Practica 5 Termofluidos

Universidad Nacional
Autonomía de México

Facultad de Ingeniería


Asignatura:
Lab. De Termofluidos


Clave: Grupo:
4409 11

Profesor:
Escalante Camargo Mauricio Ivan Ing.

Núm. de práctica:
5°

Alumno:
Hbknoom

Introducción
El flujo de un líquido en una tubería viene acompañado de una pérdida de energía, que suele expresarse en términos de energía por unidad de pesode fluido circulante (dimensiones de longitud), denominada habitualmente pérdida de carga.
En el caso de tuberías horizontales, la pérdida de carga se manifiesta como una disminución de presión en el sentido del flujo.
La pérdida de carga está relacionada con otras variables fluidodinámicas según sea el tipo de flujo, laminar o turbulento. Además de las pérdidas de carga lineales (a lo largode los conductos), también se producen pérdidas de carga singulares en puntos concretos como codos, ramificaciones, válvulas, etc.
1.1. Pérdidas lineales.
Las pérdidas lineales son debidas a las tensiones cortantes de origen viscoso que aparecen entre el fluido y las paredes de la tubería. Considerando flujo estacionario en un tramo de tubería de sección constante (Figura 1), las pérdidasde carga se pueden obtener por un balance de fuerzas en la dirección del flujo:
fuerzas de presión + fuerzas de gravedad + fuerzas viscosas = 0
En régimen laminar, los esfuerzos cortantes se pueden calcular de forma analítica en función de la distribución de velocidad en cada sección (que se puede obtener a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes), y las pérdidas de carga lineales hpl sepueden obtener con la llamada ecuación de Hagen-Poiseuille, en donde se tiene una dependencia lineal entre la pérdida de carga y el caudal:

En régimen turbulento, no es posible resolver analíticamente las ecuaciones de Navier-Stokes. No obstante, experimentalmente se puede comprobar que la dependencia entre los esfuerzos cortantes y la velocidad es aproximadamente cuadrática, lo que lleva a laecuación de Darcy-Weisbach:

siendo f un parámetro adimensional, denominado coeficiente de fricción o coeficiente de Darcy, que en general es función del número de Reynolds y de la rugosidad relativa de la tubería: f = f(Re, εr).
En régimen laminar también es válida la ecuación de Darcy-Weisbach, en donde el coeficiente de fricción depende exclusivamente del número de Reynolds, y se puedeobtener su valor

En régimen turbulento el coeficiente de fricción depende, además de Re, de la rugosidad relativa: εr = ε/D;
donde ε es la rugosidad de la tubería, que representa la altura promedio de las irregularidades de la superficie interior de la tubería.
Colebrook y White (1939) combinaron diversas expresiones y propusieron una única expresión para el coeficiente de fricción que puedeaplicarse en cualquier régimen turbulento:

Esta ecuación tiene el inconveniente de que el coeficiente de fricción no aparece en forma explícita, y debe recurrirse al cálculo numérico (o a un procedimiento iterativo) para su resolución. A partir de ella, Moody desarrolló un diagrama que lleva su nombre, en el que se muestra una familia de curvas de iso-rugosidad relativa, con las que sedetermina el coeficiente de fricción a partir de la intersección de la vertical del número de Reynolds, con la iso-curva correspondiente. Dicho diagrama se muestra en el Anexo I.
Posteriormente otros autores ajustaron los datos experimentales y expresaron el coeficiente de fricción en función del número de Reynolds y de la rugosidad relativa con una fórmula explícita:


Para números de Reynolds muyaltos (régimen turbulento completamente desarrollado) la importancia de la subcapa límite laminar disminuye frente a la rugosidad, y el coeficiente de fricción pasa a depender sólo de la rugosidad relativa (von Karman, 1938):

Para conductos no circulares, es posible utilizar las expresiones deducidas para conductos circulares sustituyendo el diámetro D por el denominado diámetro hidráulico,...