Sistemas De Tuberias

INTRODUCCIÓN

El hombre ha ido adquiriendo y mejorando el legado de sus antecesores, perfeccionando sus técnicas, y acrecentando así cada vez más su demanda por conseguir una mejor calidad de vida. Fue así, como surgieron los tubos, quienes, organizados en sistemas, perduran en el tiempo como el medio de transporte de fluidos.

En el siguiente trabajo se ha propuesto adquirir conocimientos descriptivos de los sistemas de tuberías, así como también, de los accesorios que lo conforman. La elección de una tubería es una actividad muy compleja que depende de los materiales de construcción, espesor de la pared del tubo, cargas y tipo de instalación.

El diseño de una tubería se basa en ciertas normas de diseños estandarizadas, investigadores, ingenieros de proyectos e ingenieros de campo en áreas de aplicación específicas.

Sistemas de Tuberías. (Perdidas por fricción en accesorios).

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, entre otros), 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:

En donde,

hf = Pérdida de carga a lo largo de la tubería de longitud L., expresada en N*m/N

L = Longitud de la tubería, expresada en m.

D = Diámetro interno de la tubería, expresada en m.

V = Velocidad promedio del fluido en la tubería, expresada en m/s.

El factor de fricción f es adimensional, para que la ecuación produzca el correcto valor de las pérdidas. Todas las cantidades de la ecuación excepto f se pueden determinar experimentalmente.

El tutor de perdidas por fricción consiste en un sistema de ciclo cerrado cuyo fluido es impulsado por una bomba centrifuga marca Evans de ½ HP , con un caudal máximo de 140 lt/min y una velocidad angular ω= 3450; dicha bomba es impulsada por un motor eléctrico marca Siemens directamente acoplado a la bomba, monofásico rebobina a trifásico de ½ HP. En la foto se pueden observar las válvulas del sistema, para utilizar el banco como tutor de perdidas por fricción la válvula de compuerta debe estar cerrada y la de bola debe estar abierta (paralela a la tubería de PVC).

Foto 1: Válvulas del tutor

El fluido que circula a través de la tubería del tutor es agua común a temperatura ambiente (densidad de 1000 Kg/m3, viscosidad cinemática de 1*10-6 m2/s).

Para medir la diferencia de presiones se utiliza un manómetro de tubo en U (ver foto 2). El fluido dentro del tubo en U alcanza una altura y1 en la rama izquierda y una altura y2 en la rama derecha, la diferencia de presión es la altura h. La escala del manómetro de tubo en U se encuentra en milímetros. La escala del flujómetro se encuentra en galones por minuto para un fluido de densidad relativa igual a uno y cada una de las de las divisiones representa 1.5 GPM como se muestra en la foto 3.

Foto 2: Manómetro de tubo en U Foto 3 : Escala flujómetro

En la siguiente foto se observan la toma de presión del tutor, a la izquierda la toma de presión 1 y a la derecha la toma de presión 2.

Foto 4: Tomas de presión y uniones universales

El variador se encuentra programado para operar en un rango de 12 Hz a 60 Hz, debido a que en estos valores de frecuencia el motor tiene su velocidad mínima y máxima de operación. Para proteger

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