Perdida de carga en tuberia

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

Laboratorio de Mecánica de Fluidos (Código 0622502L) Práctica 9: Pérdidas de carga en tuberías

Autor: Revisión:

Ing. Fernando González Ing. Alberto Sarcos Ing. Rubén Darío Omaña TSU. Jorge Bedoya

2

1 Objetivos
a. Determinar de manera experimental la pérdida de carga en tuberíarecta y en accesorios. b. Aplicar las relaciones correspondientes a las pérdidas mayores y menores en flujo incompresible. c. Comparar los resultados experimentales con los teóricos.

2 Marco teórico
2.1 Número de Reynolds
La pérdida de energía generada por el flujo confinado en una tubería depende de varios factores, uno de ello es el régimen de flujo, el cual puede ser laminar o turbulento.Básicamente, tres propiedades influyen en el tipo de régimen: la velocidad promedio del flujo (V), el diámetro de la tubería (D para flujo interior) y la viscosidad cinemática del fluido (ν). Estos tres factores conforman un grupo adimensional denominado Número de Reynolds, el cual puede ser definido como:

Re 

VD v

(1.1)

En donde, la velocidad del flujo en una tubería de seccióncircular puede ser determinada mediante la siguiente ecuación:

V

4Q  D2

(1.2)

Para números de Reynolds menores a 2000 se establece que el flujo es laminar, mientras que valores de Reynolds mayores a 4000 el flujo es turbulento; entre valores de 2000 a 4000 el flujo es transitorio, sin embargo para efectos prácticos se considera como si fuese turbulento.

2.2 Ecuación de la energía
Laecuación de la energía permite hacer un balance de la energía que tiene un fluido cuando se mueve desde una entrada (subíndice e) hasta una salida (subíndice s), considerando la energía añadida o cedida a los dispositivos (bombas y turbinas respectivamente) y la pérdida de energía debido a efectos viscosos, cambios de sección y cambios de dirección de flujo, esta ecuación se presenta acontinuación:

Ps  Pe



Vs 2  Ve 2    zs  ze   hBomba  hTurbina  hPérdida 2g

(1.3)

En el caso anterior, la ecuación esta expresada en unidades de energía sobre flujo másico por gravedad, esto se denomina carga y se expresa en metros (m). Si se considera que no existen bombas y turbinas, entonces el circuito solo presentara pérdidas de carga, las cuales se pueden expresar mediante lasiguiente ecuación:

3

hPérdida 

Pe  Ps





Ve 2  Vs 2   ze  z s  2g

(1.4)

2.3 Pérdida de carga
Las pérdidas de carga se pueden clasificar de la siguiente manera:   Pérdidas de carga mayores (hM): Producidas por tramos rectos de tubería, en este caso la pérdida de energía se debe fundamentalmente a la fricción. Pérdidas de carga menores (hm): Producidas poraccesorios de la tubería, en este caso, la pérdida de energía se debe a que el fluido presentará cambios en la velocidad de flujo tanto en magnitud como en dirección o sentido.

2.3.1. Pérdidas de carga mayores
Las pérdidas de carga mayores se pueden determinar mediante la ecuación de Darcy- Weisbach, la cual relaciona el diámetro de la tubería (D), la longitud de la tubería (L), la velocidad del flujo(V), la aceleración de gravedad local (g) y el factor de fricción de la tubería (f), esta ecuación se expresan de la siguiente forma:

hM  f

L V2 D 2g

(1.5)

El factor de fricción de la tubería depende a su vez del tipo de régimen de flujo. Para flujo laminar, el factor de fricción queda definido como:

f 

64 Re

(1.6)

Para flujo turbulento, el factor de fricción depende asu vez, de la rugosidad interna de la tubería (e), del diámetro de la tubería (D) y del número de Reynolds (Re), en ese caso se puede calcular mediante el Diagrama de Moody (Figura 1) o mediante alguna correlación, en este caso se sugiere la ecuación de S.E. Haaland (1983):

  e / D 1.11 6.9   f   1.8Log     Re    3.7     

2

(1.7)

La rugosidad (e) de la...