PERDIDA DE ENERGIA EN TUBERIAS

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PERDIDA DE ENERGIA EN TUBERIAS

Objetivo

Determinar los coeficientes de fricción en forma experimental, para tres conductos de diferente material, pero de igual diámetro (Galvanizado, cobre, pvc)  

Equipo: Mesa hidrodinámica 

Consideraciones teóricas

Un sistema de tubería es uno de los métodos utilizado para el transporte de fluidos de un punto a otro.

 La ecuación de Bernoulli se compone de los siguientes términos:

𝑃1 𝛾 + 𝑧1 + 𝑣1 2 2𝑔 = 𝑃2 𝛾 + 𝑧2 + 𝑣2 2 2𝑔

Sin embargo solo es válida para

• Solo es válida para fluidos incompresibles.
• Entre las dos secciones de interés no puede haber dispositivos mecánicos como bombas, motores de fluido o turbinas.
• No puede haber pérdida de energía por la fricción o turbulencia que generen válvulas y accesorios en el sistema de flujo.
• No puede existir transferencia de calor hacia el sistema o fuera de este.

Bomba: Una bomba es un ejemplo común de un dispositivo que añade energía a un fluido.

Un motor eléctrico o algún otro aditamento importante impulsan un eje rotatorio en la bomba. Entonces, la bomba aprovecha esta energía cinética y la transmite al fluido, lo que provoca el movimiento de este y el incremento de su presión.

 Motor fluido: Los motores de fluido, turbinas, actuadores rotatorios y lineales, son algunos ejemplos de dispositivos que toman energía de un fluido y la convierten a una forma de trabajo, por medio de la rotación de un eje o el movimiento de un pistón.

Fricción del fluido: Un fluido en movimiento presenta resistencia por fricción al fluir. Parte de la energía del sistema se convierte en energía térmica, que se disipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido. La magnitud de la energía que se pierde depende de las propiedades del fluido, velocidad de flujo, tamaño de la tubería, acabado de la pared de la tubería y la longitud de la misma.

Válvulas y accesorios: Es común que los elementos que controlan la dirección o el flujo volumétrico del fluido en un sistema generen turbulencia local en este, lo que ocasiona que la energía se disipe como calor. En un sistema grande la magnitud de las perdidas por válvulas y accesorios, por lo general es pequeña en comparación con las de fricción. Siempre que se coloca un dispositivo de este tipo se genera turbulencia por el cambio de velocidad o dirección.

 Nomenclatura para las pérdidas y ganancias de energía:

 ℎ 𝐴 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎 𝑎𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑢𝑛𝑎 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎.

 ℎ 𝑅 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑖𝑟𝑎 𝑎𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑢𝑛𝑎 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎.

 ℎ 𝐿 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠.

 Ecuación general de energía: La ecuación general de energía es una extensión de la ecuación de Bernoulli y queda como:

 𝑃1 𝛾 + 𝑍1 + 𝑣1 2 2𝑔 + ℎ 𝐴 − ℎ 𝑅 − ℎ 𝐿 = 𝑃2 𝛾 + 𝑍2 + 𝑣2 2 2𝑔 

Ecuación de Darcy:

 En la ecuación general de energía se definió a hL como las perdidas por fricción y accesorios. Para el caso del flujo de tuberías y tubos, la fricción es proporcional a la carga de velocidad y a la relación de longitud con el diámetro de la corriente, esto se expresa:

 ℎ 𝐿 = 𝑓 𝑥 𝐿 𝐷 𝑥 𝑣2 2𝑔 

El termino 𝑓 es el que hace la diferencia entre un flujo laminar y uno turbulento. Cuando el flujo es laminar el factor de fricción se calcula como:

 𝑓 = 64 / 𝑅𝑒 

Factor de fricción en flujo turbulento: Las pruebas han demostrado que el número adimensional 𝑓 depende de otras dos cantidades adimensionales, el número adimensional y la rugosidad relativa de la tubería. La rugosidad relativa de la tubería es la relación del diámetro de la tubería 𝐷 a la rugosidad promedio de su pared 𝜖.

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