RESISTENCIA DE
SUPERFICIE: PÉRDIDAS PRIMARIAS Y RESISTENCIA DE FORMA. PERDIDAS SECUNDARIAS EN
CONDUCTOS CERRADOS O TUBERÍAS.
Las pérdidas primarias son las pérdidas de superficie en el contacto del
fluido con la tubería (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con
otras (régimen laminar) o de las partículas de fluido entre sí (régimen
turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme, principalmente en los tramos de
tubería de sección constante. Las pérdidas
secundarias son las pérdidas de
forma, que tienen lugar en transiciones (estrechamientos o expansiones,
cambio de dirección etc., de la corriente), codos, válvulas, y en toda clase de
accesorios de tubería.
En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías juegan un papel
discriminante dos factores:
1. El que la tubería sea lisa o rugosa y
2. El que el régimen sea laminar o turbulento.
CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS
Existen en los
manuales de hidráulica gran cantidad de tablas, ábacos, curvas, y nomogramas
para el cálculo del término de la ecuación de Bernouilli, el término de (Hr1-2)
es preciso utilizar con sumo cuidado. Pues algunas tablas solo sirven para
tuberías de fundición (en estas no se menciona la rugosidad por ser un factor
constante) por lo que estas tablas no se pueden o deben usar, por ejemplo en
tuberías de plástico. Otras tablas se construyeron para usarlas solo
para el agua (en ellas no se menciona la viscosidad porque es un factor
constante en el flujo con agua), y sería erróneo usarlas para calcular la
pérdida de carga en un conducto de lubricación. Por tanto, las curvas,
ábacos y otros.
- No parecen
ser de uso universal.
- Sirven
para determinar el coeficiente f.
- Con
frecuencia no tienen en cuenta todas las variables de que depende el
coeficiente f.
- Muchas
veces es más cómodo o sencillo su uso.
A partir de 1940 se usa cada vez más un ábaco
llamado Diagrama de moody de validez general, este diagrama:
- Resuelve todos los problemas de pérdidas de
carga primarias en tuberías de
cualquier diámetro, cualquier material de tubería y cualquier caudal.
- puede emplearse en tuberías de sección no
circular.
- Se usa para determinar el coeficiente f.
A fines del siglo pasado se realizaron experimentos con tuberías de
sección constante y con flujo de agua y demostraron que: la pérdida de carga
era directamente proporcional al cuadrado de la velocidad media en la tubería y
a la longitud de la tubería e inversamente proporcional al diámetro de la
misma. La fórmula que expresa lo
anterior se conoce como ecuación de
Darcy-weisbach:
El factor de la ecuación es adimensional anterior
es donde:
= pérdida de carga debida a la fricción.
= factor de fricción de Darcy.
L = longitud de la tubería.
= diámetro de la tubería.
= velocidad media del fluido.
= aceleración de la gravedad ≈ 9,80665 m/s2
Siendo
adimensional, la función de la expresión anterior deberá ser una función de
variables adimensionales, en general este coeficiente depende de dos variables
adimensionales: el número de Reynolds y la rugosidad relativa, es decir:
Donde = número de Reynolds = rugosidad
relativa.
CÁLCULO DEL
COEFICIENTE DE PÉRDIDAS PRIMARIAS
Los
casos que pueden presentarse en la práctica se reducen a Régimen laminar f
• Con tuberías lisas, de cobre o vidrio, Dk.
• Con tuberías rugosas, DE hierro u hormigón.
Régimen turbulento
• Con tuberías lisas
• Con tuberías rugosas
En general el cálculo del coeficiente y en
régimen laminar no depende de la rugosidad, más bien solo del número de
Reynolds. Y su valor se determina por la
Ecuación
de POISEUILLE, para la pérdida de carga en régimen laminar y tubería de sección
constante.
Donde V es el volumen del líquido que circula
en la unidad de tiempo t, vmedia la velocidad media
del fluido a lo largo del eje z del sistema de coordenadas cilíndrico, r es el radio interno del tubo, ΔP es la caída de presión entre los dos
extremos, η es la viscosidad dinámica y L la longitud característica a lo largo
del eje z. La ley se puede
derivar de la ecuación de Darcy-Weisbach.
Opinión Personal:
De este tema había tenido conocimiento anteriormente en física, pero al verlo de forma tan teórica o mecánica, no se le encuentra sentido práctico aplicado a nuestra carrera, siendo éste un grave error, ya que está íntimamente ligado a muchos aspectos de la industria en general. Fue de mucha ayuda realizar una práctica de boratorio para comprender mejor el funcionamiento y aplicación de las leyes y ecuaciones dispuestas para este tema.
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