Cómo determinar la altura de fricción
La altura de fricción es la cantidad de
pérdida de energía debida a la fricción del fluido moviéndose a través de
tuberías y accesorios. Se emplea una fuerza para mover el fluido contra la
fricción, de la misma forma que se requiere una fuerza para elevar un peso. La
fuerza se ejerce en la misma dirección que el líquido en movimiento. De la
misma forma que se calcula la head para elevar un cierto peso, la altura de
fricción se calcula como la fuerza requerida para superar la fricción (longitud
de la tubería) dividida por el peso del fluido desplazado.
La
tabla anterior nos proporciona las pérdidas por fricción y caudal de agua que
se mueven a través de una tubería a velocidad típica de 10 ft/s. Se ha elegido
una velocidad de 10 ft/s como velocidad objetivo porque no es demasiado grande
para crear allot de fricción ni es demasiado pequeña. Si la velocidad es menor,
entonces la pérdida de fricción será menor y si es mayor tendremos pérdidas
superiores a las indicadas en la tabla.
La
velocidad es importante pero también lo es el caudal para describir el
movimiento de fluidos a través de un sistema. Todo depende de lo complicado que
sea el sistema, si la tubería de descarga tiene un diámetro constante entonces
la velocidad será la misma. Entonces si conocemmos el caudal, basándonos en las
tablas de pérdida de fricción, podemos calcular la pérdida de fricción
solamente con el caudal. Si cambia el diámetro de la tubería de descarga
entonces la velocidad cambiará para el mismo caudal y una velocidad superior o
inferior significa unas pérdidas de fricción más altas o más bajas. Podremos
usar la velocidad para calcular la pérdida de fricción en la tubería. Para ello
podremos usar varios calculadores.
Pero
para aquellos que como nosotros prefieran hacer sus propios cálculos vamos a revisar
las ecuaciones fundamentales:
La
velocidad promedio v en una tubería se calcula basándonos en la fórmula y
unidades apropiadas indicadas entre paréntesis.
El
número Re de Reynolds se calcula basándonos en la fórmula:
Si
el número de Reynolds es inferior a 2000 entonces se dice que el caudal está en
régimen laminar. Si el número de Reynolds está por encima de 4000 entonces el
régimen es turbulento. La velocidad es usualmente lo bastante alta en procesos
industriales como para hacer que el caudal tenga un régimen turbulento. La
viscosidad de muchos fluidos pueden encontrarse en Cameron Hidraulic data book.
La viscosidad del agua a 60 F es 1,13 cSt.
Si
el flujo es laminar entonces el parámetro de fricción f se calcula con la
ecuación del flujo laminar.
Si
el flujo es turbulento entonces el parámetro
f es calculado basándonos en la ecuación de Swamee-Jain.
En
el régimen de flujo turbulento el factor de fricción f depende de la rugosidad
absoluta de la pared interior de la tubería. En la siguiente tabla
proporcionamos algunos valores para varios materiales.
Material
|
Rugosidad absoluta ε (ft)
|
Hierro o acero inoxidable
|
0,00015
|
Hierro fundido sumergido en aceite
|
0,0004
|
Acero galvanizado
|
0,0005
|
El
factor de fricción es:
Que
se calcula con la ecuación de Darcy-Weisback.
g
= 32,17 ft/s2
La
pérdida de fricción de la tubería es:
Y
se calcula con la siguiente ecuación:
Ver 7ª PARTE
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