Perdidas Por Fricción

MARCO TEORICO

Pérdidas de cabeza debido a la fricción
Cuando se trata de conductos cerrados, el único tipo de energía que puede perderse por razón del movimiento del fluido es la energía de presión, ya que la energía cinética debe permanecer constante si el área es constante, y la energía potencial sólo depende de la posición. La energía de presión expresada como energía por unidad de pesodel fluido tiene unidades de cabeza (h); tal como se encontró en el análisis dimensional anterior, la pérdida de cabeza por fricción es:
donde,

h¡= energía por unidad de peso perdida por fricción
f= factor de fricción de Darcy
I= longitud del tramo de la tubería en el cual se pierde h¡
d= diámetro de la tubería
V= velocidad media
Una vez establecida esta relación de dependencia entre elfactor de fricción fy el número de Reynolds del flujo (Re) y la rugosidad relativa de la tubería (k/ d), el siguiente paso obvio era determinar la forma exacta de la función de relación. Este trabajo probó ser altamente complejo y sólo hasta finales de la década de 1920 se culminó. Sin embargo, después de los trabajos de Darcy y Weisbach muchos investigadores llevaron a cabo estudios queconstituyeron pasos clave en el desarrollo de la teoría del flujo en tuberías. En los siguientes numerales se resumen dichos trabajos, los cuales mostraron dos tendencias: trabajos basados en desarrollos teóricos y trabajos de laboratorio.

La ecuación de Hazen-Williams
Una de las ecuaciones empíricas, independientes del análisis de Darcy, más exitosas fue la de Hazen-Williams(desarrollada por G. $.Williams y A. H. Hazen en 1933). La fonna original de esta ecuación, planteada en unidades del sistema internacional, era la siguiente:
donde:

V= velocidad media de la tubería en mis
R= radio hidráulico en m
S= pérdida de energía por unidad de peso (cabeza) por unidad de longitud
CHW = coeficiente de rugosidad de la tubería

El coeficiente de rugosidad de la ecuación 3.4 se conocecomo el coeficiente de Hazen-Williams. En el anexo 1, al final de este capítulo, se presenta una tabla con los coeficientes para los materiales de uso común en tuberias y en canales abiertos.
La ecuación de Hazen-Williams tiene la ventaja de ser explícita para la velocídad y, por consiguiente, para el caudal.
Número de Reynolds
A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún otrodispositivo, ocurren pérdidas de energía debido a la fricción que hay entre el líquido y la pared de la puerta; tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo.
En estructuras largas, las pérdidas por fricción son muy importantes, por lo que ha sido objeto de investigaciones teóricoexperimentales para legar a soluciones satisfactorias de fácilaplicación.
Para estudiar el problema de la resistencia al flujo resulta necesario volver a la clasificación inicial de los flujos laminar y turbulento.
Osborne Reynolds (1883) en base a sus experimentos fue el primero que propuso 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 deinercia.
En el caso de un conducto cilíndrico a presión, el número de Reynolds se define así:

Donde V es la velocidad media, D es el diámetro y ν la viscosidad cinemática del fluido.Para determinar si el flujo es turbulento o laminar se utiliza el número de Reynolds de la siguiente forma:
Re < 2000……… El flujo es laminar
Re > 40000…….. El flujo es turbulento
Es importante observarque, tanto el flujo laminar como el turbulento, resultan propiamente de la viscosidad del fluido por lo que, en la ausencia de la misma no habría distinción entre ambos.

Rugosidad Absoluta

PREGUNTAS DE LA GUÍA DE LABORATORIO
1. Investigue sobre los coeficientes de rugosidad de Hazen-William.
Valor del coeficiente CHW de Hazen-WilIiams
Material | Coeficiente(CHW) |
PVC | 150 |
Asbesto...