillo piezométrico y enumeradas así: 1. Tubería con codos de 45°; 2. Tubería lisa y horizontal; 3 y 4. Tuberías con codos de retorno (180°); 5. Tubería con válvulas de globo; 6. Tubería con válvulas de compuerta; 7. Tubería con codos de 90° (radio largo); 8. Tubería con codos de 90° (radio corto).
Además, se conto con dos manómetros, uno para registrarla presión a la entrada (manómetro de carátula), y otro para la presión de salida del tramo (manómetro de columnas en U).
Otros elementos utilizados en la práctica fueron un recipiente graduado, un cronómetro y una cinta métrica. Y el fluido utilizado agua a temperatura ambiente. Se puso entonces a arrancar el equipo para la realización de la experiencia 1 y luego la 2. Los datos fueron tabuladosy utilizados en los cálculos posteriores, presentados en el presente informe.

INTRODUCCIÓN

Para solucionar los problemas prácticos de los flujos en tuberías, se aplica el principio de la energía, la ecuación de continuidad y los principios y ecuaciones de la resistencia de fluidos. La resistencia al flujo en los tubos, es ofrecida no solo por los tramos largos, sino también por losaccesorios de tuberías tales como codos y válvulas, que disipan energía al producir turbulencias a escala relativamente grandes. La ecuación de la energía o de Bernoulli para el movimiento de fluidos incompresibles en tubos es:

[pic]

El término [pic] representa la cabeza de pérdidas por fricción.

El número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del escurrimiento, es decir, si se trata deun flujo laminar o de un flujo turbulento; además, indica, la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto a uno laminar y la posición relativa de este estado de cosas a lo largo de determinada longitud:
[pic]

En donde [pic] es el diámetro interno de la tubería, [pic] es la velocidad media del fluido dentro de la tubería y [pic] es la viscosidadcinemática del fluido.

La ecuación siguiente que permite el cálculo directo del valor del factor de fricción para flujo turbulento la desarrollaron P.K. Swamee y A. K. Jain:

[pic]

En donde,
[pic] = factor de fricción.
[pic] = diámetro interno de la tubería.
[pic] = Rugosidad del material de la tubería.
[pic] = número de Reynolds.

La relación [pic] es conocida como la rugosidad relativa delmaterial y se utiliza para construir el diagrama de Moody. La ecuación produce valores de [pic] que están ± 1,0 % dentro del rango de rugosidad relativa de 10-6 a 0,01 y para números de Reynolds de 5 × 103 a 1 × 108. Esta es virtualmente toda la zona turbulenta del diagrama de Moody.

La ecuación de Darcy-Weisbach se utiliza para realizar los cálculos de flujo turbulento en tuberías. A través...