Práctica no. 9 Pérdidas primarias PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓNMecánica de fluidosHugo Portilla VázquezPráctica 9. Pérdidas primariasSemestre 2021-IIGrupo 8061Hernandez Leyva DiegoOBJETIVO Determinar la pérdida de carga experimental y teórica entre dos puntos de una tubería separados a...

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN Mecánica de fluidos Hugo Portilla Vázquez Práctica 9. Pérdidas primarias

Semestre 2021-II Grupo 8061 Hernandez Leyva Diego 317338065

OBJETIVO • Determinar la pérdida de carga experimental y teórica entre dos puntos de una tubería separados a cierta distancia, sin que exista entre ellos ningún accesorio (elemento singular) INTRODUCCIÓN Cualquier conducto cerrado que lleva un fluido bajo presión se considera como tubería, no importa cuál sea la forma de sección transversal. Generalmente, una tubería tiene sección circular. Los conductos cerrados que no tienen flujo lleno se consideran canales abiertos. Las alcantarillas y tuberías de drenaje, raras veces fluyen llenas y bajo presión; por consiguiente, los cálculos de flujo en las tuberías no se le aplican por lo regular. Las tuberías se fabrican en algunos diámetros escogidos. En las aplicaciones se escoge el tamaño mayor más cercano, en términos del llamado diámetro nominal, este no representa necesariamente el diámetro interior actual de la tubería. El diámetro nominal se cita generalmente en pulgadas, aún en países donde lleve tiempo establecido el sistema internacional de unidades. Los cálculos de flujo en las tuberías se dirigen por lo general a determinar la suma de las pérdidas de energía incluidas mientras se conducen fluidos de un punto a otro a presiones y cantidades especificadas. Ya sea utilizando la energía potencial de un depósito suficientemente elevado o la energía de presión entregada por una bomba, la energía aplicada debe vencer las pérdidas de energía incurridas. Los factores que afectan a las pérdidas de energía durante el flujo en las tuberías son independientes de la presión. El parámetro más importante que influye sobre estas pérdidas de energía es la energía cinética del flujo,

฀฀ 2

2฀฀

. Otros parámetros que influyen son geométricos, e

incluyen, en su mayor parte, la longitud ฀฀ y el diámetro ฀฀.

En tuberías hay dos clases de pérdidas de energía del flujo: pérdidas locales (secundarias) y pérdidas de fricción a lo largo de la tubería (primarias). Ambas son causadas por la resistencia viscosa del fluido. Las pérdidas locales, ocurren cuando se presentan cambios bruscos en la forma geométrica de los conductos, como son codos, válvulas y cambios súbitos en los diámetros y otras semejantes. Las pérdidas de fricción a lo largo del conducto son causadas por la rugosidad de las paredes de la tubería y por el cortante entre las partículas del fluido según se mueven por la tubería a diferentes velocidades. En ambos casos, la energía cinética es la variable primaria de control. En todo movimiento, excepto en los movimientos muy lentos en tuberías de muy pequeño diámetro, hay siempre flujo turbulento en las tuberías. En el flujo turbulento, las partículas de fluido siguen siendo independientes y al azar. El concepto de velocidad media no es más que un concepto estadístico; un determinado gasto ฀฀ pasa como promedio a través del área ฀฀ de la sección transversal de la tubería en un cierto punto. Este movimiento turbulento de las partículas del fluido es en gran parte de las pérdidas de energía en el flujo de tuberías. El grado de turbulencia es un término carente de dimensión llamado Número de Reynolds, ฀฀฀ ฀ , que se define como: ฀฀∙฀฀ ฀฀∙฀฀∙฀฀ (1) ฀฀฀ ฀ = = ฀ ฀ ฀ ฀ Donde ฀฀ es la velocidad media del fluido (m/s) ฀฀ es el diámetro de la tubería (m) ฀฀ es la viscosidad cinemática (m2/s) ฀฀ es la densidad (kg/m3) ฀฀ es la viscosidad dinámica (Pa-s)

2

En flujos en que el número de Reynolds es menor de 2000, se suprime la turbulencia y las partículas del fluido se mueven en caminos ordenados y paralelos. Estos fluidos se denominan laminares. En los cálculos de flujo en tuberías se utilizan dos ecuaciones fundamentales; la ecuación de continuidad y la ecuación de Bernoulli. La ecuación de continuidad permite el cálculo de las velocidades en cualquier punto de la línea de tubería, donde se proporcione el diámetro y se conozca el gasto. Pérdidas por fricción en tuberías. La ecuación de Darcy-Weisbach es la ecuación fundamental usada para determinar las pérdidas debidas a la fricción a lo largo de tuberías (ecuación 2). Establece que la pérdida de energía (ℎ฀฀ , medida en metros) en una tubería, es directamente proporcional a la longitud ฀฀ (m) y la energía cinética

tubería, ฀฀ (m)

฀฀ 2

2฀฀

(m) presentes, e inversamente proporcional al diámetro de la

(2)

฀฀ ฀฀ 2

ℎ฀ ฀ = ฀฀ ฀∙ ฀ ∙2฀฀

En la que la constante de proporcionalidad ฀฀ (m) se llama factor de fricción. El propio factor de fricción es una función bastante compleja de los parámetros de flujo, la viscosidad cinemática del fluido en movimiento, y del grado de rugosidad de la pared de la tubería. Como en los estudios científicos originales se creó la rugosidad de la pared de la tubería cubriendo las paredes de la tubería con arena de un diámetro conocido, la rugosidad de los materiales de la tubería comercialmente obtenibles se definía en términos de la rugosidad equivalente de la arena (el símbolo empleado puede ser e, ฀฀ o también ฀฀ de acuerdo a la referencia consultada, para esta práctica emplearemos ε). Dividiendo la rugosidad equivalente de la arena en milímetros por el diámetro interior de la tubería también en milímetros (฀฀/฀฀), se obtiene un número adimensional denominado rugosidad relativa. La tabla siguiente muestra los tipos de tubería y su rugosidad absoluta respectiva. COEFICIENTES DE RUGOSIDAD ABSOLUTA (฀฀) Tipo de tubería

Rugosidad absoluta (ε) [mm]

Tipo de tubería

Rugosidad absoluta (ε) [mm]

Vidrio o latón estirado...