Perdidas DE Energia POR Friccion PDF

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Informe de hidráulica I-perdidas por fricción...

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DOC: ING. HENRY MONZON DE LOS RIOS

LAB. DE HIDRAULICA I

PRACTICA Nº 4

PERDIDAS DE ENERGIA POR FRICCIÓN 1. INTRODUCCIÓN. La capacidad de conducción de una tubería dada está limitada por su resistencia interna al flujo del agua. Esta resistencia al flujo genera una pérdida de carga o caída en la presión conforme el agua se mueve a través de la línea. La cantidad de pérdida de carga depende de:    

La velocidad del agua. La rugosidad de la superficie interior de la tubería. El diámetro interno. La longitud de la tubería.

Como en la ecuación de Bernoulli, se definió que: Σ de energías en A – Pérdidas = Σ de energías en B Cuando un fluido circula por una tubería, sufre pérdidas en su energía por diferentes causas; siendo las más comunes las pérdidas por:       

Rozamiento. Entrada. Salida. Súbito ensanchamiento del tubo. Súbita contracción de la tubería. Obstrucciones (válvulas, medidores, etc.). Cambio de dirección en la circulación.

Normalmente las pérdidas más importantes son las debidas al rozamiento y se denominan "pérdidas mayores". En algunos casos, las pérdidas puntuales debidas a cambios de diámetro o secciones, cambios de dirección de flujo, válvulas, etc., que se denominan" pérdidas menores", pueden ser de importancia.

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2.OBJETIVOS.     

Aplicación de un sistema de tuberías para la obtención del factor de fricción en laboratorio. Determinar el factor de fricción f y c para las ecuaciones de Weisbach Darcy y Hazen Williams respectivamente. Calcular la perdida de energía para un flujo laminar o para uno turbulento en una cañería atreves del manómetro del mercurio. Comparar el factor obtenido en laboratorio con diversas teorías aplicadas en la obtención de pérdidas de carga por fricción. Obtener para un tramo recto de tuberías las ecuaciones que relacionen la velocidad y el gasto vs perdida de cargas.

2.2 VARIABLES A ESTUDIAR. Perdida de energía (hf 1-2). Coeficiente de fricción, adimensional (f). Coeficiente de Hazen Williams (c).

3. FUNDAMENTO TEORICO. Pérdida de carga La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de energía dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. Pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidental o localizada, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. La pérdida de carga que tiene lugar en una conducción representa la pérdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento. A partir de los experimentos de Reynolds se empezaros a estudiar las pérdidas de carga en tuberías estos son algunos autores que dieron a conocer fórmulas empíricas para el cálculo de estas pérdidas:

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Darcy-Weisbach (1875)

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Manning (1890)

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Hazen-Williams (1905)

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Scimeni (1925)

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Scobey (1931)

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En estructuras largas, la perdida por fricción es muy importante, por lo que es un objeto de constante estudio teórico experimental para obtener resultados técnicos aplicables. Es muy importante la diversidad actual de sistemas de transporte de fluidos se componen de tuberías y conductos que tienen una extensa aplicación como ser las plantas químicas y refinerías parecen un laberinto en tuberías, lo mismo que pasa con las plantas de producción de energía que contienen múltiples tuberías y conductos para transportar los fluidos que intervienen en los procesos de conversión de energía. Los sistemas de suministro de agua a las ciudades y de saneamiento consisten en muchos kilómetros de tubería. Muchas máquinas están controladas por sistemas hidráulicos donde el fluido de control se transporta en mangueras o tubos. Para realizar el estudio se deberá tomar en cuenta la diferenciación entre los flujos laminares y los turbulentos para lo cual recurriremos al número de Reynolds, a medida que el fluido fluye por un conducto u otro dispositivo, ocurren perdidas de energía debido a la fricción, tales energías traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo, es ahí donde parten los cálculos del laboratorio ya que a partir de la diferencia de presión obtenida en el inicio y final de la tubería es que obtendremos el factor de fricción de la tubería, cabe destacar también la importancia de la determinación del líquido y su temperatura ya que la determinación del número de Reynolds variara de acuerdo a la viscosidad del fluido. La importancia de esta radica en que es muy necesario tomar en cuenta las pérdidas de energía por la fricción que se produce entre las paredes de las tuberías o de los diferentes accesorios que conforman determinado equipo, ya que esto se traduce en costos adicionales, y esto debe ser tomado en cuenta, ya que forma una parte esencial de la labor que cada uno de nosotros tendrá como futuros ingenieros. La capacidad de transportar fluidos mediante sistemas cerrados implica las características que presenta el fluido a lo largo del camino que debe recorrer (como las pérdidas de carga, número de Reynolds, temperatura, cantidad de fluido en circulación, etc), y también de las razones por las que se comportan de esa manera es decir la influencia del medio por el que circula: su configuración geométrica, su posición, material, elemento de unión, de control, etc. Las pérdidas de carga a lo largo de una tubería, tienen estrecha relación con la fricción, debido al esfuerzo de corte en la pared de la cañería y a los elementos de unión que se utilicen. En la hidráulica se presentan muchos problemas que son ignorados debido a que sus pérdidas no representan una gran pérdida o no son de gran importancia, pero existen problemas de gran importancia que son investigados como la determinación de pérdidas de carga por fricción en las tuberías, es tan complejo investigar estos problemas, que es necesario comprender su forma experimental y comportamiento de los fluidos dentro de una sección de tubería. Con los experimentos de Reynolds (1983) se abre el camino científico al problema, al reconocer la existencia del flujo laminar y turbulento.  El número de Reynolds (Re) viene dado por la expresión:

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ℜ=

VD µ

 Dónde:  Re: número de Reynolds adimensional.  V: velocidad media del líquido en la sección, en m/s.  D: diámetro del conducto, en m.  µ : Viscosidad cinemática, en m^2/s. Depende de la temperatura.

De acuerdo al número de Reynolds el régimen de circulación se puede clasificar en:  Re...