ESTUDIO DEL FENÓMENO DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA POR FRICCIÓN

ESTUDIO DEL FENÓMENO DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA POR FRICCIÓN
C. D. RAMOS, O. M. RODRIGUEZ, L. ROZO, P.G. RADA
Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingenieria Civil, Bogotá Colombia.


Resumen - Cualquier fluido al ser conducido a través de tuberías presenta pérdidas debidas a la interacción con la superficie de contacto, denominadas pérdidas por fricción. Se realizó en el laboratoriode hidráulica de la Universidad Nacional de Colombia, un montaje experimental que consistió, en la toma de presiones en los piezometros localizados sobre dos tuberias con diametros de dos (2) pulgadas y con una longitud de 0,76 m y 0,698 m, las mediciones se realizaron para 12 caudales diferentes, en un rango entre 0,001 y 0,007 m3/s, con el fin de determinar el coeficiente de pérdidas porfricción. 0.131⩽μKs ⩽0.402.

Palabras clave – disipación de energía, pérdidas por fricción, factor de fricción.


1. INTRODUCCIÓN

Para estudiar el problema de resistencia al flujo es importante recordar la clasificación de los fluidos y considerar las diferencias de su comportamiento entre los flujos laminar y turbulento. Para el análisis del tipo de flujo Osborne Reynolds fue el primero quepropuso el criterio para distinguir ambos tipos de flujo mediante el número que lleva su nombre, el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia.

Reynolds encontró que que en un tubo el flujo laminar se vuelve inestable cuando Re ha rebasado un valor crítico (desde 2000 hasta 4000 calculado por Eckman), para tornarse después en turbulento. Tanto un flujocomo el otro resultan propiamente de la viscosidad del fluido por lo que, en ausencia de la misma, no habría distinción entre ambos.
Al analizar la superficie de la pared de un conducto, se observa que está formada por irregularidades o asperezas que dependen de factores, teniendo así la rugosidad que puede expresarse por la altura media ε de las asperezas, como un promedio obtenido del resultadode un cálculo con las características del flujo y que al dividirla por el diámetro del tubo se optiene la relación conociada como rugosidad relativa.

Un factor de importancia para el anális de la tubería es el factor de fricción, ya que esta en función de la rugosidad relativa y del numero de Reynolds, para el caso de este ensayo se utiliza el factor de fricción de Darcy-Weisbach, debido a quela tubería analizada es de diámetro constante y es un flujo permanente.

Existen varios investigadores como Nikuradse, Colebrook y White, que después de obtener la rugosidad y el factor de fricción analizaron la rugosidad para tuberias comerciales para así presentar la formula empírica para la zona de transición de flujo laminar a turbulento en estos tubos y con base en estos resultados Moodyresumió estos datos en la forma de un diagrama de rugosidad relativa, en donde la precisión en dicho diagrama depende de la selección de ε, según del amterial en que está construido el tubo.

2. METODOLOGÍA

Para la realización del laboratorio se utilizó como equipo dos tuberias conectadas, cuatro piezómetos, un vertedero y un manometro de mercurio. En primer lugar se hizo correr agua por lastuberías que tienen un diámetro igual a 2 pulgadas; esta tubería tiene instala cuatro piezómetros , dos de ellos estan dispuestos al inicio del volumen de control y los otros dos a la salida para así de esta forma poder conocer la cabeza de presión que tiene el fluido en dos puntos dados de la tubería. Los piezómetros están conectados a un manómetro, el cual dependiendo de la válvula, muestra lalectura de presiones de cada uno de ellos, esta medida será dada en cm de Mercurio.
El agua que circula por el sistema llega hasta el vertedero, en el cual se toma la lectura de la cabeza de posición, debido en que en este la lámina de agua se mantiene constante y mediante un gancho se puede medir su altura.
El procedimiento anterior se repite variando el caudal que circula por lo tubería,...