Fluidos

Perdidas de energía debido a fricción

La cantidad que más se calcula en flujos de tuberías tal vez sea la perdida de energía. Estas son debidas a la fricción interna en el fluido. Como se indica en la ecuación general de energía, tales pérdidas traen como resultado la disminución de presión entre dos puntos del sistema de flujo.

Ecuación de Darcy

Es una ecuación ampliamente usadaen hidráulica. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería.
La ecuación fue inicialmente una variante de la ecuación de Prony, desarrollada por el francés Henry Darcy. En 1845 fue refinada por Julius Weisbach, de Sajonia, hasta la forma en que se conoce actualmente

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Donde:
hf = pérdida de carga debida a la fricción.
f = factor de fricción deDarcy.
L = longitud de la tubería.
D = diámetro de la tubería.
v = velocidad media del fluido.
g = aceleración de la gravedad: g = 9,81 m/s2.

Esta ecuación nos sirve para calcular las perdidas de energía para todo tipo de flujo, por eso es conocida como la ecuación universal.

El factor de fricción f es adimensional y varía de acuerdo a los parámetros de la tubería y del flujo.Este puede ser conocido con una gran exactitud dentro de ciertos regímenes de flujo; sin embargo, los datos acerca de su variación con la velocidad eran inicialmente desconocidos, por lo que esta ecuación fue inicialmente superado en muchos casos por la ecuación empírica de Prony.

Perdida de fricción en el flujo laminar

Flujo Laminar y Turbulento, a velocidades bajas los fluidos tienden amoverse sin mezcla lateral, y las capas contiguas se deslizan mas sobre otras. No existen corrientes transversales ni torbellinos. A este tipo de régimen se le llama flujo Laminar. En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias paralelas, formando el conjunto de ellas capas o láminas. Los módulos de las velocidades de capas adyacentes no tienen el mismo valor.

Laecuación de Darcy es valida tanto para flujo laminar como para flujo turbulento de cualquier líquido en una tubería. Sin embargo, puede suceder que debido a velocidades extremas, la presión corriente abajo disminuya de tal manera que llegue a igualar, la presión de vapor del líquido, apareciendo el fenómeno conocido como cavitación y los caudales. Con el debido razonamiento se puede aplicar a tuberíade diámetro constante o de diferentes diámetros por la que pasa un fluido donde la densidad permanece razonablemente constante a través de una tubería recta, ya sea horizontal, vertical o inclinada. Para tuberías verticales, inclinada o de diámetros variables, el cambio de presión debido a cambios en la elevación, velocidad o densidad del fluido debe hacerse de acuerdo a la ecuación de Bernoulli.Para flujo laminar y tuberías sin rugosidad f= 64/ Re

Perdidas de fricción en flujo turbulento

De acuerdo a las experiencias de Nikuradse, se estableció que para flujos turbulentos el factor de fricción depende tanto del diámetro de la tubería como a rugosidad relativa del conducto. Esta última es la relación entre el diámetro D, del conducto la rugosidad promedio є de la pared delconducto.

Perdidas menores

Ahora sabemos como calculara las perdidas en tuberías. Sin embargo los sistemas de tuberías incluyen: válvulas, codos, reducciones, dilataciones, entradas, salidas, flexiones y otras características que causan pérdidas adicionales llamadas, perdidas menores.

La perdida de presión tota producida por una válvula accesorio consiste en (9):

1. La perdida depresión dentro de la válvula
2. La perdida de presión en la tubería de entrada es mayor de la que se produce normalmente si no existe válvula en la línea. Este efecto es pequeño.
3. La perdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se produce normalmente si no hubiera válvula en la línea. Este efecto puede ser muy grande

Desde el punto de vista experimental es...