Quimica

PRACTICA No.- 6
“RUGOSIDAD”

Objetivo: Determinar la caída de presión en tubos rectos de rugosidades diferentes.

Introducción
El cálculo de las caídas de presión en tuberías es de gran aplicación industrial en todos los procesos en que intervienen flujos de fluidos. Al determinar la caída de presión en una tubería, se determina indirectamente la energía perdida por el rozamiento del flujocon las paredes internas del tubo.
La caída de presión en una tubería depende del diámetro del tubo y de la rugosidad de la superficie interna del mismo, así como de la naturaleza del fluido (densidad y viscosidad).
Cuando un fluido fluye a través de un conducto, la cantidad de energía perdida debido a la fricción del fluido con las paredes del tubo, depende de las propiedades del fluido y delas características del conducto.
La cantidad de energía perdida por la fricción del fluido con las paredes del tubo se puede medir observando la caída de presión en el mismo.
El cálculo de la caída de presión, así como la energía perdida por fricción están basados en la ecuación de Bernoulli:

[pic]
Pa = Presión en el punto a (grf/cm2)
Pb = Presión en el punto b (grf/cm2)
ρ = Densidad delfluido (gr/cm3)
g = Aceleración de la gravedad (cm/s2)
gc = Factor de conversión de la ley de Newtón (gr.cm/grf.s2)
Za = Altura del punto a con respecto a un plano de referencia (cm).
Zb = Altura del punto b con respecto al mismo plano de referencia (cm).
va = Velocidad media del fluido en el punto a (cm/s)
vb = Velocidad media del fluido en el punto b (cm/s)
w = Trabajo teórico realizado porla bomba (gr-cm)
η = Eficiencia de la bomba (adimensional)
F = Pérdidas por fricción (grf.cm/gr)

En el caso de una tubería horizontal, la energía potencial es la misma en los dos puntos del tubo, por lo cual (Za – Zb) = 0. El gasto que pasa a través de la tubería es constante, ya que el diámetro y el área transversal no varían. De la ecuación de continuidad se tiene:
G = A v
G = Gastovolumétrico (cm3/s)
A = Area transversal del tubo (cm2)
v = Velocidad media del fluido (cm/s)

También al realizar análisis se descubre:
[pic] wη = 0
Por lo tanto, obtenemos una nueva ecuación:
[pic]
La ecuación anterior sirve para calcular la caída de presión práctica o experimental del tramo de tubo analizado. Esta caída de presión es:
∆P = F ρ
La caída de presión experimental dadapor la ecuación anterior se compara con la caída de presión calculada teóricamente por la ecuación de Darcy:
[pic]
f´ = Factor de fricción de Darcy (adimensional)
L = Longitud del tramo de tubo analizado (cm)
D = Diámetro interno del tubo (cm)
v = Velocidad media del fluido (cm/s)
En general, el factor de fricción f para flujo turbulento y conductos circulares es función de dos cantidadesadimensionales: el número de Reynolds (NRe) y la rugosidad relativa (Є/D). Para tubos lisos la rugosidad relativa Є/D puede despreciarse. Los tubos comerciales generalmente son rugosos; mientras que los tubos de vidrio, bronce y latón se consideran lisos.
Para tubos rugosos se requiere un nuevo factor de fricción f que tome en cuenta la rugosidad relativa Є/D. La rugosidad equivalente o rugosidadde la superficie, designada por Є, representa la rugosidad promedio o profundidad promedio de las irregularidades de la superficie del tubo.
La rugosidad relativa se define como la relación adimensional de la rugosidad equivalente del tubo al diámetro del mismo. La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es función del material con que están construidos, el acabado de la construcción yel tiempo de uso. Los valores son determinados en mediciones tanto de laboratorio como en el campo. No es significativa, como se puede ver a continuación, la variación de este parámetro es fundamental para el cálculo hidráulico por un lado, y para el buen desempeño de las obras hidráulicas por otro.
Naturaleza de las paredes
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