Marco teórico.Pérdidas de energía por la fricción

Índice

Introducción………………………………………….………………………….……… pág.3

Objetivo………………………………………………………………………………..…pág.4

Marco teórico…….…………………………………………………………………….. pág.4

Descripción del equipo y su manejo………………………………………………….pag.8

Procedimiento experimental…………………………………………………..............pág.8

Formulas………………………………………………………………………………..pág.10

Cálculos.…………………………………………………………………………….....pág.11

Tablas de resultados.……………..…………………………………………..……..pág.13

Conclusiones……………………………………………………….…………….…...pág.14

Recomendaciones……………………………………………….……………….......pág.15

Bibliografía……………………………………………………………........................pág.16

Introducción

En el presente laboratorio de perdidas por tramos rectos nos brinda la oportunidad de conocer y familiarizarnos con el factor de fricción, tanto teórico como experimental en tuberías de diferentes diámetros y diferentes rugosidades para de esta forma obtener diversas conclusiones.

La importancia de esta radica en que es necesario tomar en cuenta las pérdidas de energía por la fricción que se produce entre las paredes de la tuberías que conforman determinado equipo, ya que esto se traduce en costos adicionales, ya que forma parte esencial de la labor que cada uno de nosotros tendrá como futuros ingenieros mecánicos, tenemos que tener en cuenta los diferentes daños que sufren las tuberías ya sea por uso, por corrosión, fisuras por golpe de ariete y los diferentes sedimentos que trae la misma, que al pasar los años van ocasionando impedimento al caudal exacto que deba pasar por la misma, trayendo como consecuencia daños de bombas y diversos equipamientos que trabajen con algún tipo de fluido o refrigerante.

En el presente informe realizaremos diversos cálculos teóricos para comprender prácticamente algunos fenómenos interesantes de la mecánica de los fluidos entre estos como pasa o se desplaza un caudal por una tubería de diámetro pequeño a diferencia de otro caudal por una tubería de diámetro mas amplio ya sea esta lisa o rugosa obteniendo cálculos interesantes para la realización de diferentes recomendaciones y análisis para posterior destreza como ingeniero.

Objetivos

Efectuar una investigación detallada de las pérdidas debidas a la fricción en tuberías rectas de diferente material, diferente diámetro y diferentes rugosidades.

Realizar diferentes mediciones en el laboratorio de las diferentes presiones y diferentes caudales de acuerdo a cada tubería presente en el mismo.

Marco Teórico

Para solucionar los problemas prácticos de los flujos en tuberías, se aplica el principio de la energía, la ecuación de continuidad y los principios y ecuaciones de la resistencia de fluidos.

La resistencia al flujo en los tubos, es ofrecida no solo por los tramos largos, sino también por los accesorios de tuberías tales como codos y válvulas, que disipan energía al producir turbulencias a escala relativamente grandes.

La ecuación de la energía o de Bernoulli para el movimiento de fluidos incompresibles en tubos es:

Cada uno de los términos de esta ecuación tiene unidades de energía por peso (LF/F=L) o de longitud (pies, metros) y representa cierto tipo de carga. El término de la elevación, Z, está relacionado con la energía potencial de la partícula y se denomina carga de altura. El término de la presión P/ρ*g, se denomina carga o cabeza de presión y representa la altura de una columna de fluido necesaria para producir la presión P. El término de la velocidad V/2g, es la carga de velocidad (altura dinámica) y representa la distancia vertical necesaria para que el fluido caiga libremente (sin considerar la fricción) si ha de alcanzar una velocidad V partiendo del reposo. El término hf representa la cabeza de pérdidas por fricción.

El número de Reynolds permite caracterizar la naturaleza del escurrimiento, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento; además, indica, la importancia relativa de la tendencia del flujo hacia un régimen turbulento respecto a uno laminar y la posición relativa de este estado de cosas a lo largo de determinada longitud:

En donde D es el diámetro interno de la tubería, V es la velocidad media del fluido dentro de la tubería y es la viscosidad cinemática del fluido. El número de Reynolds es una cantidad adimensional, por lo cual todas las cantidades deben estar expresadas en el mismo sistema de unidades.

Colebrook ideó una fórmula empírica para la transición entre el flujo en tubos lisos y la zona de completa turbulencia en tubos comerciales:

En donde,

f = factor teórico de pérdidas de carga.

D = diámetro interno de la tubería.

ε = Rugosidad del material de la tubería.

Re = número de Reynolds.

La relación ε/D es conocida como la rugosidad relativa del material y se utiliza para construir el diagrama de Moody.

La ecuación de Colebrook constituye la base para el diagrama de Moody.

Debido a varias inexactitudes inherentes presentes (incertidumbre en la rugosidad relativa, incertidumbre en los datos experimentales usados para obtener el diagrama de Moody, etc.), en problemas de flujo en tuberías no suele justificarse el uso de varias cifras de exactitud. Como regla práctica, lo mejor que se puede esperar es una exactitud del 10%.

La ecuación de Darcy-Weisbach se utiliza para realizar los cálculos de flujos en las tuberías. A través de la experimentación se encontró que la pérdida de cabeza debido a la fricción se puede expresar como una función de la velocidad y la longitud del tubo como se muestra a continuación:

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