DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS HORIZONTALES

...

D: diámetro interno de la tubería (m)

v: velocidad media (m/s)

g: aceleración de la gravedad (m/s2)

Q: caudal (m3/s)

El coeficiente de fricción f es función del número de Reynolds (Re) y del coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (εr):

f = f (Re, εr); Re = D * v * ρ / μ; εr = ε / D

Donde:

ρ: densidad del agua (kg/m3). Consultar tabla.

μ: viscosidad del agua (N�s/m2). Consultar tabla.

ε: rugosidad absoluta de la tubería (m)

En la siguiente tabla se muestran algunos valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:

Rugosidad absoluta de materiales

[pic 6]

Moody (1944) consiguió representar la expresión de Colebrook-White en un ábaco de fácil manejo para calcular "f" en función del número de Reynolds (Re) y actuando la rugosidad relativa (εr) como parámetro diferenciador de las curvas:

Abaco de Moody

[pic 7]

Las ecuaciones de Manning se suelen utilizar en canales. Para el caso de las tuberías son válidas cuando el canal es circular y está parcial o totalmente lleno, o cuando el diámetro de la tubería es muy grande. Uno de los inconvenientes de la fórmula es que sólo tiene en cuenta un coeficiente de rugosidad (n) obtenido empíricamente, y no las variaciones de viscosidad con la temperatura. La expresión es la siguiente:

h = 10,3 * n2 * (Q2/D5,33) * L

Donde:

h: pérdida de carga o de energía (m)

n: coeficiente de rugosidad (adimensional)

D: diámetro interno de la tubería (m)

Q: caudal (m3/s)

L: longitud de la tubería (m)

El cálculo del coeficiente de rugosidad "n" es complejo, ya que no existe un método exacto. Para el caso de tuberías se pueden consultar los valores de "n" en tablas publicadas. Algunos de esos valores se resumen en la siguiente tabla:

Coeficiente de Manning de materiales[pic 8]

El método de Hazen-Williams es válido solamente para el agua que fluye en las temperaturas ordinarias (5 ºC - 25 ºC). La fórmula es sencilla y su cálculo es simple debido a que el coeficiente de rugosidad "C" no es función de la velocidad ni del diámetro de la tubería. Es útil en el cálculo de pérdidas de carga en tuberías para redes de distribución de diversos materiales, especialmente de fundición y acero:

h = 10,674 * [Q1,852/(C1,852* D4,871)] * L

Donde:

h: pérdida de carga o de energía (m)

Q: caudal (m3/s)

C: coeficiente de rugosidad (adimensional)

D: diámetro interno de la tubería (m)

L: longitud de la tubería (m)

En la siguiente tabla se muestran los valores del coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams para diferentes materiales:

Coeficiente de Hazen-Williams para algunos materiales

[pic 9]

El anterior texto fue tomado de [2]

- DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN, APARATOS, ETC.

- MATERIALES:

- Tanque de carga en asbesto cemento (AC) de 0.5 m³: Es el recipiente que almacena el agua para el suministro en las tuberías horizontales, tiene introducidos las tuberías de acero galvanizado y PVC.

[pic 10]

Figura 1.4.1 – Tanque de carga en asbesto cemento.

- Rebose en el tanque para garantizar cabeza constante: consiste en unas mangueras transparentes introducidas en el tanque para garantizar la carga.

- Estructura soporte del tanque de cabeza constante y tuberías: Radica en una estructura metálica de 6.5 m de largo que sostiene el sistema.

- Tubería de hierro galvanizado diámetro nominal de 1 pulgada con una válvula de compuerta: Con diámetro interno de 2.58 cm, dispuesta horizontalmente sobre la estructura de soporte y paralela al tubo de pvc, a una altura desde el piso que le permite evacuar el agua formando un chorro y además la válvula permite el control del flujo. contiene 13 piezómetros.

- Tubería de PVC diámetro nominal de 1 pulgada con una válvula de compuerta: Con diámetro interno de 2.93 cm, dispuesta horizontalmente sobre la estructura de soporte y paralela al tubo de hierro galvanizado, a una altura desde el piso que le permite evacuar el agua formando un chorro y además la válvula permite el control del flujo. contiene 12 piezómetros.

- Piezómetros en manguera transparente: Consiste en mangueras transparentes dispuestas verticalmente desde la tubería (ya sea de hiero galvanizado o de pvc) y sujetas al soporte vertical transparente. para la medición de las alturas se tiene lateralmente ubicados cintas métricas (en cm). la separación entre piezómetros es de 65 cm

- EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

- SISTEMA DE BOMBEO A CIRCUITO CERRADO: Sistema de bombeo caracterizado por comprender un circuito cerrado de tubo ascendente/descendente, conectado en su parte alta y parte baja a tubos horizontales, una bomba y una toma en su parte baja y un orificio de descarga en su parte alta. Y comprende una motobomba de ¾ HP que alimenta el sistema.

- RECIPIENTE PARA AFORO VOLUMÉTRICO: Recipiente o balde para medir el volumen del fluido en litros.

[pic 11]

Figura 1.4.2 – Recipiente para aforo volumétrico.