UNIDAD 5. ANALISIS DE FLUJO

5.3 Pérdidas primarias y secundarias en tuberías:

Las pérdidas de carga (o pérdidas de energía) en tuberías son de dos tipos; primarias y secundarias:

Las pérdidas primarias son las “pérdidas de superficie” en el contacto del fluido con la superficie (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme y por lo tanto, principalmente se producen en tramos de tuberías de sección constante.

Las pérdidas secundarias son las “pérdidas de forma” que tienen lugar en las transiciones (estrechamiento o expansiones), en codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tuberías.

Pérdidas Primarias: Ecuación de Darcy

Si se supone una tubería horizontal de diámetro constate, D, por la que circula un fluido cualquiera entre dos puntos 1 y 2, se cumple la ecuación de Bernoulli con pérdidas:

Al ser la tubería de sección constante y horizontal

A finales del siglo XIX, se demostró que la pérdida de carga era proporcional al cuadrado de la velocidad media en la tubería y a la longitud de la misma, e inversamente proporcional al diámetro de la tubería. La relación anterior se expresa según la ecuación de Darcy.

Esta fórmula es de uso universal para el cálculo de pérdidas de carga en conductos rectos y largos, tanto para flujo laminar como turbulento. La diferencia entre ambos tipos de flujo está en la definición y evaluación del factor de fricción. Existen multitud de tablas, curvas, ecuaciones

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etc. para obtener el valor del factor de fricción ( f ) . Sin embargo, a partir de 1940, se ha venido usando cada vez más un ábaco denominado “Diagrama de Moody”.

Perdidas secundarias: La ecuación fundamental de las pérdidas secundarias, análoga a la ecuación de Darcy para pérdidas primarias, es la siguiente:

Diagrama de Moody

Normalmente, con el uso de las ecuaciones de Poiseville y la de Colebrook-White, se puede realizar el cálculo del coeficiente de fricción ( f ) . Sin embargo, este tipo de ecuaciones requieren de una herramienta de cálculo donde se puedan programar, o de complejos métodos de resolución, por lo que uno de los métodos más extendidos para el cálculo rápido del coeficiente de fricción es el uso del Diagrama de Moody.

Dicho diagrama es la representación (en escala logarítmica), de las dos ecuaciones anteriores, y permite determinar el valor de f en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa.

La utilización de este diagrama permite:

Determinar el valor del factor de fricción (f) para ser utilizado en la ecuación de Darcy.

Resolver todos los problemas de pérdidas de carga primarias en conductos de cualquier diámetro, cualquier material, y para cualquier caudal.

Puede utilizarse en conductos de sección no circular, sustituyendo el diámetro (D) por el radio hidráulico (Rh)

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El diagrama de Moody