La Perra Mas Perra

Practica 8 Redes de tuberías

Cadore Enrique1 Sánchez Julio2 Fernando Sandoval3 Vital Moises4

Ministerio del Poder Popular para la Energía Eléctrica, Dirección de Energía Alternativa.

Universidad de Carabobo, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Mecánica.

Fernando.sandoval74@gmail.com

RESUMEN

En el presente informe se desarrollara el estudio de las perdidas por fricción que se ocasionan en los diferentes arreglos de tubería (serie o paralelo), y la incidencia de la rugosidad absoluta del material, la longitud y diámetro de la tubería en las perdidas por fricción en las mismas. Se observó según el modelo de Darcy las pérdidas en tuberías de distintos diámetros e igual material; en tuberías de igual diámetro y distinto material, y una red en paralelo, viéndose la elevación de las pérdidas cuando el largo de la tubería aumenta y cuando el diámetro de la misma disminuye ocasionando un aumento de velocidad. En la base del cálculo nos apoyamos en el número de Reynolds y rugosidad relativa del material para hallar el factor de fricción en el gráfico de Moody. Y por último analizamos también las llamadas perdidas menores que se dan en los accesorios de las tuberías.

Palabras Clave: Redes de tuberías, tuberías en paralelo, tuberías en serie, perdidas por fricción, rugosidad absoluta.

INTRODUCCIÓN

El estudio del flujo en sistemas de tuberías es una de las aplicaciones más comunes de la mecánica de fluidos, esto ya que en la mayoría de las actividades humanas se ha hecho común el uso de sistemas de tuberías. Por ejemplo la distribución de agua y de gas en las viviendas, el flujo de refrigerante en neveras y sistemas de refrigeración, el flujo de aire por ductos de refrigeración, flujo de gasolina, aceite, y refrigerante en automóviles, flujo de aceite en los sistemas hidráulicos de maquinarias, el flujo de gas y petróleo en la industria petrolera, flujo de aire comprimido y otros fluidos que la mayoría de las industrias requieren para su funcionamiento, ya sean líquidos o gases.

El transporte de estos fluidos requiere entonces de la elaboración de redes de distribución que pueden ser de varios tipos:

• Tuberías en serie.

• Tuberías en paralelo.

• Redes de tuberías. En el presente trabajo se estudiara a detalle cada uno de estos fenómenos para aplicar un análisis detallado de los mismos.

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el comportamiento del fluido a través de su paso por una red de tuberías.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Determinar cómo varían las pérdidas de carga para tuberías de un mismo material y diferente diámetro.

Determinar cómo varían las pérdidas de carga para tuberías de un mismo diámetro y diferente material.

Determinar las características de una red de tuberías de distintos diámetros y un mismo material, conectadas en paralelo.

MARCO TEORICO

Las pérdidas por fricción se presentan porque al estar el fluido en movimiento habrá una resistencia que se opone a dicho movimiento (fricción al fluir), convirtiéndose parte de la energía del sistema en energía térmica (calor), que se disipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido. Las válvulas y accesorios se encargan de controlar la dirección o el flujo volumétrico del fluido generando turbulencia local en el fluido, esto ocasiona una pérdida de energía que se transforma en calor. Estas últimas pérdidas son consideradas perdidas menores ya que en un sistema grande las pérdidas por fricción en las tuberías son mayores en comparación a la de las válvulas y accesorios.

Ecuación general de le energía:

La ecuación general de la energía es una extensión de la ecuación de Bernoulli, lo que permite resolver problemas es los que hay pérdidas y ganancias de energía.

Para un sistema, la expresión del principio de conservación de la energía es:

E_1^`+h_A-h_R-h_L=E_2^`

E_1^` y E_2^` : denotan la energía que posee el fluido por unidad de peso en las secciones 1 y 2.

La energía que posee el fluido por unidad de peso es:

E^`=p/γ+v^2/2g+z

Es esencial que la ecuación general de la energía se escriba en la dirección del flujo.

El comportamiento de un fluido, en lo que se refiere a las pérdidas de energía, depende de que el flujo sea laminar o turbulento. Un medio para predecir este comportamiento en el flujo es con el manejo del número adimensional Reynolds, demostrado por Osborne Reynolds. Esta ecuación de define como:

Re= ʋDρ/η = ʋD/v

Donde ʋ es la velocidad, D es el diámetro de la tubería, ρ la densidad del fluido y η la viscosidad del fluido. Es de resaltar que v es la viscosidad cinemática.

Este número relaciona las fuerzas de inercia sobre un elemento de fluido a la fuerza viscosa.

Para aplicaciones prácticas se tiene que los flujos con Re <2000, se encuentran en estado laminar, y los Re>4000, están en régimen turbulento. Los 2000<Re<4000, están en la región de transición o región crítica. Por lo general si un sistema llegase a estar en esta región, se debe jugar con las variables de Re, para acondicionarlo en un estado netamente conocido, como lo son el laminar o el turbulento.

Teniendo en cuenta la ecuación general de la energía, es de resaltar que el término hL es la pérdida de energía en el sistema. De forma matemática esta se expresa a través de la ecuación de Darcy:

hL = f*L/D*ʋ^2/2g

Donde f es el factor de fricción, L la longitud de la corriente, D el diámetro de la tubería, ʋ la velocidad promedio de flujo.

Este factor de fricción, f, se evalúa dependiendo del régimen en el que se encuentre el fluido. Una vez se tenga certeza del régimen en el que se está, se aplica alguna de estas expresiones:

f=64/Re, para flujo laminar.

f=0.25/[〖log⁡(1/(3.7(D/ɛ))+ 5.74/〖Re〗^0.9 )〗^2 ] , para el régimen turbulento.

Los términos D/ɛ, hacen referencia a la rugosidad relativa, donde ɛ es la rugosidad promedio de la pared del tubo. La ecuación para el flujo laminar se determina a partir de la ecuación de Hagen-Poiseuille (ciertas simplificaciones lo llevan a la ecuación de f para el flujo laminar). La ecuación para el flujo turbulento fue desarrollada por Swamee-Jain.

Redes de tuberías:

Se habla de redes de tuberías cuando el fluido se lleva de un punto hacia diversos puntos a través de varios caminos.

Este tipo

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