Pérdidas De Energía En Tuberias Por Fricción

Lab. de Hidráulica
Practica No.2

PÉRDIDAS DE ENERGÍA POR FRICCIÓN EN TUBERIAS


Introducción teórica

Diseño de tuberías. Concepto de perdida de carga.

Para diseñar tuberías, es necesario primero conocer la necesidad, la finalidad por la cual se hará el diseño de tuberías. Después se plantea el problema, y las posibles soluciones a este. Se elige la solución mas adecuada considerandociertas variables que dependen del problema y se evalúa la solución. Si el resultado es factible, se procede al diseño y elaboración, si no, se escoge otra solución.
Para diseñar una tubería hay que tomar en cuenta los siguientes factores: el material de la tubería, si este se comportará de manera estable dependiendo del problema para el cual se vayan a elaborar tuberías de ese material, lalongitud de la tubería, el fluido que va a transportar, una tolerancia de perdidas de energía, la velocidad del fluido, las presiones internas de la tubería. El análisis de estos factores (análisis dimensional) ayudó en gran medida a la elaboración y planteamiento de las ecuaciones de diseño de tuberías (Darcy, Bernoulli, White-Colebrook). Con la ecuación de Bernoulli se conoce la energía en la lineade corriente de un fluido ideal continuo en dos puntos distintos de la tubería. La ecuación es la siguiente: Z1+(P1/γ)+(V12/2g) = Z2+(P2/γ)+(V22/2g) donde Z representa la energía del fluido debido a la altura con respecto a un punto de referencia, P/γ representa la carga de presión del fluido, y V2/2g es la energía potencial del fluido. Todos los materiales con los que se fabrican tuberías sonrugosos, y por lo tanto existe fricción y pérdida de energía al transportar el fluido por las tuberías. Esta pérdida de energía se conoce también como pérdida de carga. Tomando en cuenta la perdida de energía en el fluido, la ecuación de Bernoulli se modifica de la siguiente forma: Z1+(P1/γ)+(V12/2g) = Z2+(P2/γ)+(V22/2g)+hf ,donde hf es la pérdida de energía por fricción. La ecuación de Darcycalcula las perdidas de energía por fricción en la tubería, la ecuación es la siguiente: hf = (fLV2)/(2Dg), donde son las perdidas por fricción en la tubería, f es el factor de fricción de Darcy, que depende de las características del material y del flujo del fluido, L es la longitud de la tubería, V2 es la velocidad del fluido en el segundo punto, D es el diámetro de la tubería y g es la constantede gravedad en el ecuador. Todos los datos, excepto el factor de fricción, los obtenemos en base a las características de nuestra tuberia. El factor de fricción podemos obtenerlo de dos formas distintas: Con el diagrama de Moody, y con ecuaciones que son resultado de una gran cantidad de experimentos realizados. El diagrama de Moody es una gráfica que nos relaciona la rugosidad relativa de unmaterial y el numero de Reynolds con el factor de fricción. De la gráfica obtenemos directamente el factor de fricción. El otro método consiste en calcular el factor con fórmulas, aunque cada una de ellas posee ciertas restricciones o es válida para determinados parámetros. Algunas de ellas son la de Nikuradse, White-Colebrook, Karmann-Prandtl, Swamee-Jain, y para régimen laminar, Darcy. Porsimplicidad, se recomienda usar la ecuación de Swamee-Jain. Esta ecuación nos determina el factor de fricción de la tubería directamente, utilizando la rugosidad relativa de la tubería y el numero de Reynolds del flujo. La ecuación es la siguiente: f = (0.25)/[log((ε/D)(1/3.7)+(5.74)/(Re0.9)]2 , donde ε es la rugosidad absoluta del material, D es el diámetro de la tubería y Re es el numero de Reynolds.Objetivos del experimento

Calcular el coeficiente de fricción de tuberías de distinto material y diámetro en el Lab. De Hidráulica. Los cálculos se efectúan de manera teórica, con la ecuación de Swamee-Jain y con los datos obtenidos en el laboratorio, con la ecuación de Darcy-Weisbach.

Descripción experimental

Material de trabajo

Flexómetro
Piezómetros*
Bomba*
Tubos*...