GP PERDIDA DE CARGA


TÍTULO:

FLUJO DE FLUIDOS EN CONDUCTOS CERRADOS.

I. OBJETIVOS:

Conocer los principales aparatos utilizados para medir la cantidad de fluido en volumen o masa, que se desplaza por unidad de tiempo dentro de conductores cerrados o canales abiertos.
Conocer los criterios para su diseño, estudiar los fundamentos del medidor de orificio, medidor de Venturi y rotámetro y aprender el modo de usarestos medidores de flujo basados en una caída de presión diferencial.
Comparar caudales obtenidos experimentales utilizando los tres medidores citados.
Determinar las variables involucradas en el estudio del flujo de un fluido a través de una tubería.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

A. FLUJO DE FLUIDOS EN CONDUCTOS CERRADOS

Durante un proceso de flujo de un fluido a través de una tubería (incluidos susaccesorios), para realizar el balance de energía consideremos un sistema abierto o volumen de control constituido por una porción de tubería que puede incluir una bomba donde llamamos punto 1 a la entrada del fluido al volumen de control y punto 2 a la salida del fluido del volumen de control. Así:



Se sabe que los cambios de presión a lo largo de una tubería con flujo turbulento, dependen de lasmagnitudes siguientes:

D: diámetro de la tubería
L: longitud de la tubería en la que ha de calcularse la variación de presión
: coeficiente de viscosidad
: velocidad media, sobre una sección recta. Esta es equivalente a QA, donde Q (caudal) y A (área)
: densidad
e: variación media del radio de la tubería

Matemáticamente resulta:



Luego de un análisis adimensional obtenemos lasiguiente relación:



Intuitivamente resulta que la variación de presión es directamente proporcional a la longitud de la tubería L.

Simplificando la ecuación anterior se obtiene la relación de la siguiente forma:



Se ha sustituido la función desconocida G de tres variables por una función desconocida H de dos variables solamente. Sustituyendo p por hf, teniendo en cuenta que hf la perdida de energíapor unidad de masa esta ligada a la perdida de presión a causa del rozamiento p y ordenando los términos tenemos:



Para formar él término conocido de la energía cinética se ha dividido por 2. Esto es lícito, ya que todavía existe en la ecuación una función indeterminada. Finalmente en la práctica se llama la función desconocida D, eD coeficiente de fricción. Designando este término porƒ de las consideraciones dimensionales resulta de la forma siguiente:



Así mediante fáciles medidas de pérdidas de presión se pueden determinar experimentalmente los factores de fricción  si tenemos en cuenta que:



B. FACTORES DE ROZAMIENTO EN TUBOS CILÍNDRICOS DE PAREDES RUGOSAS:

Diversos investigadores han determinado factores de rozamiento en tubos cilíndricos cuyas paredes se varióartificialmente tanto el tipo de rugosidad como su profundidad media.

En 1923, Hopf y Fromm determinaron factores de rozamiento en tubos cilíndricos cuya rugosidad variaron recubriendo sus paredes con telas metálicas, limaduras de zinc o acero corrugado. Para un intervalo de número de Reynolds limitado, pero claramente superior al valor crítico encontraron que los factores de rozamiento eranindependientes de aquel y solo función de la rugosidad relativa. Concretamente el investigador primeramente citado propuso la siguiente ecuación cualquiera fuera la naturaleza de la rugosidad:



Donde r es el radio interno del tubo y e es la rugosidad media de la conducción. Karman deduce la siguiente ecuación obtenida a partir de ecuaciones resultado de su estudio del comportamiento de los fluidos enflujo turbulento:



Nikuradse, en 1933, recubrió la superficie interna de los tubos cilíndricos con arenas de tamaños de grano uniforme, a fin de desarrollar sus experimentos para la determinación de los factores de rozamiento.

Utilizando tubos de distintos diámetros y arenas de diferentes tamaño de grano pudo variar la razón de r/e entre 15 y 500. Para representar sus abundantes datos...