Proceso De Separación Flujo De Fluidos

MECÁNICA DE FLUIDOS
E.P.S. DE INGENIERÍA DE GIJÓN
Área de Mecánica de Fluidos

Prácticas de Laboratorio

PÉRDIDAS DE
CARGA EN
TUBERÍAS

1.
2.
3.
4.
5.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN E INSTRUMENTACIÓN.
DEFINICIÓN DE OBJETIVOS Y TRABAJO A REALIZAR.
EXPOSICIÓN DE RESULTADOS.
BIBLIOGRAFÍA.

ANEXO I. DIAGRAMA DE MOODY.
ANEXO II. TOMA DE DATOS EN ELLABORATORIO Y RESULTADOS FINALES.

1

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Área de Mecánica de Fluidos

1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
El flujo de un líquido en una tubería viene acompañado de una pérdida de energía, que suele expresarse en
términos de energía por unidad de peso de fluido circulante (dimensiones de longitud), denominada habitualmente
pérdida de carga.
En el caso detuberías horizontales, la pérdida de carga se manifiesta como una disminución de presión en el
sentido del flujo.
La pérdida de carga está relacionada con otras variables fluidodinámicas según sea el tipo de flujo, laminar o
turbulento. Además de las pérdidas de carga lineales (a lo largo de los conductos), también se producen pérdidas
de carga singulares en puntos concretos como codos,ramificaciones, válvulas, etc.
1.1. Pérdidas lineales.
Las pérdidas lineales son debidas a las tensiones cortantes de origen viscoso que aparecen entre el fluido y las
paredes de la tubería. Considerando flujo estacionario en un tramo de tubería de sección constante (Figura 1), las
pérdidas de carga se pueden obtener por un balance de fuerzas en la dirección del flujo:

fuerzas de presión + fuerzasde gravedad + fuerzas viscosas = 0

p1

π D2
π D2
π D 2 z1 - z 2
- p2
-ρ gL
- τw π D L = 0
4
4
4
L

⇒

⎡
4 L τw
p -p ⎤
= hpl = ⎢( z1 - z2 ) + 1 2 ⎥
ρ gD
ρg ⎦
⎣

(1)

p2 (π D2/4)
ρ (π D2 L/4) g (z2-z1)/L

v

τw
p1 (π D /4)
2

Figura 1. Balance de fuerzas en un tramo de tubería.

Las características de los esfuerzos cortantes son muy distintas en función de queel flujo sea laminar o
turbulento. En el caso de flujo laminar, las diferentes capas del fluido discurren ordenadamente, siempre en dirección
paralela al eje de la tubería y sin mezclarse, siendo el factor dominante en el intercambio de cantidad de movimiento
(esfuerzos cortantes) la viscosidad. En flujo turbulento, en cambio, existe una continua fluctuación tridimensional en la
velocidad delas partículas (también en otras magnitudes intensivas, como la presión o la temperatura), que se
superpone a las componentes de la velocidad. Este es el fenómeno de la turbulencia, que origina un fuerte intercambio
de cantidad de movimiento entre las distintas capas del fluido, lo que da unas características especiales a este tipo de
flujo.
El tipo de flujo, laminar o turbulento, depende delvalor de la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas
viscosas, es decir del número de Reynolds Re, cuya expresión se muestra a continuación de forma general y
particularizado para tuberías de sección transversal circular:
2

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Re =

(

(

4 Q / π D2
vD
ρvD
=
=
μ
μ /ρ
ν

)) D =

4Q
πDν(2)

ρ la densidad del fluido,

siendo:

v la velocidad media,
D el diámetro de la tubería,
μ la viscosidad dinámica o absoluta del fluido,
ν la viscosidad cinemática del fluido y
Q el caudal circulante por la tubería.

Cuando Re4000 el flujo se considera turbulento. Entre 2000 < Re < 4000
existe una zona de transición.
En régimen laminar, los esfuerzos cortantes se puedencalcular de forma analítica en función de la distribución
de velocidad en cada sección (que se puede obtener a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes), y las pérdidas de
carga lineales hpl se pueden obtener con la llamada ecuación de Hagen-Poiseuille, en donde se tiene una
dependencia lineal entre la pérdida de carga y el caudal:

hpl

lamin ar

=

32 μ L v 128 μ L
=
Q
ρ g D2
ρ g π D4...