Perdidas de friccion en tuberias

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROP OLITANA UNIDAD IZTAP ALAP A
DIVISION DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

INGENIERIA QUIMICA

Laboratorio de Mecánica de Fluidos

PRACTICA 5

A UTOR: RICHA RD S. RUIZ MA RTINEZ

PERDIDA POR FRICCIÓN EN FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERÍAS OBJETIVO: De te rminar e xpe rime ntalme nte las pérdidas por fricción e n Tube rías y acce s orios , y comparar los re s ultadosobte nidos , con los que s e obte ndrían por me dio de l anális is te órico

INTRODUCCION. Muchos problemas ingenieriles se relacionan con flujos en conductos como ejemplos tenemos los siguientes: bombeo de petróleo por tuberías, flujo de agua en canales abiertos, extrusión de plásticos y flujo de un fluido a través de un filtro. En los problemas de flujo en conducciones se trata generalmente deobtener la relación existente entre la caída de presión y la velocidad volumétrica de flujo, así tenemos que si se conocen las distribuciones de velocidad y presión en el sistema, se pueden encontrar las relaciones que se desean. Debido a que para muchos sistemas que presentan gran interés en ingeniería no es posible calcular los perfiles de velocidad y presión, hay que recurrir a otros métodospara encontrar la caída de presión en función del caudal y la fuerza resistente en función de la velocidad. Para ello se utilizan algunos datos experimentales de estas variables con el fin de construir gráficas o correlaciones que permitan estimar el comportamiento de flujo de sistemas geométricamente semejantes. Para el establecimiento de estas correlaciones conviene utilizar variablesadimensionales. Así tenemos que utilizando el análisis dimensional para el tratamiento del flujo a través de conductos se obtienen los parámetros importantes del flujo de un fluido incompresible en un tubo circular y de sección transversal constante. Para un sistema como el representado en la figura 1, tenemos que las variables importantes, así como sus expresiones dimensionales, aparecen en la tabla 1.Variable Caída de presión Velocidad Diámetro del tubo Longitud del tubo Rugosidad del tubo Viscosidad del fluido Densidad del fluido
Tab la 1

Símbolo ∆p ν D L e µ ρ

Dime ns ión M/Lt2 L/t L L e M/Lt M/L3

Figura 1 .- Sección de tubería.

Las diferentes variables se combinan para obtener números adimensionales independientes y de número de acuerdo con el teorema de Buckingham. De estamanera la caída de presión en una tubería puede caracterizarse mediante la ecuación:

 ρν D L e  ∆p =φ  , ,  2 ρν  µ D D

(1)

Donde ∆p = Número de Euler ρν 2

Como la caída de presión se debe a la fricción del fluido, este parámetro se escribe, a menudo ∆p h reemplazando a por L donde h L es la “pérdida de carga”, así tenemos: ρ g hL , v /g
2

ρv D = Re µ e = la razón de la rugosidaddel tubo al diámetro del mismo y se le conoce como la rugosidad relativa. D

Los datos experimentales han demostrado que la pérdida de carga en flujos totalmente desarrollados es directamente proporcional a la relación L/D. Entonces, esta relación puede omitirse en la expresión funcional, dando como resultado: hL L e = φ  , Re    v /g D D
2

La función φ , que varía con la rugosidadrelativa y con el número de Reynolds, se designa por medio de f , el factor de fricción. Expresando la pérdida de carga en términos de f , se tiene: L v2 hL = 2 f D g Con el factor 2 del lado derecho, la ecuación anterior es la relación que define al f , o sea al factor de fricción de Fanning. No existe una sola expresión que prediga los valores de f para todos los patrones de flujo, se hanencontrado (experimentalmente) las siguientes expresiones para determinar este factor: Para flujo laminar: Re < 2100 Para flujo turbulento Re > 10000 Tubos lisos Tubos rugosos f = 0.316 Re -0. 25 1 D = 4.06 ln  + 2.16   e f f =
D g +) L (hL 2f 
1 / 2

Para flujo en transición 2100 < Re < 10000

1  D = 4 ln   e f

   D      e + 2.28 − 4 ln  4.67 + 1   Re f    ...