Perdidas Tuberias E7 II 2015

Estudio de las Pérdidas de Energía en Tuberías

EXPERIMENTO N° 7

ESTUDIO DE LAS PÉRDIDAS
DE ENERGÍA EN TUBERÍAS
INTRODUCCIÓN
Cuando un fluido fluye por un conducto,
tubería u otro dispositivo, se presentan
pérdidas de energía debido a la fricción
interna del fluido, estas pérdidas generan
una caída de presión entre dos puntos del
sistema.

CONCEPTOS TEÓRICOS
La pérdida de energía de un fluidoque
circula por una tubería, se expresa en
columna del mismo fluido y es función de
varios parámetros. Para determinar esta
pérdida de energía, se puede emplear la
ecuación de Darcy-Weisbach1:
hf  f

L V2
D 2g

(Ec. 7.1)

hf = Pérdida de energía en columna del
líquido manipulado.
f = Factor de fricción (adimensional)
L = Longitud de la tubería (m o pies)

En la práctica se ha encontrado que ladisipación o pérdida de energía debida a
la fricción, depende de las propiedades
del líquido manipulado, del material de la
tubería y del tamaño y forma de la misma.
El tema del flujo en tuberías, abarca sólo
aquellos problemas en los cuales el flujo
llena por completo al tubo; los flujos que
llenan parcialmente al tubo, por ejemplo,
los de las líneas de drenaje y alcantarillas,
se tratan como canalesabiertos [2].
La solución de los problemas prácticos
del flujo en tubos, resulta de la aplicación
del principio de conservación de la
energía, la ecuación de continuidad, y los
principios y ecuaciones de la resistencia
de fluidos [2].
OBJETIVOS

D = Diámetro de la tubería (m o pies)
V = Velocidad media del fluido (m/s ó
pie/s)
g = Aceleración de la gravedad (m/s2 ó
pie/s2)
La ecuación de Darcy esválida para el
cálculo de la pérdida de energía en
secciones largas y rectas de conductos de
sección transversal arbitraria, tanto para
flujo laminar como turbulento.
En régimen turbulento el factor de
fricción f es función del número de
Reynolds y de la rugosidad relativa de la
tubería (  D ), donde  es la rugosidad
promedio de la pared interior del
conducto y D es el diámetro interior delmismo. Los valores de f aparecen en un
diagrama que se conoce como “diagrama
de Moody”2 (ver anexos).

1. Determinar la pérdida de energía
debida a la fricción en una tubería por
la que fluye agua.
2. Determinar la relación entre la
velocidad y la pérdida de energía de
acuerdo a los regímenes de flujo
3. Determinar el factor de fricción de
acuerdo a los regímenes de flujo.

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1

Nombrada así enhonor del ingeniero francés
Henri P.G. Darcy (1803-1858) y del ingeniero
alemán Julius Weisbach (1806 -1871) quienes
proporcionaron las mayores aportaciones en su
desarrollo [9][10]
2
Nombrado en honor de Lewis F. Moody (1880 –
1953)

Estudio de las Pérdidas de Energía en Tuberías

Para régimen laminar, el factor de
fricción f es solo función del número de
Reynolds:
VD
(Ec. 7.2)
Re 

y puededeterminarse mediante la
siguiente relación:
f 

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Re

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

(Ec. 7.3)

Donde ésta se obtiene al igualar la
ecuación de Darcy-Weisbach y la
expresión para las pérdidas en flujo
laminar dada por la ecuación de HagenPoiseuille3, que establece que:
hf 

32LV
D 2

(Ec. 7.4)

 = Viscosidad absoluta del fluido
 = Peso específico del fluido
Lo que demuestra que, en flujo laminar,
lapérdida de carga varía con la primera
potencia de la velocidad [2].
Cuando se sustituye V en función del
caudal, Q, se tiene:
Q

D 4 hL
128L

(Ec. 7.5)

Esta ecuación muestra que en flujo
laminar el régimen de flujo, Q, que
ocurrirá en un tubo circular, varía en
forma directa con la pérdida de carga y
con la cuarta potencia del diámetro, pero
inversamente con la longitud del tubo y laviscosidad del fluido circulante [2].

3

Esta
ecuación
fue
determinada
experimentalmente por el ingeniero alemán
Gotthilf Hagen (1797- 1884) en 1839 e
independientemente por el físico francés Jean L.
Poiseuille (1799-1869) en 1840. La deducción
analítica fue hecha por Wiedemann en 1856 [2]
[5]

Figura 7.1 Equipo de Pérdidas en tuberías

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Estudio de las Pérdidas de Energía en Tuberías

El equipo...